CN201984672U - 开放式自动控制综合设计实验*** - Google Patents

Abstract

一种开放式自动控制综合设计实验***，包括有模拟实验装置、数据传送模块和计算机；所述模拟实验装置为开放式箱式结构，其最外层为箱体，内层为核心电路板，该核心电路板上排列有若干典型的环节电路模块，该环节电路模块采用集成电路芯片且均设有输入端和输出端，其能够相互自由组合以构造出各种控制***，该模拟实验装置的最前层为透明的展示面板；所述计算机储存有综合分析设计软件；所述数据传送模块分别与所述模拟实验装置和计算机连接，其由数据采集卡和输入输出数据接口板组成。本实用新型具有结构简单通用、可靠性高、实验适用范围广、数据处理能力强和效率高的优点，能够为学生完成实验课程、自主创新实验设计和开发自动控制***提供实用的工具。

Description

开放式自动控制综合设计实验***

技术领域：

本实用新型涉及一种实验教学设备，具体涉及一种用于工科院校专业控制课程实验教学的开放式自动控制综合设计实验***。

背景技术：

实验教学是学校教学中不可或缺的重要环节，尤其在工科院校的专业设计课程的教学中更为重要，而与之配套的实验教学设备的优劣对实验教学的效果有很大的影响。

在普通工科高等院校(含高职高专)的自动控制专业教学设备领域中，近年来，全国许多院校采用各教学仪器设备公司生产的“自动控制原理实验装置”，这些实验装置大部分采用运放模拟电路的分立元件来构造整套硬件装置，而且只配备能够输出记录曲线的简单软件，因此目前的实验***一般都具有以下局限性：

1、操作时接线较繁杂，实验者要花费较多的时间和精力在连接电路方面，实验效率较低，时间不能专注于自动控制理论的实验研究本身。

2、分立元件结构的线路可靠性较差，接线中一个小小的失误往往会造成实验的失败。

3、设备端口单一、不具备通用性，实验只能局限于装置本身所提供的内容，研究范围较狭窄，不利于实验对象的拓展。

4、设备附带的软件界面简单、功能有限，数据测量有时间限制，不适合长时间运行的实验，历史数据曲线不能完整保留。

5、设备数据处理能力较差，研究人员不能根据实验目的自主确定和更改相关实验选项，不支持自主项目的设计和开发。

实用新型内容：

本实用新型所要解决的技术问题是克服现有自动控制原理实验装置的不足，提供一种开放式自动控制综合设计实验***，其采用组合的结构和透明的外观，同时结合计算机的应用，具有结构简单、可靠性高、适用范围广、效率高的优点。

为解决上述的技术问题，本实用新型采用如下的技术方案：

一种开放式自动控制综合设计实验***，其包括有模拟实验装置、数据传送模块和计算机；所述模拟实验装置为开放式箱式结构，其最外层为箱体，内层为核心电路板，该核心电路板的正面印有电路原理图，上面排列有若干典型的环节电路模块，其反面设置有PCB板、数字变阻箱和数字变容箱，该若干环节电路模块采用集成电路芯片且均设有输入端和输出端，各环节电路模块能够通过连接该输入端和输出端相互自由组合以构造出各种控制***，该模拟实验装置的最前层为展示面板，其采用透明有机玻璃制成，上面镂刻有所述各环节电路模块的图形及其传递函数文字且位置与各环节电路模块相对应，所述展示面板上设置有与所述数字变阻箱和数字变容箱连接的“+”、“-”按钮和数码显示器；所述计算机储存有综合分析设计软件；所述数据传送模块分别与所述模拟实验装置和计算机连接，其由数据采集卡和输入输出数据接口板组成，该数据采集卡安装在计算机的PCI插槽中，其包含A/D转换器、D/A转换器、通用数据通信模块、数据缓存扩展模块、接口控制逻辑电路及电源电路，该输入输出数据接口板与数据采集卡连接。

