（設備管理）實驗設備使用說明

本文格式為Word版，下載可任意編輯——（設備管理）實驗設備使用說明測驗設備使用說明2產(chǎn)品配置ACESII測驗臺配套連線計算機（選購配件）體積長1400mm寬700mm高1445mm重量小于150Kg電源AC220V功耗小于350W通過多年來積累的自動操縱原理課程教學閱歷和測驗教學的概括實踐，結合以往自控原理測驗臺的優(yōu)缺點，3ACES-II系統(tǒng)特點ACES-II測驗臺在完善功能的根基上，設計重點考慮了測驗的穩(wěn)當性、易操作性和安好性等問題。ACES-II系統(tǒng)采用開放式和模塊化布局設計，在保證系統(tǒng)測驗功能的根基上，制止了連線及接插部件易于損壞等問題，測驗電路搭接便當穩(wěn)當，分外適合于頻繁操作和反復使用。圖1是ACES-II自動操縱綜合測驗臺形狀圖。

圖1ACES-II自動操縱綜合測驗臺ACES-II自動操縱綜合測驗臺的主要特點如下功能參數(shù)設置合理，精細合作教學直接由我院自控原理教學組老師提出測驗臺功能要求和設計參數(shù)，由多年從事測驗教學的老師提出測驗臺布局要求和功能分區(qū)，并經(jīng)反復考核和驗證，因此，測驗臺布局功能設計合理，分外適合學生教學測驗使用。

撥動開關實現(xiàn)參數(shù)選擇和切換測驗電路區(qū)全體測驗參數(shù)選擇和設定均通過撥動開關實現(xiàn)選擇和切換，大大簡化了電路連接，增加系統(tǒng)穩(wěn)當性。ACES-II測驗系統(tǒng)是目前市場上唯一采用撥動開關實現(xiàn)參數(shù)切換的設備。通過開關選擇不同的電阻電容，實現(xiàn)參數(shù)調整，測驗區(qū)中供給的阻容參數(shù)可以完成測驗指導書中的各種測驗。測驗區(qū)輸入和反應環(huán)節(jié)均供給電位器，可使用戶使用生動的電位器調理方式，完成自行設計的多種測驗。

操縱對象實現(xiàn)內外兩種操縱方式全體操縱對象均具有內部和外部兩種操縱方式。內部接口供給計算機對操縱對象的操縱；

外部接口供給使用者對操縱對象的操縱，使用者可利用測驗電路區(qū)搭建各種操縱回路，實現(xiàn)對操縱對象的操縱。使用者可通過兩種操縱方式，舉行理論和實際電路的比較驗證。ACES-II測驗系統(tǒng)是目前市場上唯一實現(xiàn)操縱對象內外兩種操縱方式的設備。

理論和測驗比較，加深學生理解配套應用軟件中設置與Matlab軟件平臺接口，同時配套相關自控原理和計算機操縱的子程序。學生利用上述接口和子程序可觀測設計測驗的理論結果，實現(xiàn)和實際電路測驗結果的比較。

設備配置合理，安好穩(wěn)當，易于修理測驗臺全體連接線均采用帶硬彈簧φ4mm連接頭的2.5mm2連線，連接接觸穩(wěn)當，不宜損壞。功能區(qū)全部采用模塊布局，統(tǒng)一借口，易于維護和更換。

具有穩(wěn)當保證的售后和技術支持作為研制開發(fā)單位，我們同時又是使用者，自控原理作為全校公共課，我院每學年給我校近50個學生班供給測驗。ACES-II測驗系統(tǒng)作為我院自控原理和計算機操縱課程的主要測驗設備，在教學實踐中得到充分的使用和驗證，對察覺的軟硬件中問題，我們會隨時予以改正。軟件升級后，我們將以郵寄光盤的形式，為我們的客戶升級。

4ACES-II分區(qū)功能介紹如圖1所示，ACES-II測驗臺的核心是系統(tǒng)三大測驗區(qū)信號源區(qū)、測驗電路區(qū)、操縱對象區(qū)，圖2a～圖2c分別為三個測驗區(qū)的示意圖。

