LIGO-XKJ1型信号与系统•控制理论及计算机控制技术实验平台_信号与系统实验箱|控制理论实验箱

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LIGO-XKJ1型信号与系统•控制理论及计算机控制技术实验平台

产品简介

一、产品概述

本实验台能满足“信号与系统”、“控制理论”及“计算机控制技术”的实验教学，通过USB数据采集卡，利用上位PC机提供的信号发生器，虚拟示波器，脚本编程完成相应的实验项目。

二、系统特点

    1.该实验箱具有实验功能全、资源丰富、使用灵活、接线可靠、操作快捷、维护简单等优点
    2. 在实验设计上，信号与系统实验除了信号的分解与合成、信号的采样与恢复、各种滤波器等实验外，还增加了滤波器间的相互转换，全通滤波器、信号的无失真传输等新的实验内容
    3.控制理论既有模拟部分的实验，又有离散部分实验；既有经典理论实验，又有现代控制理论实验
    4.计算机控制系统除了常规的实验外，还增加了当前工业上应用广泛、效果卓著的模糊控制、神经元控制、二次型*优控制等实验
    5.扩展性强：各个模块及资源分布合理、布局清晰，而且具有扩展性，方便学生自己重新设计

三、技术性能

    1.输入电源：单相三线AC220V±10%，50/60Hz
    2.工作环境：温度-10℃～+60℃
    3.相对湿度：＜85%（25℃）海拔＜4000m
    4.外形尺寸：1620mm×730mm×1300mm

四、系统组成

直流稳压电源：±5V/0.5A、±15V/0.5A、+24V/0.5A共五路，每路均有短路保护自动恢复功能。

交/直流数字电压表（相当两只表功能）
(1)直流数字电压表：测量范围0～20V，分200mV、2V、20V三档，琴键开关切换，三位半数显，精度0.5级。
(2)数字式真有效交流毫伏表：测量范围0～20V，分200mV、2V、20V三档，琴键开关切换，三位半数显，频带范围10Hz～1MHz,测量精度0.5%±2个字。

函数信号发生器：该实验平台配有两个函数信号发生器。一个有正弦波、方波、三角波三种波形输出，输出频率范围20Hz～100kHz，峰值为0～12V 可调；另一个有正弦波、方波、三角波、斜坡、抛物波五种波形输出，输出频率范围0.1Hz～1.5kHz，峰值为0～15V 可调。

六位数显频率计：该实验平台配有两个数显频率计。一个测量范围0.1HZ～10kHZ，另一个测量范围1HZ～300kHZ。

阶跃信号发生器：输出幅度0～±10V可调。

扫频电源：采用可编程器件ispLSI1032和单片机AT89C51设计而成，提供15Hz～50kHz，幅度0～18V连续可调的正弦波。

50Hz非正弦波多波形信号发生器：提供半波、全波、方波、矩形波、三角波共五种波形。

虚拟信号发生器：基于CPLD为内核的虚拟信号发生器，该信号发生器包含多种波形，例如：正弦波，方波，锯形波，三角波等，另外可在PC机上设置其它信号波形。

实物及相关电路：实物由直流电机、步进电机、温度加热器三部分组成，它们可与各自的驱动电路完成直流电机闭环调速控制、步进电机转速控制实验及温度PID控制实验。

丰富的实验单元电路：由运放、电容、电阻、电位器和一些自由布线区等组成。通过接线和短路帽的选择，可以模拟各种受控对象的数学模型。

数据采集卡：采用USB数据采集卡，它可直接插在IBM-PC/AT 或与之兼容的计算机上，其A/D采样速率*高为400kHz；有16路单端A/D模拟量输入，转换精度为14位；4路D/A模拟量输出，转换精度为12位；16路开关量输入，16路开关量输出。
数据采集卡接口部分包含模拟量输入输出(AI/AO)与开关量输入输出(DI/DO)两部分，其中AI有4路，AO有2路，DI/DO各8路。