本实用新型所述的开放式自动控制综合设计实验***，其所述若干环节电路模块包括有比例环节电路模块、积分环节电路模块、比例积分环节电路模块、惯性环节电路模块、微分环节电路模块、比例微分环节电路模块、比例积分微分环节电路模块、二阶振荡环节电路模块和比较环节电路模块；该环节电路模块的集成电路芯片为LM324；所述数据采集卡采用PCI8320，所述A/D转换器为ADC0809，所述D/A转换器为DAC0832；所述综合设计实验***还包括有温控炉恒温控制模块，该温控炉恒温控制模块由两部分组成，第一部分包括被控对象电热炉的电炉丝、温度传感器热敏电阻及信号放大电路，第二部分包括可控硅及其移相触发脉冲电路；所述综合设计实验***还包括有电机调速控制模块，该电机调速控制模块由两部分组成，第一部分包括被控直流电机、转速检测装置及直流电源，第二部分包括传感器信号整形、控制电压功率放大电路。

本实用新型所述开放式自动控制综合设计实验***的有益效果是：

1、实验对象适用范围广——本实用新型的核心电路板设置有多个典型的环节电路模块，能够根据使用者的需要自由组合成各种控制***作为实验对象，此外通用的输入端和输出端、数值可调的数字变阻箱和数字变容箱都为实现这种自由组合创造了结构上的有利条件，因此所述开放式自动控制综合设计实验***具有通用性强、实验适用范围广和支持自主设计开发的优点。

2、数据处理能力强——本实用新型采用计算机完成数据处理、分析以及实时控制，结合使用LabVIEW和MATLAB两种软件，既充分发挥LabVIEW较强的实时数据采集、测试、分析、处理及保存的功能，又借助MATLAB超强的***分析及仿真设计功能，使得研究者能更好地实现仿真算法与实际控制的统一，提升实验***的效率，同时充分发挥了计算机界面直观、历史测量数据保留完整和适合长时间运行的特点，因而所述开放式自动控制综合设计实验***具有数据处理能力强、效率高的优点。

3、***工作可靠——本实用新型采用了模块组合式结构和统一的数据接口，因此极大限度避免了人为接线的失误，大大提高了所述开放式自动控制综合设计实验***的可靠性。

总之，本实用新型所述开放式自动控制综合设计实验***具有结构简单通用、可靠性高、实验适用范围广、数据处理能力强和工作效率高的优点。所述开放式自动控制综合设计实验***不但为高等院校有关专业的学生完成《自动控制原理系列实验》、《计算机控制技术系列实验》、《LabVIEW实验》、《控制***MATLAB仿真实验》、《自动控制系***实验》、《***建模与***辨识实验》、《自动控制***课程设计》、《毕业设计》等课程，研究控制***的辨识以及各种高级算法提供了一个良好的实验平台和环境，而且能够为有关技术人员自主创新实验设计和开发自动控制***提供很有实用价值的工具。

附图说明：

图1是本实用新型的结构框图。

图2是核心电路板示意图。

图3是展示面板示意图。

图4是计算机综合分析设计软件框图。

图5是数据传送模块结构示意图。

图6是温控炉恒温控制模块的电路原理图。

图7是电机调速控制模块的电路原理图。

具体实施方式：

现结合具体实施例和附图对本实用新型作详细说明。

请参阅图1本实用新型的结构示意图，图示开放式自动控制综合设计实验***包括模拟实验装置、数据传送模块、温控炉恒温控制模块、电机调速控制模块和计算机。

所述模拟实验装置为开放式箱式结构，其共有三层：最外层为箱体，其箱壁上设置有电源开关、电源转换接口、数据传送接口等；该模拟实验装置的内层为核心电路板，上面排列有若干典型的环节电路模块，参见图2，该若干环节电路模块包括有比例环节、积分环节、比例积分环节、惯性环节、微分环节、比例微分环节、比例积分微分环节、二阶振荡环节和比较环节，该若干环节电路模块采用集成电路芯片，其PCB板和焊接的元件设置于所述核心电路板的反面，该元件包含数字变阻箱和数字变容箱，所述核心电路板的正面印有电路原理图，各环节电路模块均设有输入端和输出端，从而能够通过连接该输入端和输出端相互自由组合，以构造出各种型式和阶次的模拟环节和控制***，实现控制***的模拟建模及信号获取，为自动控制***的性能分析和校正控制器的开发提供了实验研究基础；所述模拟实验装置的最前面一层为展示面板，见图3，其采用透明有机玻璃制成，上面镂刻有所述核心电路板上各典型的环节电路模块的图形及其传递函数文字，该图形和文字的位置与各环节电路模块相对应，实验者透过透明的展示面板能够看见所述核心电路板上的电路图，从而了解不同的模拟环节的电路设计，所述展示面板上设置有与各环节电路模块的数字变阻箱和数字变容箱连接的“+”、“-”按钮和数码显示器，按动该数码显示器旁边的“+”、“-”按钮便可调节电阻、电容的值，从而改变各环节电路模块的特征参数，而且可以直观地从数码显示器上读出当时的电阻值、电容值。