ACES-II測驗臺三大測驗區(qū)功能介紹如下。

4.1信號源區(qū)信號源區(qū)包括了信號源、基準電壓和虛擬示波器接口等10個功能區(qū)，各片面功能如下。

a階躍信號源可以產(chǎn)生0V～5V，-5V～5V的階躍信號；

0V～5V可調階躍信號；

-5V～5V對稱可調階躍信號。

b標準信號源供給頻率從0.1Hz～400Hz可調和幅度可調的正弦波、方波和三角波信號。

c函數(shù)發(fā)生器可以產(chǎn)生周期可調（2mS～6S）的周期性的階躍信號、斜波信號、拋物線信號和脈沖干擾信號。

d非線性信號源將線性信號轉換為有死區(qū)（-4V～4V）的非線性信號。

e采樣保持器兩路采樣周期不同的零階采樣保持器和采樣脈沖發(fā)生器。

f基準電壓源5V、-5V兩個可調基準電壓源。

g可調電壓源供給從-10V～10V連續(xù)可調的電壓源，手動調理電位器實現(xiàn)。

h虛擬示波器接口這個接口供學生在測驗中將需要觀測的信號接入單片機數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，送上位機顯示處理，這片面電路也包括基準電壓信號和定時、中斷等其它全體的接口信號。

iAD轉換輸入口兩路AD轉換，輸入電壓范圍可通過切換開關選擇，0～12V輸入或-12V～12V輸入。

jDA轉換輸出口DA輸出通道一個，不同的輸出電壓范圍0～5V，-5V～5V和-10V～10V分別獨立引出。

2.2測驗電路區(qū)測驗電路區(qū)供給10個獨立的電路環(huán)節(jié)六個常規(guī)測驗環(huán)節(jié)、四個備用測驗環(huán)節(jié)。

為便當學生在測驗中構建各種電路環(huán)節(jié)，測驗臺供給了六個常規(guī)測驗電路區(qū)。每個測驗區(qū)的電路都是典型的運放反相放大器布局，反相輸入端所接元件和反相輸入端與輸出端所接反應元件通過開關選擇，輸入元件和反應元件各有八種不同的組合形式可供選擇，而且輸入和反應均有一個可調電位器可供選擇，便于生動實現(xiàn)不同的測驗參數(shù)設置和調理，為自行設計測驗供給便當。如圖3為電路區(qū)1功能面板示意圖。

圖2（a）ACES-II測驗臺測驗區(qū)和備用區(qū)圖2（b）ACES-II測驗臺信號源區(qū)圖2（c）ACES-II測驗臺電源指示和操縱元件區(qū)輸入端有四個獨立的輸入點，一個求和點，輸出端有一個輸出點與一個經(jīng)過內部運放反相11放大的反相輸出點，這個反相輸出端在搭建反應電路需要信號反相時很有用，不僅可以省去一個電路環(huán)節(jié)的搭建，而且相當于增加了電路環(huán)節(jié)，簡化了電路連接。假設六個常規(guī)測驗區(qū)在測驗中都使用到反相器時，相當于有12個測驗電路環(huán)節(jié)。從測驗電路的布局上可以看到，六個測驗電路區(qū)由運放和阻容元件，組成各種根本環(huán)節(jié)，如比例、微分、積分、PID和慣性等環(huán)節(jié)，對不同的測驗，可以通過開關選擇不同的電阻電容，實現(xiàn)參數(shù)調整，測驗區(qū)中供給的阻容參數(shù)可以完成測驗指導書中的各種測驗。用戶又可以使用生動的電位器調理方式，完成自行設計的多種測驗。

在備用測驗電路區(qū)中，供給四個獨立的運放，每個運放的同相輸入端、反相輸入端和輸出端都獨立引出，用戶可以自由使用，搭建自己設計的電路。在備用區(qū)，分別有兩個可以數(shù)字調理的電阻和電容，兩個數(shù)字電阻的電阻值調理檔值是1.0KΩ，調理范圍是1.0KΩ至999KΩ，兩個數(shù)字電容器的調理檔值是1.0μF,調理范圍是1.0μF至10μF。另外供給了一些常用的穩(wěn)壓二極管、普遍二極管、電阻和電容等。全體這些為自行設計多種多樣的測驗供給了極大的便當，供學生在組建特殊測驗電路時引用，開發(fā)自己設計的測驗，便于課程設計、自制測驗等生動性較大的教學活動。

Ф4mm連線孔撥動開關RWO1輸出端電位器RWI1輸入端電位器圖3測驗電路區(qū)1功能面板示意圖在我們設計的測驗電路區(qū)，實現(xiàn)常規(guī)的二階、三階系統(tǒng)測驗，非線性二階、三階系統(tǒng)測驗都是很輕易的，假設設計合理，利用全體的測驗環(huán)節(jié)，可以搭建實現(xiàn)八階以上的高階系統(tǒng)。我們的測驗電路區(qū)設計的最大特點就是電路搭建極其生動。

2.3操縱對象區(qū)操縱對象區(qū)包含三個操縱對象步進電機、直流電機和溫控模塊，同時留存隨動系統(tǒng)接口。可實現(xiàn)步進電機的正反轉操縱和速度操縱；

