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信號與系統?控制理論及計算機控制技術實驗平臺（配USB數據采集卡、聯網型）
一、產品概述
信號與系統•控制理論及計算機控制技術實驗平臺（配USB數據采集卡、聯網型）能滿足“信號與系統”、“控制理論”及“計算機控制技術”的實驗教學，通過USB數據采集卡，利用上位PC機提供的信號發生器，虛擬示波器，腳本編程完成相應的實驗項目。
二、系統特點
1.該實驗箱具有實驗功能全、資源豐富、使用靈活、接線可靠、操作快捷、維護簡單等優點
2. 在實驗設計上，信號與系統實驗除了信號的分解與合成、信號的采樣與恢復、各種濾波器等實驗外，還增加了濾波器間的相互轉換，全通濾波器、信號的無失真傳輸等新的實驗內容
3.控制理論既有模擬部分的實驗，又有離散部分實驗；既有經典理論實驗，又有現代控制理論實驗
4.計算機控制系統除了常規的實驗外，還增加了當前工業上應用廣泛、效果卓著的模糊控制、神經元控制、二次型*優控制等實驗
5.擴展性強：各個模塊及資源分布合理、布局清晰，而且具有擴展性，方便學生自己重新設計
三、技術性能
1.輸入電源：單相三線AC220V±10%，50/60Hz
2.工作環境：溫度-10℃～+60℃
3.相對濕度：＜85%（25℃）海拔＜4000m
4.外形尺寸：1620mm×730mm×1300mm
四、系統組成
直流穩壓電源：±5V/0.5A、±15V/0.5A、+24V/0.5A共五路，每路均有短路保護自動恢復功能。
交/直流數字電壓表（相當兩只表功能）
(1)直流數字電壓表：測量范圍0～20V，分200mV、2V、20V三檔，琴鍵開關切換，三位半數顯，精度0.5級。
(2)數字式真有效交流毫伏表：測量范圍0～20V，分200mV、2V、20V三檔，琴鍵開關切換，三位半數顯，頻帶范圍10Hz～1MHz,測量精度0.5%±2個字。
函數信號發生器：該實驗平臺配有兩個函數信號發生器。一個有正弦波、方波、三角波三種波形輸出，輸出頻率范圍20Hz～100kHz，峰值為0～12V 可調；另一個有正弦波、方波、三角波、斜坡、拋物波五種波形輸出，輸出頻率范圍0.1Hz～1.5kHz，峰值為0～15V 可調。
六位數顯頻率計：該實驗平臺配有兩個數顯頻率計。一個測量范圍0.1HZ～10kHZ，另一個測量范圍1HZ～300kHZ。
階躍信號發生器：輸出幅度0～±10V可調。
掃頻電源：采用可編程器件ispLSI1032和單片機AT89C51設計而成，提供15Hz～50kHz，幅度0～18V連續可調的正弦波。
50Hz非正弦波多波形信號發生器：提供半波、全波、方波、矩形波、三角波共五種波形。
虛擬信號發生器：基于CPLD為內核的虛擬信號發生器，該信號發生器包含多種波形，例如：正弦波，方波，鋸形波，三角波等，另外可在PC機上設置其它信號波形。
實物及相關電路：實物由直流電機、步進電機、溫度加熱器三部分組成，它們可與各自的驅動電路完成直流電機閉環調速控制、步進電機轉速控制實驗及溫度PID控制實驗。
豐富的實驗單元電路：由運放、電容、電阻、電位器和一些自由布線區等組成。通過接線和短路帽的選擇，可以模擬各種受控對象的數學模型。
數據采集卡：采用USB數據采集卡，它可直接插在IBM-PC/AT 或與之兼容的計算機上，其A/D采樣速率*高為400kHz；有16路單端A/D模擬量輸入，轉換精度為14位；4路D/A模擬量輸出，轉換精度為12位；16路開關量輸入，16路開關量輸出。
數據采集卡接口部分包含模擬量輸入輸出(AI/AO)與開關量輸入輸出(DI/DO)兩部分，其中AI有4路，AO有2路，DI/DO各8路。
上位機軟件：主要由實驗所需的信號發生器，虛擬示波器、腳本編輯器、實驗報告生成器等幾部分組成,其中虛擬示波器用于顯示實驗波形，并具有圖形存儲、打印功能；腳本編輯器則提供了一個開放的編輯環境，并具有VBscript和Jscript兩種編輯模式，用戶可采用任何一種模式編寫各種算法及控制程序。
五、實驗項目
（一）信號與系統
零輸入/零狀態及完全響應
一階系統的脈沖響應與階躍響應