所述各环节模块电路的工作电源为+5V，由独立的稳压电源提供，并已经连接好公共地端。各环节模块电路的结构分别表述如下：

1、比例环节电路模块

其传递函数为：

R₁＝10kΩ

请参阅图2，所述比例环节电路模块由芯片LM324和电阻元件构成，该LM324是集成运放芯片，包含四个运算放大器，构造成两组完全相同的比例环节，该两组比例环节之间完全独立，每组的输入端IN(s)和输出端OUT(s)可以分别单独使用，其中R2是可变电阻，取值范围为：1KΩ～999KΩ，改变其值能够改变比例环节的特征参数比例系数K，因此比例环节的比例系数K的取值范围为：0.1～99.9。R2采用数字变阻箱结构，按动所述展示面板上数码显示器旁边的“+”、“-”按钮便可调节电阻R2的值。当进行单独测试比例环节的实验时，可以将所述比例环节电路模块的输入端IN(s)连接所述数据传送模块的D/A端口以接受模拟输入信号，其输出端OUT(s)连接数据传递模块的A/D端口以输出信号传递给计算机并显示输出波形。

2、积分环节电路模块

其传递函数为：

T＝R₁C，R₁＝10kΩ

请参阅图2，所述积分环节电路模块由芯片LM324和电阻、电容元件构而成，该LM324是集成运放芯片，包含四个运算放大器，构造成两组完全相同的积分环节，该两组积分环节之间完全独立，每组的输入端IN(s)和输出端OUT(s)可以分别单独使用，其中C是可变电容，取值范围为：1uf～99uf，改变其值能够改变积分环节的特征参数积分时间常数T，因此积分环节的积分时间常数T的取值范围为0.01s～0.99s。C采用数字变容箱结构，按动所述展示面板上数码显示器旁边的“+”、“-”按钮便可调节电容C的值。当进行单独测试积分环节的实验时，可以将所述积分环节电路模块的输入端IN(s)连接所述数据传送模块的D/A端口以接受模拟输入信号，其输出端OUT(s)连接数据传递模块的A/D端口以输出信号传递给计算机并显示输出波形。

3、比例积分环节电路模块

其传递函数为：

$G\left(s\right)=\frac{\mathrm{OUT}\left(s\right)}{\mathrm{IN}\left(s\right)}=K(1+\frac{1}{\mathrm{Ts}},)$

$K=\frac{R_2}{R_1}$ T＝R₂C，R₁＝10kΩ

请参阅图2，所述比例积分环节电路模块由芯片LM324和电阻、电容元件构而成，该LM324是集成运放芯片，包含四个运算放大器，构造成两组完全相同的比例积分环节，该两组比例积分环节之间完全独立，每组的输入端IN(s)和输出端OUT(s)可以分别单独使用，其中R2是可变电阻，C是可变电容，其取值范围分别为1KΩ～999KΩ和1uf～99uf，改变R2和C的值能够改变比例积分环节的特征参数比例系数K和积分时间常数T，因此比例积分环节的比例系数K可以取值的范围为0.1～99.9，积分时间常数T可以取值的范围为0.01s～0.99s。R2采用数字变阻箱结构，C采用数字变容箱结构，按动所述展示面板上数码显示器旁边的“+”、“-”按钮便可调节可变电阻R2或电容C的值。当进行单独测试比例积分环节的实验时，可以将所述比例积分环节电路模块的输入端IN(s)连接所述数据传送模块的D/A端口以接受模拟输入信号，其输出端OUT(s)连接数据传递模块的A/D端口以输出信号传递给计算机并显示输出波形。

