一、建设方案介绍1、平台整体功能介绍RZ9667型自控/计控技术实验平台，采用模块化结构，可由学生自主搭建各种线性和非线性环节模拟电路，二阶三阶实验电路，典型系统时域响应及稳定性分析电路，计控电路，系统校正，根轨迹和状态空间分析电路等各种形式和阶次的模拟环节和控制电路等；可扩展工程常用的可控单元模块：如直流电机模块,炉温控制模块，一阶倒立摆模块等；系统配备了主控单元模块，内置多种类型的仪器仪表，包括信号源，示波器，伯德图等控制领域常用测量仪器，可配合实验完成系统性能测量和分析，可有效支撑《自动控制原理》，《计算机控制原理》，《智能控制技术》等课程的实验实训及课程设计要求。该平台可采用满足两种实验模式，还包含提供了基于B/S架构的服务器端和客户端功能，可以实验实验平台的远程访问。系统硬件组成如下图所示：系统整体包含四个部分：基础硬件设备平台内置仪器仪表系统模拟单元可控单元（步进电机，直流电机，炉温控制） 各个部分承载不同的功能，其中硬件平台是整个实验系统的载体，作为实际的可控对象，结合仪器仪表，完成基础理论实验的验证分析过程；本地PC端上层软件提供基础的仪器仪表模块（信号源，示波器）及数据分析工具；另外系统如果需要完成二次开发，还应当配套对应的开发工具软件，如labview，Matlab/Simulink等。2、本地端上层软件实验平台配备PC后，可连接本地端上层软件，在计算机上完成对应实验的操作。软件提供可定制实验列表，提供对应实验的原理框图及实验中的参数设置；提供多种类型的仪器仪表，包含：示波器，信号源，伯德图等常用工具，仪器仪表提供形象化的展示工具，例如：示波器为自控计控的测量提供了活动游标，支持如上升时间，超调量等性能指标的精确测量；在实现计控实验时，平台提供C语言和m（matlab）语言两种形式的二次开发。(1)内置仪器仪表信号源示波器（Y-T） 示波器（X-Y）伯德图 欧姆表（2）上层软件及实验效果截图 软件界面参考 实验结果参考 稳定性分析 X-Y模式测量非线性环节
3、平台特点（1）平台采用主板+模块化的结构，各个模块功能独立，分布合理，方便系统的扩展和设备的维护；主要配置模块：主控模块、人机交互模块、基本环节模拟模块、连续系统模拟，模拟炉温控制模块、直流电机控制模块、步进电机控制模块、一阶倒立摆模块（选配）等。（2）人机交互模块功能：平台同时支持，7寸TFT液晶显示屏，支持实验框图的显示，信号源的设置，示波器波形及多种类型仪器仪表状态显示；两路DDS函数信号发生器，可产生脉冲信号，阶跃信号、方波信号、斜波信号、抛物波信号、正弦波等信号，支持信号的幅度及频率等参数调节；（3）平台内置双通道数字示波器，支持双通道时域波形的实时显示，支持Y-T和两种X-Y显示模式，示波器内置数显测量游标，支持上升时间，稳定时间，超调量等重要参数的精确测量；支持时域分析法、根轨迹分析法、频域分析法等常用的分析方法进行系统的分析；（4）模拟单元模块：配备不少于8组各种环节模块（比例，积分，微分等），参数配备丰富，可搭建线性和非线性环节模拟电路，计控电路，二阶三阶实验电路，典型系统时域响应及稳定性分析电路，系统校正和根轨迹状态空间分析电路，各种形式和阶次的模拟环节和控制电路；（6）可控单元模块：包含模拟炉温控制系统，支持炉温检测及加热控制，支持PID参数调节及算法的自主设计；直流电机控制（支持直流电机脉冲测速输出及电压测速输出）系统，步进电机控制，支持PID参数调节及算法的自主设计；提供各种控制算法的二次开发；（7）一阶倒立摆模块（选配）：支持PID算法在到倒立摆系统的控制算法开发，支持倒立摆稳定状态数据采集及分析；（8）硬件平台可连接matlab/Simulink，labview软件，支持matlab下m语言开发，labview开发及C语言等多种形式的二次开发；二、二次开发功能说明1、连接matlab进行二次开发系统支持基于matlab方式的二次开发，可在PC端软件一键调用matlab编辑器，编写二次开发算法。开发完成的算法可直接在系统平台运行验证，结合本地的仪器仪表，验证控制算法的性能；通过反复调试，实现最优化的控制算法； 系统平台连接matlab开发PID算法
