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自动控制原理虚拟实验教学系统

 以基本编程环境,借助其强大的控制系统仿真、分析和建模能力,以及完善的图形用户界面(GUI,Graphical User Interfaces)设计功能,提出了一种自动控制原理实验课程虚拟教学平台的设计方案。平台包含五大类共计十四个具体实验,覆盖"自动控制原理"课程教学内容。给出了该平台总体设计流程以及具体实例的设计过程。系统联调表明该虚拟平台运行良好,可以实现预期要求。打破了传统实验课关于时间、地点与实验成本的限制,使实验过程更加直观、灵活,有助于提高该课程的课堂教学效率。

 "自动控制原理"是电气自动化类专业一门重要的专业基础课,理论性非常强但又和实际应用紧密结合,其实践教学已成为该课程教学必不可少的部分。针对《自动控制原理》课程的特点,结合学校实际教学情况,对实验教学进行了改革与探索,通过结合LabVIEW和MATLAB二者的优势,建立灵活的虚拟实验室,解决了目前该课程实践教学面临的困难,调动了学生学习自动控制原理的积极性,提高了学生的动手实践能力和创新能力。

 

实验项目:

实验一  典型环节及其阶跃响应实验

实验二  二阶系统的阶跃响应实验

实验三  控制系统的稳定性分析实验

实验四  系统频率特性测量实验

实验五  连续系统串联校正实验

实验六  数字PID控制实验

实验七  状态反馈与状态观测器实验

实验八  解藕控制实验

实验九  采样定理验证实验

实验十  非线性环节实验

实验十一  相轨迹实验

实验十二  离散系统稳定性分析

实验十三  系统根轨迹特性测量

系统特点:

1、该系统采用典型环节模块化结构,所有模块化典型环节均可根据实验要求选择不同的参数与结构;

2、实验系统软件支持WINDOWS操作平台,软件界面友好,参数修改设置方便;免费升级到(v4.0)版;

3、实验结果直观且观察方便,可使用软件中的自动游标测量和读数,亦可方便存储和打印,从而提高了实验效率;数字可调电阻电容,直观、准确、修改方便; 

4、独立支持“自控原理”的教学实验,还可扩展“计算机控制技术”实验; 

 

先进的虚拟仪器功能   
    系统提供了一组先进的虚拟仪器功能,为用户创造了集控制系统设计、电路构造、系统调试和测试分析诸功能一体化的实验环境,具有很高的性价比和极佳的教学效果。其主要性能指标如下:    
      (1) 双踪超低频数字存储示波器:具有实时测量和显示、波形回放、游标测量、波形存贮等功能。   
      (2) 频率特性分析仪:可显示系统各频率点的时域相应波形并进行分析,以半自动扫频测量方式进行测量,测量完毕后即可产生极坐标图和波特图,由此显示出系统的频率特性,同时还具有图形保存功能。   
      (3) X_Y测量:将两路测量信号以X_Y坐标的形式显示,具有波形刷新和波形存贮功能,可应用于非线性系统的实验特性研究。

 

       高度可视化的源语言级集成开发环境 系统为嵌入式控制计算机配有高度可视化的源语言级集成开发环境,集控制程序开发、调试和实验测量分析于一体,全面支持汇编及C语言源语言级的编程和调试。具有单步、跳过、断点、连续、变量跟踪等调试功能。

 

 

新型控制实验教学内容   

    系统所支持的控制实验是按照二十一世纪最新自动控制和计算机控制教学体系和内容来配备的,其内容由浅入深,层次分明,尤其是提供了多回路控制系统、模糊控制、单神经元控制这些新的实验内容。   
    自动控制原理实验方面,系统提供了包括线性控制系统的时域分析法、根轨迹分析法、频域分析法以及系统校正和设计等方法的实验研究,也提供了关于线性离散系统、非线性控制系统的实验研究内容;另外对于现代控制理论的教学,提供了状态空间分析实验。   
    系统提供的计算机控制实验内容主要包括:过程通道和数据采集处理、系统的数字程序控制、数字PID闭环控制、数字调节器直接设计方法的实验研究,还有模糊闭环控制、单神经元自适应闭环控制实验,从而可使学生对新型智能控制算法有所了解和掌握。