直流電機空載運行時速度操縱；

溫控元件的加熱和散熱操縱，實現(xiàn)熱元件的恒溫操縱。對這些操縱對象的操縱，既可以使用測驗系統(tǒng)內部供給的操縱方案，也可以自己設計操縱方案，兩種操縱方式的選擇是生動的。為了得志需要，我們供給了隨動系統(tǒng)測驗的接口，由于隨動系統(tǒng)的造價很高，在自動操縱綜合測驗系統(tǒng)中不做為必選的配置，可以根據(jù)不同的用戶要求舉行選擇性的配置。

3ACES-II系統(tǒng)設計思想根據(jù)自動操縱理論教學的實際需求，ACES-II測驗系統(tǒng)得志以下根本功能要求a典型環(huán)節(jié)的模擬驗證。包括比例、積分、微分、比例積分、比例微分、比例積分微分、慣性和二階振蕩等八個典型環(huán)節(jié)的模擬驗證。每個環(huán)節(jié)均有輸入輸出，便于連接，其中六個環(huán)節(jié)以運放組成根本的比例、微分、積分和PID等環(huán)節(jié)參數(shù)可調，供給能得志根本要求的阻容元件供測驗時選取。另有兩個環(huán)節(jié)供給可變參數(shù)的電阻電容及固定參數(shù)的電阻電容和幾個單運放，供學生在組建特殊測驗電路時引用。

b二階系統(tǒng)特征參數(shù)對系統(tǒng)性能的影響，其中四個參數(shù)K，A，，的取值要求是，對系統(tǒng)動態(tài)性能的影響12.5時，0.2,0.4,0.8；

0.4時，6.25,12.5,25.0K，A對系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差的影響A1時，K1，2；

K1時，A1，2，4c附加零點、極點對系統(tǒng)性能的影響附加閉環(huán)零點、極點對系統(tǒng)性能的影響附加開環(huán)零點、極點對系統(tǒng)性能的影響開環(huán)增益變化對系統(tǒng)性能的影響改善系統(tǒng)動態(tài)性能的驗證，反應校正與前饋校正d頻率特性測試測驗一階系統(tǒng)、二階系統(tǒng)、高階系統(tǒng)的頻率特性測試；

閉環(huán)系統(tǒng)頻率特性指標的測定，包括諧振頻率，諧振峰值，轉折頻率，帶寬頻率；

輸入幅值A與系統(tǒng)頻率特性的關系e頻率法串聯(lián)校正測驗系統(tǒng)校正測驗要求能實現(xiàn)超前校正、遲后校正、PD校正和超前與遲后校正。

f離散系統(tǒng)測驗采樣開關位置對系統(tǒng)輸出的影響；

采樣周期對系統(tǒng)性能的影響；

零階保持器對系統(tǒng)的影響ACES-II測驗系統(tǒng)精度得志以下要求a系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差理論上為零時，輸出穩(wěn)態(tài)值應與輸入值一致；

b二階系統(tǒng)時，系統(tǒng)階躍響應不應展現(xiàn)超調；

時，階躍響應有超調，且超調量應隨減小而增大；

超調量、峰值時間和調理時間計算誤差；

c頻率特性幅值、相角測量誤差；

d系統(tǒng)動態(tài)指標、穩(wěn)態(tài)指標計算誤差。

ACES-II測驗系統(tǒng)設計了階躍信號、斜波信號、拋物線函數(shù)、正弦函數(shù)、方波信號和三角波信號等信號源電路，其中的周期信號頻率幅值均可調理。全體的信號都可以經(jīng)過AD轉換采樣輸入到單片機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，用于后續(xù)處理。在得志上述自控原理根本測驗功能要求的根基上，考慮系統(tǒng)的功能擴展，我們同時設計了溫度、調速電機、步進電機和隨動系統(tǒng)等計算機操縱對象功能模塊，可用于完成計算機操縱課程的測驗。

3ACES-II系統(tǒng)軟件設計ACES-II系統(tǒng)應用軟件設計平臺，采用目前流行的虛擬儀器軟件設計框架LabWindows/CVI。配套應用軟件主要包含了三大功能模塊虛擬示波器、仿真比較區(qū)和操縱元件運行操縱觀測區(qū)。虛擬示波器供學生在測驗中觀測信號；

仿真比較片面為學生供給Matlab接口及子程序，學生可觀測不同參數(shù)和條件下，操縱電路執(zhí)行結果的理論曲線，供學生與測驗結果舉行比較；

操縱元