非正弦周期信號的分解與合成
線性系統的頻率特性測試
線性系統的穩定性分析
二階系統的時域分析
信號的無失真傳輸
無源與有源濾波器
全通濾波器
低通，高通，帶通濾波器間的變換
信號的采樣與恢復（抽樣定理）
調制與解調
脈沖編碼調制（PCM）
頻分復用
開關電容濾波器（SCF）
反饋系統的自激振蕩
二階網絡函數的模擬
系統的能控性和能觀性
二階系統的狀態軌跡
（二）控制理論
典型環節的電路模擬
二階系統的瞬態響應
高階系統的瞬態響應和穩定性分析
線性系統穩態誤差的研究
典型環節或系統頻率特性的測量
線性定常系統的串聯校正
典型非線性環節的靜態特性
非線性系統的相平面分析法
非線性系統的描述函數法
系統能控性與能觀性分析
控制系統極點的任意配置
具有內部模型的狀態反饋控制系統
狀態觀測器及其應用
采樣控制系統的分析
采樣控制系統的動態校正
（三）計算機控制技術
A/D與D/A轉換
數字濾波器
D(S)離散化方法的研究
數字PID控制算法的研究
串級控制算法的研究
解藕控制算法的研究
*少拍控制算法的研究
具有純滯后系統的大林控制
線性離散系統的全狀態反饋控制
單神經元控制器
二維模糊控制器
二次型狀態調節器
（四）計算機技術控制系統實驗
直流電機閉環調速控制（實物）
步進電機轉速控制（實物）
溫度閉環PID控制（實物）
（五）基于MATLAB的仿真實驗（MATLAB軟件用戶自配）
信號與系統部分
信號的時域表示
信號的基本運算
連續時間系統沖激響應和單位階躍響應
二階系統的模擬
系統的零輸入、零狀態及完全響應
線性系統穩定性分析
信號的無失真傳輸
信號的采樣與恢復
幅度調制與解調
濾波器頻率特性的研究
信號的分解與合成
周期信號的頻譜表示
LTI系統的頻率響應
控制理論部分
線性連續控制系統的仿真
根軌跡的仿真
線性系統頻率響應的仿真
采樣控制系統的仿真
串聯校正的仿真
非線性連續控制系統的仿真
基于狀態方程式的時間響應測試
控制系統極點的任意配置
狀態觀測器設計及帶觀測器的閉環系統響應測試
多變量解耦控制
六、網絡功能
本實驗平臺網絡功能與“控制理論·計算機控制技術實驗平臺”一樣。
七、儀器配置
1.計算機（必配，用戶自配）
信號與系統•控制理論及計算機控制技術實驗平臺（配USB數據采集卡、聯網型）能滿足“信號與系統”、“控制理論”及“計算機控制技術”的實驗教學，通過USB數據采集卡，利用上位PC機提供的信號發生器，虛擬示波器，腳本編程完成相應的實驗項目。
二、系統特點
1.該實驗箱具有實驗功能全、資源豐富、使用靈活、接線可靠、操作快捷、維護簡單等優點
2. 在實驗設計上，信號與系統實驗除了信號的分解與合成、信號的采樣與恢復、各種濾波器等實驗外，還增加了濾波器間的相互轉換，全通濾波器、信號的無失真傳輸等新的實驗內容
3.控制理論既有模擬部分的實驗，又有離散部分實驗；既有經典理論實驗，又有現代控制理論實驗
4.計算機控制系統除了常規的實驗外，還增加了當前工業上應用廣泛、效果卓著的模糊控制、神經元控制、二次型*優控制等實驗
5.擴展性強：各個模塊及資源分布合理、布局清晰，而且具有擴展性，方便學生自己重新設計
三、技術性能
1.輸入電源：單相三線AC220V±10%，50/60Hz
2.工作環境：溫度-10℃～+60℃
3.相對濕度：＜85%（25℃）海拔＜4000m
4.外形尺寸：1620mm×730mm×1300mm
四、系統組成
直流穩壓電源：±5V/0.5A、±15V/0.5A、+24V/0.5A共五路，每路均有短路保護自動恢復功能。
交/直流數字電壓表（相當兩只表功能）
(1)直流數字電壓表：測量范圍0～20V，分200mV、2V、20V三檔，琴鍵開關切換，三位半數顯，精度0.5級。
(2)數字式真有效交流毫伏表：測量范圍0～20V，分200mV、2V、20V三檔，琴鍵開關切換，三位半數顯，頻帶范圍10Hz～1MHz,測量精度0.5%±2個字。
函數信號發生器：該實驗平臺配有兩個函數信號發生器。一個有正弦波、方波、三角波三種波形輸出，輸出頻率范圍20Hz～100kHz，峰值為0～12V 可調；另一個有正弦波、方波、三角波、斜坡、拋物波五種波形輸出，輸出頻率范圍0.1Hz～1.5kHz，峰值為0～15V 可調。
