專利名稱：自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)?zāi)K的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種教學(xué)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)品，尤其涉及一種自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)?zāi)K。
背景技術(shù)：
目前，教學(xué)所用的自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)包括以下實(shí)驗(yàn)內(nèi)容典型環(huán)節(jié)的時(shí)域響 應(yīng)、典型系統(tǒng)的時(shí)域響應(yīng)和穩(wěn)定性分析、線性系統(tǒng)的根軌跡分析、線性系統(tǒng)的頻率響應(yīng)分 析、線性系統(tǒng)的校正、離散系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析、線性系統(tǒng)的狀態(tài)空間分析、典型非線性環(huán)節(jié) 靜態(tài)特性測(cè)試、直流電機(jī)的速度控制實(shí)驗(yàn)以及熱電偶溫度控制實(shí)驗(yàn)。傳統(tǒng)的自動(dòng)控制原理 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)大多是利用面包板搭建實(shí)驗(yàn)所需的電路，電路搭建完成后通過手動(dòng)調(diào)節(jié)示波器上 的參數(shù)值進(jìn)行波形顯示，在面包板上搭建電路需要準(zhǔn)備好電路所需的電線、元器件等，再將 準(zhǔn)備好的元器件和電線逐一插入面包板中，且需要手動(dòng)調(diào)節(jié)示波器，占用時(shí)間較多，并且由 于課堂時(shí)間的局限性，很多學(xué)生都不能按時(shí)完成實(shí)驗(yàn)。

實(shí)用新型內(nèi)容鑒于現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，本實(shí)用新型的主要目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)的缺 陷，提供一種節(jié)省課堂時(shí)間的自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)?zāi)K。一種自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)?zāi)K，其特征在于，所述自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)?zāi)K包括一基 于線性系統(tǒng)根軌跡分析實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的模擬電路、一階躍信號(hào)開關(guān)、一為所述模擬電路提供階 躍信號(hào)的階躍信號(hào)輸出端、一調(diào)節(jié)階躍信號(hào)幅值的階躍信號(hào)調(diào)節(jié)旋鈕、一將所述模擬電路 的測(cè)量信號(hào)輸出至一實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的信號(hào)輸出端、一將所述模擬電路的測(cè)量信號(hào)轉(zhuǎn)接至所述信 號(hào)輸出端的信號(hào)輸入端及一連接所述實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的外圍設(shè)備連接插槽，所述模擬電路集成在 所述自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)?zāi)K中。根據(jù)本實(shí)用新型的技術(shù)構(gòu)思，所述自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)?zāi)K的上表面繪制有所述模 擬電路的電路原理圖。根據(jù)本實(shí)用新型的技術(shù)構(gòu)思，所述自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)?zāi)K的上表面蝕刻有所述模 擬電路的電路原理圖。根據(jù)本實(shí)用新型的技術(shù)構(gòu)思，所述自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)?zāi)K的上表面粘貼有所述模 擬電路的電路原理圖。根據(jù)本實(shí)用新型的技術(shù)構(gòu)思，所述自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)?zāi)K還包括一信號(hào)發(fā)生器輸 出端。根據(jù)本實(shí)用新型的技術(shù)構(gòu)思，所述自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)?zāi)K中還集成有多個(gè)單獨(dú)元 器件，各所述單獨(dú)元器件兩端連接有接線柱，所述單獨(dú)元器件中的一個(gè)通過對(duì)應(yīng)的接線柱 連接至在所述模擬電路中。根據(jù)本實(shí)用新型的技術(shù)構(gòu)思，所述多個(gè)單獨(dú)元器件均為可調(diào)電阻，各所述可調(diào)電 阻的滑動(dòng)端分別連接一調(diào)節(jié)對(duì)應(yīng)的可調(diào)電阻的阻值的調(diào)節(jié)旋鈕。根據(jù)本實(shí)用新型的技術(shù)構(gòu)思，所述模擬電路包括一接收階躍信號(hào)的階躍信號(hào)輸入