4、微分环节电路模块

其传递函数为：

T＝R₂C，R₂＝10kΩ

请参阅图2，所述微分环节电路模块由芯片LM324和电阻、电容元件构而成，该LM324是集成运放芯片，包含四个运算放大器，构造成两组完全相同的微分环节，该两组微分环节之间完全独立，每组的输入端IN(s)和输出端OUT(s)可以分别单独使用，其中C是可变电容，取值范围为：1uf～99uf，改变其值能够改变微分环节的特征参数积分时间常数T，因此微分环节的微分时间常数T的取值范围为0.01s～0.99s。C采用数字变容箱结构，按动所述展示面板上数码显示器旁边的“+”、“-”按钮便可调节电容C的值。当进行单独测试微分环节的实验时，可以将所述微分环节电路模块的输入端IN(s)连接所述数据传送模块的D/A端口以接受模拟输入信号，其输出端OUT(s)连接数据传递模块的A/D端口以输出信号传递给计算机并显示输出波形。

5、比例微分环节电路模块

其传递函数为：

$G\left(s\right)=\frac{\mathrm{OUT}\left(s\right)}{\mathrm{IN}\left(s\right)}=K(1+\mathrm{Ts}),$

$K=\frac{R_2}{R_1},$ T＝R₁C，R₁＝10kΩ

请参阅图2，所述比例微分环节电路模块由芯片LM324和电阻、电容元件构而成，该LM324是集成运放芯片，包含四个运算放大器，构造成两组完全相同的比例微分环节，该两组比例微分环节之间完全独立，每组的输入端IN(s)和输出端OUT(s)可以分别单独使用，其中R2是可变电阻，C是可变电容，其取值范围分别为1KΩ～999KΩ和1uf～99uf，改变R2和C的值能够改变比例微分环节的特征参数比例系数K和微分时间常数T，因此比例微分环节的比例系数K可以取值的范围为0.1～99.9，微分时间常数T可以取值的范围为0.01s～0.99s。R2采用数字变阻箱结构，C采用数字变容箱结构，按动所述展示面板上数码显示器旁边的“+”、“-”按钮便可调节可变电阻R2或电容C的值。当进行单独测试比例微分环节的实验时，可以将所述比例微分环节电路模块的输入端IN(s)连接所述数据传送模块的D/A端口以接受模拟输入信号，其输出端OUT(s)连接数据传递模块的A/D端口以输出信号传递给计算机并显示输出波形。

6、比例积分微分环节电路模块

其传递函数为：

$G\left(s\right)=\frac{\mathrm{OUT}\left(s\right)}{\mathrm{IN}\left(s\right)}=K(1+\frac{1}{T_{i}s}+T_{d}s),$ $K=\frac{R_2}{R_1},$ Ti＝R₂C₂，Td＝R₁C₁，R₁＝10kΩ

请参阅图2，所述比例积分微分环节电路模块由芯片LM324和电阻、电容元件构而成，该LM324是集成运放芯片，包含四个运算放大器，构造成两组完全相同的比例积分微分环节，其中R2是可变电阻，其取值范围为1KΩ～999KΩ，C1、C2是可变电容，其取值范围均为1uf～99uf，改变R2和C1、C2的值能够改变比例积分微分环节的特征参数比例系数K、积分时间常数Ti和微分时间常数Td，因此比例积分微分环节的比例系数K可以取值的范围为0.1～99.9，积分时间常数Ti可以取值的范围为：0.01s～98.9s，微分时间常数Td可以取值的范围为0.01s～0.99s。R2采用数字变阻箱结构，C1、C2采用数字变容箱结构，按动所述展示面板上数码显示器旁边的“+”、“-”按钮便可调节可变电阻R2或电容C1、C2的值。当进行单独测试比例积分微分环节的实验时，可以将所述比例积分微分环节电路模块的输入端IN(s)连接所述数据传送模块的D/A端口以接受模拟输入信号，其输出端OUT(s)连接数据传递模块的A/D端口以输出信号传递给计算机并显示输出波形。