六位數顯頻率計：該實驗平臺配有兩個數顯頻率計。一個測量范圍0.1HZ～10kHZ，另一個測量范圍1HZ～300kHZ。
階躍信號發生器：輸出幅度0～±10V可調。
掃頻電源：采用可編程器件ispLSI1032和單片機AT89C51設計而成，提供15Hz～50kHz，幅度0～18V連續可調的正弦波。
50Hz非正弦波多波形信號發生器：提供半波、全波、方波、矩形波、三角波共五種波形。
虛擬信號發生器：基于CPLD為內核的虛擬信號發生器，該信號發生器包含多種波形，例如：正弦波，方波，鋸形波，三角波等，另外可在PC機上設置其它信號波形。
實物及相關電路：實物由直流電機、步進電機、溫度加熱器三部分組成，它們可與各自的驅動電路完成直流電機閉環調速控制、步進電機轉速控制實驗及溫度PID控制實驗。
豐富的實驗單元電路：由運放、電容、電阻、電位器和一些自由布線區等組成。通過接線和短路帽的選擇，可以模擬各種受控對象的數學模型。
數據采集卡：采用USB數據采集卡，它可直接插在IBM-PC/AT 或與之兼容的計算機上，其A/D采樣速率*高為400kHz；有16路單端A/D模擬量輸入，轉換精度為14位；4路D/A模擬量輸出，轉換精度為12位；16路開關量輸入，16路開關量輸出。
數據采集卡接口部分包含模擬量輸入輸出(AI/AO)與開關量輸入輸出(DI/DO)兩部分，其中AI有4路，AO有2路，DI/DO各8路。
上位機軟件：主要由實驗所需的信號發生器，虛擬示波器、腳本編輯器、實驗報告生成器等幾部分組成,其中虛擬示波器用于顯示實驗波形，并具有圖形存儲、打印功能；腳本編輯器則提供了一個開放的編輯環境，并具有VBscript和Jscript兩種編輯模式，用戶可采用任何一種模式編寫各種算法及控制程序。
五、實驗項目
（一）信號與系統
零輸入/零狀態及完全響應
一階系統的脈沖響應與階躍響應
非正弦周期信號的分解與合成
線性系統的頻率特性測試
線性系統的穩定性分析
二階系統的時域分析
信號的無失真傳輸
無源與有源濾波器
全通濾波器
低通，高通，帶通濾波器間的變換
信號的采樣與恢復（抽樣定理）
調制與解調
脈沖編碼調制（PCM）
頻分復用
開關電容濾波器（SCF）
反饋系統的自激振蕩
二階網絡函數的模擬
系統的能控性和能觀性
二階系統的狀態軌跡
（二）控制理論
典型環節的電路模擬
二階系統的瞬態響應
高階系統的瞬態響應和穩定性分析
線性系統穩態誤差的研究
典型環節或系統頻率特性的測量
線性定常系統的串聯校正
典型非線性環節的靜態特性
非線性系統的相平面分析法
非線性系統的描述函數法
系統能控性與能觀性分析
控制系統極點的任意配置
具有內部模型的狀態反饋控制系統
狀態觀測器及其應用
采樣控制系統的分析
采樣控制系統的動態校正
（三）計算機控制技術
A/D與D/A轉換
數字濾波器
D(S)離散化方法的研究
數字PID控制算法的研究
串級控制算法的研究
解藕控制算法的研究
*少拍控制算法的研究
具有純滯后系統的大林控制
線性離散系統的全狀態反饋控制
單神經元控制器
二維模糊控制器
二次型狀態調節器
（四）計算機技術控制系統實驗
直流電機閉環調速控制（實物）
步進電機轉速控制（實物）
溫度閉環PID控制（實物）
（五）基于MATLAB的仿真實驗（MATLAB軟件用戶自配）
信號與系統部分
信號的時域表示
信號的基本運算
連續時間系統沖激響應和單位階躍響應
二階系統的模擬
系統的零輸入、零狀態及完全響應
線性系統穩定性分析
信號的無失真傳輸
信號的采樣與恢復
幅度調制與解調
濾波器頻率特性的研究
信號的分解與合成
周期信號的頻譜表示
LTI系統的頻率響應
控制理論部分
線性連續控制系統的仿真
根軌跡的仿真
線性系統頻率響應的仿真
采樣控制系統的仿真
串聯校正的仿真
非線性連續控制系統的仿真
基于狀態方程式的時間響應測試
控制系統極點的任意配置
狀態觀測器設計及帶觀測器的閉環系統響應測試
多變量解耦控制
六、網絡功能
本實驗平臺網絡功能與“控制理論·計算機控制技術實驗平臺”一樣。
七、儀器配置
1.計算機（必配，用戶自配）
