實驗設備使用說明2產品配置ACES-II實驗臺+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控制原理課程教學經驗和實驗教學的具體實踐，結合以往自控原理實驗臺的優缺點，3ACES-II系統特點ACES-II實驗臺在完善功能的基礎上，設計重點考慮了實驗的可靠性、易操作性和安全性等問題。ACES-II系統采用開放式和模塊化結構設計，在保證系統實驗功能的基礎上，避免了連線及接插部件易于損壞等問題，實驗電路搭接方便可靠，非常適合于頻繁操作和反復使用。圖1是ACES-II自動控制綜合實驗臺外形圖。圖1ACES-II自動控制綜合實驗臺ACES-II自動控制綜合實驗臺的主要特點如下：?功能參數設置合理，緊密配合教學直接由我院自控原理教學組老師提出實驗臺功能要求和設計參數，由多年從事實驗教學的老師提出實驗臺結構要求和功能分區，并經反復考核和驗證，因此，實驗臺結構功能設計合理，非常適合學生教學實驗使用。?撥動開關實現參數選擇和切換實驗電路區所有實驗參數選擇和設定均通過撥動開關實現選擇和切換，大大簡化了電路連接，增加系統可靠性OACES-II實驗系統是目前市場上唯一采用撥動開關實現參數切換的設備通過開關選擇不同的電阻電容，實現參數調整，實驗區中提供的阻容參數可以完成實驗指導書中的各種實驗。實驗區輸入和反饋環節均提供電位器，可使用戶使用靈活的電位器調節方式，完成自行設計的多種實驗。?控制對象實現內外兩種控制方式所有控制對象均具有內部和外部兩種控制方式。內部接口提供計算機對控制對象的控制；外部接口提供使用者對控制對象的控制，使用者可利用實驗電路區搭建各種控制回路，實現對控制對象的控制。使用者可通過兩種控制方式，進行理論和實際電路的對比驗證。ACES-II實驗系統是目前市場上唯一實現控制對象內外兩種控制方式的設備。理論和實驗對比，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控制的子程序。學生利用上述接口和子程序可觀測設計實驗的理論結果，實現和實際電路實驗結果的對比。設備配置合理，安全可靠，易于維修實驗臺所有連接線均采用帶硬彈簧64mm連接頭的2.5mm2連線，連接接觸可靠，不宜損壞。功能區全部采用模塊結構，統一借口，易于維護和更換。?具有可靠保證的售后和技術支持作為研制開發單位，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個學生班提供實驗。ACESTI實驗系統作為我院《自控原理》和《計算機控制課程》的主要實驗設備，在教學實踐中得到充分的使用和驗證，對發現的軟硬件中問題，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分區功能介紹如圖1所示，ACES-II實驗臺的核心是系統三大實驗區：信號源區、實驗電路區、控制對象區，圖2a?圖2c分別為三個實驗區的示意圖。ACES-II實驗臺三大實驗區功能介紹如下。4.1信號源區信號源區包括了信號源、基準電壓和虛擬示波器接口等10個功能區，各部分功能如下。a） 階躍信號源可以產生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） 標準信號源提供頻率從0.1Hz?400Hz可調和幅度可調的正弦波、方波和三角波信號。c） 函數發生器可以產生周期可調（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（-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

提供從-10V?+10V連續可調的電壓源，手動調節電位器實現。虛擬示波器接口這個接口供學生在實驗中將需要觀測的信號接入單片機數據處理系統，送上位機顯示處理，這部分電路也包括基準電壓信號和定時、中斷等其它所有的接口信號。AD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。DA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實驗電路區實驗電路區提供10個獨立的電路環節：六個常規實驗環節、四個備用實驗環節。為方便學生在實驗中構建各種電路環節，實驗臺提供了六個常規實驗電路區。每個實驗區的電路都是典型的運放反相放大器結構，反相輸入端所接元件和反相輸入端與輸出端所接反饋元件通過開關選擇輸入元件和反饋元件各有八種不同的組合形式可供選擇，而且輸入和反饋均有一個可調電位器可供選擇，便于靈活實現不同的實驗參數設置和調節，為自行設計實驗提供方便。如圖3為電路區1功能面板示意圖。圖圖2(a)ACES-II實驗臺實驗區和備用區圖圖2(a)ACES-II實驗臺實驗區和備用區圖2(b)ACES-II實驗臺信號源區圖圖2(b)ACES-II實驗臺信號源區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過內部運放反相1:1放大的反相輸出點，這個反相輸出端在搭建反饋電路需要信號反相時很有用，不僅可以省去一個電路環節的搭建，而且相當于增加了電路環節，簡化了電路連接。如果六個常規實驗區在實驗中都使用到反相器時，相當于有12個實驗電路環節。從實驗電路的結構上可以看到，六個實驗電路區由運放和阻容元件，組成各種基本環節，如比例、微分、積分、PID和慣性等環節，對不同的實驗，可以通過開關選擇不同的電阻電容，實現參數調整，實驗區中提供的阻容參數可以完成實驗指導書中的各種實驗。用戶又可以使用靈活的電位器調節方式，完成自行設計的多種實驗。在備用實驗電路區中，提供四個獨立的運放，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，分別有兩個可以數字調節的電阻和電容，兩個數字電阻的電阻值調節檔值是1.0KQ,調節范圍是1.0KQ至999KQ,兩個數字電容器的調節檔值是l.OuF,調節范圍是l.OuF至10uF。另外提供了一些常用的穩壓二極管、普通二極管、根據自動控制理論教學的實際需求，根據自動控制理論教學的實際需求，ACES-II實驗系統滿足以下基本功ACES-IIACES-II實驗系統精度滿足以下要求：電阻和電容等。所有這些為自行設計多種多樣的實驗提供了極大的方便，供學生在組建特殊實驗電路時引用，開發自己設計的實驗，便于課程設計、自制實驗等靈活性較大的教學活動。C￡頂1icsnu中4mm連線孔聲開5J□_「cis.nJEW。E!ESLjii.nIIrs_nTM14QtI.JGNDC￡頂1icsnu中4mm連線孔聲開5J□_「cis.nJEW。E!ESLjii.nIIrs_nTM14QtI.JGND尸' >RWI1輸入