7、惯性环节电路模块

其传递函数： T＝R₂C，R₁＝10kΩ

请参阅图2，所述惯性环节电路模块由芯片LM324和电阻、电容元件构而成，该LM324是集成运放芯片，包含四个运算放大器，构造成两组完全相同的惯性环节，该两组惯性环节之间完全独立，每组的输入端IN(s)和输出端OUT(s)可以分别单独使用，其中R2是可变电阻，C是可变电容，其取值范围分别为1KΩ～999KΩ和1uf～99uf，改变R2和C的值能够改变惯性环节的特征参数比例系数K和惯性时间常数T，因此惯性环节的比例系数K可以取值的范围为0.1～99.9，惯性时间常数T可以取值的范围为0.01s～98.9s。R2采用数字变阻箱结构，C采用数字变容箱结构，按动所述展示面板上数码显示器旁边的“+”、“-”按钮便可调节可变电阻R2或电容C的值。当进行单独测试惯性环节的实验时，可以将所述惯性环节电路模块的输入端IN(s)连接所述数据传送模块的D/A端口以接受模拟输入信号，其输出端OUT(s)连接数据传递模块的A/D端口以输出信号传递给计算机并显示输出波形。

8、二阶振荡环节电路模块

其传递函数为：

$G\left(s\right)=\frac{\mathrm{OUT}\left(s\right)}{\mathrm{IN}\left(s\right)}=-\frac{{\mathrm{\ω}}_n^2}{s^2+2\mathrm{\ζ}{\mathrm{\ω}}_{n}s+{\mathrm{\ω}}_n^2},$

$\mathrm{\ζ}=\frac{R_2}{2R_1},$ ${\mathrm{\ω}}_n=\frac{1}{\mathrm{RC}},$ R＝10kΩ，R₁＝10kΩ

请参阅图2，所述二阶振荡环节电路模块由芯片LM324和电阻、电容元件构而成，该LM324是集成运放芯片，包含四个运算放大器，其中R2是可变电阻，C是可变电容，其取值范围分别为1KΩ～999KΩ和1uf～99uf，改变R2和C的值能够改变二阶振荡环节的特征参数阻尼比ζ和自然振荡频率ω_n，因此二阶振荡环节的阻尼比ζ可以取值的范围为0.05～49.95，自然振荡频率ω_n可以取值的范围为1rad/s～100rad/s。R2采用数字变阻箱结构，C采用数字变容箱结构，按动所述展示面板上数码显示器旁边的“+”、“-”按钮便可调节可变电阻R2或电容C的值。当进行单独测试二阶振荡环节的实验时，可以将所述二阶振荡环节电路模块的输入端IN(s)连接所述数据传送模块的D/A端口以接受模拟输入信号，其输出端OUT(s)连接数据传递模块的A/D端口以输出信号传递给计算机并显示输出波形。

9.比较环节电路模块

其传递函数为：E(s)＝U_i(s)-U_f(s)，R₀＝10kΩ

请参阅图2，所述比较环节电路模块由芯片LM324和电阻元件构成，该LM324是集成运放芯片，包含四个运算放大器，构造成两组比较环节，该两组比较环节之间完全独立，每组的输入端Ui(s)为给定值设定端口、Uf(s)为反馈信号接入端口，输出端E(s)为偏差，它们均可以分别单独使用，其中R1是可变电阻，取值范围为：1KΩ～999KΩ，用来调节输入给定值的大小，改变其值能够改变比较环节的给定值Ui，因此比较环节的给定值Ui的取值范围为：+0.05v～+5v。R1采用数字变阻箱结构，按动所述展示面板上数码显示器旁边的“+”、“-”按钮便可调节电阻R1的值。做实验时，使用比较环节可以构造闭环负反馈回路，首先调整输入给定值Ui的大小，可以使用电压表测试Ui的值，然后将被测信号经传感器检测得到的反馈信号连接到反馈信号接入端口Uf(s)，输出端偏差E(s)的值等于给定值减去反馈值，作为控制器的输入信号。