上位机软件：主要由实验所需的信号发生器，虚拟示波器、脚本编辑器、实验报告生成器等几部分组成,其中虚拟示波器用于显示实验波形，并具有图形存储、打印功能；脚本编辑器则提供了一个开放的编辑环境，并具有VBscript和Jscript两种编辑模式，用户可采用任何一种模式编写各种算法及控制程序。

五、实验项目

（一）信号与系统

零输入/零状态及完全响应

一阶系统的脉冲响应与阶跃响应

非正弦周期信号的分解与合成

线性系统的频率特性测试

线性系统的稳定性分析

二阶系统的时域分析

信号的无失真传输

无源与有源滤波器

全通滤波器

低通，高通，带通滤波器间的变换

信号的采样与恢复（抽样定理）

调制与解调

脉冲编码调制（PCM）

频分复用

开关电容滤波器（SCF）

反馈系统的自激振荡

二阶网络函数的模拟

系统的能控性和能观性

二阶系统的状态轨迹

（二）控制理论

典型环节的电路模拟

二阶系统的瞬态响应

高阶系统的瞬态响应和稳定性分析

线性系统稳态误差的研究

典型环节或系统频率特性的测量

线性定常系统的串联校正

典型非线性环节的静态特性

非线性系统的相平面分析法

非线性系统的描述函数法

系统能控性与能观性分析

控制系统极点的任意配置

具有内部模型的状态反馈控制系统

状态观测器及其应用

采样控制系统的分析

采样控制系统的动态校正

（三）计算机控制技术

A/D与D/A转换

数字滤波器

D(S)离散化方法的研究

数字PID控制算法的研究

串级控制算法的研究

解藕控制算法的研究

*少拍控制算法的研究

具有纯滞后系统的大林控制

线性离散系统的全状态反馈控制

单神经元控制器

二维模糊控制器

二次型状态调节器

（四）计算机技术控制系统实验

直流电机闭环调速控制（实物）

步进电机转速控制（实物）

温度闭环PID控制（实物）

（五）基于MATLAB的仿真实验（MATLAB软件用户自配）

信号与系统部分

信号的时域表示

信号的基本运算

连续时间系统冲激响应和单位阶跃响应

二阶系统的模拟

系统的零输入、零状态及完全响应

线性系统稳定性分析

信号的无失真传输

信号的采样与恢复

幅度调制与解调

滤波器频率特性的研究

信号的分解与合成

周期信号的频谱表示

LTI系统的频率响应

控制理论部分

线性连续控制系统的仿真

根轨迹的仿真

线性系统频率响应的仿真

采样控制系统的仿真

串联校正的仿真

非线性连续控制系统的仿真

基于状态方程式的时间响应测试

控制系统极点的任意配置

状态观测器设计及带观测器的闭环系统响应测试

多变量解耦控制

六、网络功能

本实验平台网络功能与“THBDC-1型控制理论·计算机控制技术实验平台”一样。

七、仪器配置

1.计算机（必配，用户自配）

◆相关实验装置

信号与系统实验箱

信号与系统实验箱(配DSP实验模块)

控制理论实验箱

控制理论•计算机控制技术实验箱（配USB数据采集卡、联网型）

信号与系统•控制理论及计算机控制技术实验平台（配USB数据采集卡、联网型）

磁悬浮实验系统

信号与系统实验箱

信号与系统实验箱(配DSP实验模块)

控制理论实验箱

控制理论•计算机控制技术实验箱（配USB数据采集卡、联网型）

控制理论•计算机控制技术实验箱（配数据采集卡）

信号与系统•控制理论实验箱

信号与系统•控制理论•计算机控制技术实验箱（配USB数据采集卡、联网型）

信号与系统•控制理论及计算机控制技术实验平台（配USB数据采集卡、联网型）

单容水箱液位对象系统

双容水箱液位对象系统

直流随动系统实验装置

力矩电机控制对象系统

直流电机转速控制模型

步进电机控制模型

温度控制模型

位置控制系统实验箱（带采集卡）

磁悬浮实验装置

一级直线倒立摆实验系统

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LIGO-XKJ1型 信号与系统•控制理论及计算机控制技术实验平台

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