2、C语言方式的二次开发系统支持C语言方式的二次开发，支持C语言的在线编辑，保存，调用，支持C语言关键字的高亮显示；支持C语言的在线编译，生成可执行的外部文件直接在平台进行验证，结合本地的仪器仪表，验证控制算法的性能；通过反复调试，实现最优化的控制算法； 系统平台使用C语言开发PID算法
三、实验内容1、课程规划（1）基础实验课程平台硬件采用开放式硬件结构，模块化设计，每个实验算法可以通过扩展硬件采用搭建积木方式实现，因此可支持多类型的基础实验课程，并可方便的扩展新的实验内容，支持的课程包括《自动控制原理》、《计算机控制原理》等课程类型。（2）工程实训平台在完成基础实验课程的基础上，可完成课程设计、工程实训、毕业设计，甚至可以满足研究生科研等综合类要求。以工程实训为例，系统可选配一阶线性倒立摆模块，在倒立摆平台验证及调试自己设计的控制算法。系统可采用循序渐进由浅入深的形式，帮助学生了解实际的控制系统中众多的知识点，并最终独立或合作实现一个完整的工程实践项目。 基础工程实训流程参考对于学生而言，如果希望在硬件平台采用ARM（C语言）或FPGA（verilogHDL）完成一个完整控制系统，往往是较为困难的，甚至很多学生都无从下手。目前众多控制设备在设计实验时，基本都是采用软件层采用matlab或labview调用已有的算法或模块，完成某个功能的搭建，最终并没接触到实际的硬件原理，其效果和纯仿真差别不大，这和工程实践的要求是背离的，工程实践的最终目的是需要培养可以参与产品研发的工程师。在课程设置中，平台针对该问题，提供了多个完整的工程实训案例，让学生可以真正体会控制系统设计的工作原理。
2、参考课程列表《自动控制原理》课程第1部分 实验箱使用基础1.1 实验平台介绍1.2 各实验模块介绍1.3 实验平台操作及注意事项1.4 二次开发操作说明第2部分 自控技术实验2.1 线性系统的时域分析2.1.1 典型环节的时域响应2.1.2 二阶系统的时域分析2.1.3 控制系统的稳定性分析2.1.4 线性系统的校正2.2 线性系统的频率响应分析2.2.1 线性系统的频率响应分析2.3 线性系统的根轨迹分析2.3.1 线性系统的根轨迹分析2.4 非线性系统的相平面分析2.4.1 典型非线性环节2.4.2 二阶非线性系统实验2.4.3 三阶非线性系统实验2.5 采样系统的稳定性分析与校正2.5.1 采样系统的稳定性分析2.5.2 采样系统的校正2.6 线性系统的状态空间分析2.6.1 线性系统的状态空间分析
《计算机控制及智能控制》课程3.1 数据采样及处理3.1.1 数模（DA）及模数（AD）转换3.1.2 信号的采样与保持3.1.3 数字滤波3.2 数字PID闭环控制3.2.1 数字PID控制算法3.2.2 积分分离PID控制算法3.2.3 带死区的PID控制3.2.4 简易工程法整定PID参数3.3 数字调节器直接设计方法3.3.1 最小拍控制系统3.3.2 大林算法3.4 可控单元模块3.4.1 直流电机控制3.4.2 步进电机控制3.4.3 炉温控制3.5 智能控制技术3.5.1 模糊控制技术3.5.2 神经元控制技术