所述模拟实验装置中的各环节电路模块能够连接成一组合***，首个环节电路模块的输入端子作为组合***的输入端，连接到数据传递模块的D/A端，接收计算机产生的输入信号(如阶跃、脉冲信号等)，后一环节电路模块的输入端依次连接前一环节电路模块的输出端，末个环节电路模块的输出端作为组合***的输出端，连接到数据传递模块的A/D端，将输出信号传送到计算机，在计算机中显示输出波形，测量实时数据，分析***动静态性能，以及综合校正设计控制器等。由于各环节电路模块均为控制***的典型基础模块，因此所述模拟实验装置能够满足构造二阶、三阶或更复杂控制***的需要。

所述计算机用以数据处理、分析以及实时控制，其储存有综合分析设计软件。所述综合分析设计软件由两部分组成：一是基于LabVIEW的多通道虚拟示波器和信号发生器，二是基于MATLAB的综合分析软件，软件框图如图4所示，根据不同的实验分别起信号产生、测量、显示、***控制和数据处理的作用。基于LabVIEW的多通道信号发生器能够产生多种通用的函数波形，幅值、频率、起始时刻均可自由设定，可以作为实验模拟装置的输入信号；基于LabVIEW的多通道虚拟示波器用于观测输入信号的实时数据，实现示波器的通用功能，并能将实时数据保存为历史曲线或者二维数组。这些数据可以传送给MATLAB软件，通过基于MATLAB的综合分析软件进行***辨识，建立***模型，再进行***分析，比如时域分析、根轨迹分析及频域分析等，然后根据实际控制要求进行***的综合校正设计，完成控制器的软件仿真开发。

所述数据传送模块分别与所述模拟实验装置和计算机连接，其由数据采集卡PCI8320和输入输出数据接口板组成，如图5所示。

所述数据采集卡PCI8320采用PCI总线插口，安装在计算机的PCI插槽中，具有即插即用(PnP)功能，该PCI8320包含A/D转换器ADC0809、D/A转换器DAC0832、通用数据通信模块、数据缓存扩展模块、接口控制逻辑电路及电源电路，其主要完成所述模拟实验装置与计算机之间的数据通信。

所述输入输出数据接口板为37芯D型插座(CZ1和CZ2)，其与数据采集卡PCI8320连接，用以通过电缆与外部信号源及实验设备连接，以传输模入模出信号。该输入输出数据接口板上设有模拟量输入端口、模拟量输出端口、数字量输入端口、数字量输出端口、+12V直流电源输出和+5V直流电源输出，具体参数如下：

模拟量输入端口：输入通道数单端8路，CH1～CH8及相应的模拟地，A/D转换分辨率为8位，输入信号范围0V～+5V；

模拟量输出端口：输出通道数单端4路，D/A1～D/A4及相应的模拟地，这四个通道互相独立，可同时或分别输出，输出方式可以选择电流或电压，D/A1V～D/A4V是电压输出端的四个通道，D/A1I～D/A4I是电流输出端的四个通道，但是同一路D/A的电压输出与电流输出方式不可同时使用，D/A转换分辨率为8位，D/A1V和D/A2V输出信号范围为0V～+5V，D/A3V输出信号范围为-2.5V～+2.5V，D/A4V输出信号范围为1V～+5V，D/A1I和D/A2I输出信号范围为0mA～10mA，D/A3I和D/A4I输出信号范围为4mA～20mA；

数字量输入端口：16路TTL电平，分成两组，每组8路DI0～DI7；

数字量输出端口：16路TTL电平，分成两组，每组8路DO0～DO7；

标准直流电源输出端口：提供四组+12V直流电源输出、两组+5V直流电源输出和公共地。

模拟信号通过所述数据采集卡PCI8320的A/D转换器转换成数字信号送入计算机，通过综合分析设计软件实现计算机分析控制，然后数字控制输出信号通过D/A转换器转换成模拟信号，输入实际控制***调试，不断调整修改控制器参数，直至满足控制要求。由于输入输出端口完全开放，因此可用于采集输入或者控制输出的信号并不局限于本实验***，只要求外接的信号是标准的工业信号即可。