匸端電位器丿撥動開關&OilLilliJ?JOUTiRWO1輸出-端電位器丿A1jn.n

-I—IH0UT1圖3實驗電路區1功能面板示意圖在我們設計的實驗電路區，實現常規的二階、三階系統實驗，非線性二階、三階系統實驗都是很容易的，如果設計合理，利用所有的實驗環節，可以搭建實現八階以上的高階系統。我們的實驗電路區設計的最大特點就是電路搭建極其靈活。2.3控制對象區控制對象區包含三個控制對象：步進電機、直流電機和溫控模塊，同時保留隨動系統接口?？蓪崿F步進電機的正反轉控制和速度控制；直流電機空載運行時速度控制；溫控元件的加熱和散熱控制，實現熱元件的恒溫控制。對這些控制對象的控制，既可以使用實驗系統內部提供的控制方案，也可以自己設計控制方案,兩種控制方式的選擇是靈活的。為了滿足需要，我們提供了隨動系統實驗的接口，由于隨動系統的造價很高，在自動控制綜合實驗系統中不做為必選的配置，可以根據不同的用戶要求進行選擇性的配置。3ACES-II系統設計思想

能要求:a）典型環節的模擬驗證。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節的模擬驗證。每個環節均有輸入輸出，便于連接，其中六個環節以運放組成基本的比例、微分、積分和PID等環節參數可調，提供能滿足基本要求的阻容元件供實驗時選取。另有兩個環節提供可變參數的電阻電容及固定參數的電阻電容和b)幾個單運放，供學生在組建特殊實驗電路時引用。二階系統特征參數對系統性能的影響，值要求是＞€，m其中四個參數b)幾個單運放，供學生在組建特殊實驗電路時引用。二階系統特征參數對系統性能的影響，值要求是＞€，m其中四個參數K,A，€，rn的取n對系統動態性能的影響：=12.5時，€=0.2,0.4,25.0n12.5,＞K，A對系統穩態誤差的影響:0.8；€=0.4時,m=n6.25,A=1時，K=1，2；K=1時，A=1，2，4c） 附加零點、極點對系統性能的影響＞附加閉環零點、極點對系統性能的影響＞附加開環零點、極點對系統性能的影響＞開環增益變化對系統性能的影響＞改善系統動態性能的驗證，反饋校正與前饋校正d） 頻率特性測試實驗＞一階系統、二階系統、高階系統的頻率特性測試；A閉環系統頻率特性指標的測定，包括諧振頻率m，諧振峰值M，r r轉折頻率，帶寬頻率m；b＞輸入幅值A與系統頻率特性的關系e） 頻率法串聯校正實驗系統校正實驗要求能實現超前校正、遲后校正、PD校正和超前與遲后校正。f） 離散系統實驗＞采樣開關位置對系統輸出的影響；＞采樣周期對系統性能的影響；＞零階保持器對系統的影響a） 系統穩態誤差理論上為零時，輸出穩態值應與輸入值相同；b） 二階系統&€1時，系統階躍響應不應出現超調；0v&v1時，階躍響應有超調，且超調量應隨&減小而增大；超調量、峰值時間和調節時間計算誤差＜5%；c） 頻率特性幅值、相角測量誤差,5%；d） 系統動態指標、穩態指標計算誤差,5%。ACES-II實驗系統設計了階躍信號、斜波信號、拋物線函數、正弦函數、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節。所有的信號都可以經過AD轉換采樣輸入到單片機數據采集系統，用于后續處理。在滿足上述自控原理基本實驗功能要求的基礎上，考慮系統的功能擴展，我們同時設計了溫度、調速電機、步進電機和隨動系統等計算機控制對象功能模塊，可用于完成計算機控制課程的實驗。3ACES-II系統軟件設計ACES-II系統應用軟件設計平臺，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、仿真對比區和控制元件運行控制觀測區。虛擬示波器供學生在實驗中觀測信號；仿真對比部分為學生提供Matlab接口及子程序，學生可觀測不同參數和條件下，控制電路執行結果的理論曲線，供學