所述温控炉恒温控制模块为一典型的控制***电路模块，其由两大部分组成，如图6所示。第一部分包括被控对象电热炉的电炉丝、温度传感器热敏电阻及信号放大电路，温度越高其输出电压越小，主要负责电热炉加热丝加热和采集温度信号输出。第二部分是恒温控制电路，包括可控硅及其移相触发脉冲电路(含同步脉冲以及触发脉冲放大等)，主要负责根据输入的控制信号改变触发脉冲的相位，产生同步脉冲，触发脉冲放大等，移相触发脉冲作为可控硅的门极控制信号，改变可控硅的导通角，使得可控硅的阳极与阴极之间的电压实现连续可调节，即调节电热炉加热丝两端的有效电压，最终实现温控炉的调压恒温控制。外部LED灯的亮灭表示可控硅的导通与闭合的占空比时间，如果炉温低于设定值则可控硅导通，***加热，否则***停止加热，炉温自然冷却到设定值。该温控炉恒温控制模块能够连接所述模拟实验装置，与其中的各环节电路模块进行组合实验，也能够单独进行测试实验。

所述电机调速控制模块也是一典型的控制***电路模块，其由两大部分组成，如图7所示。第一部分包括被控对象直流电机和转速检测装置及直流电源等，主要完成速度采集、执行调速等，直流电机是小功率风扇散热电机，速度采集由一对红外发射、接收管完成，接收管输出脉冲的间隔反应了电机的转速。第二部分由传感器信号整形，控制电压功率放大等组成，主要负责产生控制电枢电压的控制电压。电机速度控制的基本原理是：通过控制器输出-2.5v～+2.5v的电压控制三端可调稳压器LM317的输出电压，以达到控制直流电机电枢电压的目的。

Claims (6)

1.一种开放式自动控制综合设计实验***，其特征在于：所述综合设计实验***包括有模拟实验装置、数据传送模块和计算机；所述模拟实验装置为开放式箱式结构，其最外层为箱体，内层为核心电路板，该核心电路板的正面印有电路原理图，上面排列有若干典型的环节电路模块，其反面设置有PCB板、数字变阻箱和数字变容箱，该若干环节电路模块采用集成电路芯片且均设有输入端和输出端，各环节电路模块能够通过连接该输入端和输出端相互自由组合以构造出各种控制***，该模拟实验装置的最前层为展示面板，其采用透明有机玻璃制成，上面镂刻有所述各环节电路模块的图形及其传递函数文字且位置与各环节电路模块相对应，所述展示面板上设置有与所述数字变阻箱和数字变容箱连接的“+”、“-”按钮和数码显示器；所述计算机储存有综合分析设计软件；所述数据传送模块分别与所述模拟实验装置和计算机连接，其由数据采集卡和输入输出数据接口板组成，该数据采集卡安装在计算机的PCI插槽中，其包含A/D转换器、D/A转换器、通用数据通信模块、数据缓存扩展模块、接口控制逻辑电路及电源电路，该输入输出数据接口板与数据采集卡连接。

2.根据权利要求1所述的开放式自动控制综合设计实验***，其特征在于：所述若干环节电路模块包括有比例环节电路模块、积分环节电路模块、比例积分环节电路模块、惯性环节电路模块、微分环节电路模块、比例微分环节电路模块、比例积分微分环节电路模块、二阶振荡环节电路模块和比较环节电路模块。

3.根据权利要求2所述的开放式自动控制综合设计实验***，其特征在于：所述环节电路模块的集成电路芯片为LM324。

4.根据权利要求2所述的开放式自动控制综合设计实验***，其特征在于：所述数据采集卡采用PCI8320，所述A/D转换器为ADC0809，所述D/A转换器为DAC0832。

5.根据权利要求1或2所述的开放式自动控制综合设计实验***，其特征在于：所述综合设计实验***还包括有温控炉恒温控制模块，该温控炉恒温控制模块由两部分组成，第一部分包括被控对象电热炉的电炉丝、温度传感器热敏电阻及信号放大电路，第二部分包括可控硅及其移相触发脉冲电路。

6.根据权利要求1或2所述的开放式自动控制综合设计实验***，其特征在于：所述综合设计实验***还包括有电机调速控制模块，该电机调速控制模块由两部分组成，第一部分包括被控直流电机、转速检测装置及直流电源，第二部分包括传感器信号整形、控制电压功率放大电路。 

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