3端、一于輸出所述模擬電路的測(cè)量信號(hào)的測(cè)量信號(hào)輸出端、第一至第四運(yùn)算放大器、第一至 第八電阻、第一之第三電容及一反相器，所述第一電阻連接在所述信號(hào)輸入端與所述第一 運(yùn)算放大器的反相輸入端之間，所述第二電阻連接在所述第一運(yùn)算放大器的反相輸入端和 反相器的輸出端之間，所述第三電阻連接在所述第一運(yùn)算放大器的反相輸入端與輸出端之 間，所述第四電阻連接在所述第一運(yùn)算放大器的輸出端和第二運(yùn)算放大器的反相輸入端之 間，所述第一電容連接在所述第二運(yùn)算放大器的反相輸入端與輸出端之間，所述第五電阻 連接在所述第二運(yùn)算放大器的輸出端和第三運(yùn)算放大器的反相輸入端之間，所述第六電阻 和第二電容并聯(lián)連接在所述第三運(yùn)算放大器的反相輸入端和輸出端之間，所述第三運(yùn)算放 大器的輸出端連接一接線柱，所述第四運(yùn)算放大器的反相輸入端連接所述第七電阻的第一 端，所述第七電阻的第一、第二端分別連接一接線柱，所述第八電阻和第三電容并聯(lián)連接在 所述第四運(yùn)算放大器的反相輸入端和輸出端之間，所述反相器的輸入端連接所述第四運(yùn)算 放大器的輸出端，所述第四運(yùn)算放大器的輸出端作為所述測(cè)量信號(hào)輸出端，連接一接線柱。本實(shí)用新型的有益效果為本實(shí)用新型預(yù)先將線性系統(tǒng)根軌跡分析實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的電 路集成在自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)?zāi)K中，并代替?zhèn)鹘y(tǒng)的面包板連接實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，可即插即用，實(shí)驗(yàn) 者無需花費(fèi)太多的時(shí)間在元器件的準(zhǔn)備和實(shí)驗(yàn)電路的搭建上，因此可充分利用課堂時(shí)間完 成實(shí)驗(yàn)并理解實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。

圖1為本實(shí)用新型自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)?zāi)K連接于一實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的模塊圖。圖2為圖1中的一自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)?zāi)K安裝在所述實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的一底座上的結(jié)構(gòu) 圖。圖3為圖2中的自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)?zāi)K安裝在所述底座上的俯視圖。圖4為圖1中的自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)?zāi)K具有一電路原理圖的示意圖。圖5為進(jìn)行線性系統(tǒng)根軌跡分析實(shí)驗(yàn)時(shí)的電路連接示意圖。圖6為根據(jù)圖5中電路的開環(huán)傳遞函數(shù)繪制的根軌跡圖。
具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。請(qǐng)參考圖1，本實(shí)用新型自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)?zāi)K1用于連接一 NI ELVIS實(shí)驗(yàn)平臺(tái) 2，所述自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)?zāi)K1中集成有一預(yù)定實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的模擬電路，所述OT ELVIS實(shí)驗(yàn) 平臺(tái)2采集所述模擬電路的信號(hào)，并將采集到的信號(hào)傳送給一計(jì)算機(jī)3進(jìn)行顯示。所述計(jì) 算機(jī)3包括一信號(hào)采集單元31、一參數(shù)調(diào)節(jié)單元32及一信號(hào)模擬單元33。本實(shí)施方式中， 所述模擬電路是基于線性系統(tǒng)的根軌跡分析實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)的。請(qǐng)繼續(xù)參考圖2及圖3，所述自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)?zāi)K1可拆卸地安裝在所述NI ELVIS實(shí)驗(yàn)平臺(tái)2的一底座20上，具體操作時(shí)，可將傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)面包板從所述NI ELVIS實(shí) 驗(yàn)平臺(tái)的底座20上取下來，再將所述自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)?zāi)K1固定在所述底座上20上，所 述自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)?zāi)K1的較佳實(shí)施方式包括多個(gè)接線柱12、一階躍信號(hào)開關(guān)13、一階 躍信號(hào)調(diào)節(jié)旋鈕14、一階躍信號(hào)輸出端15、一信號(hào)輸入端16、一信號(hào)輸出端17、一信號(hào)發(fā)生 器輸出端18以及一PCI (Peripheral Component Interconnect，外圍設(shè)備連接)插槽19圖，當(dāng)所述自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)?zāi)K1固定在所述底座20上時(shí)，其PCI插槽19便與所述底座20 上的金手指接觸，所述階躍信號(hào)輸出端15用于為所述模擬電路提供階躍信號(hào)，所述階躍信 號(hào)調(diào)節(jié)旋鈕14用于調(diào)節(jié)所述階躍信號(hào)的幅值，所述信號(hào)輸出端17連接所述OT ELVIS實(shí)驗(yàn) 平臺(tái)2，用于采集所述自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)?zāi)K1的輸出信號(hào)，即所述模擬電路的測(cè)量信號(hào)， 所述信號(hào)輸入端16用于將所述模擬電路的測(cè)量信號(hào)轉(zhuǎn)接至所述信號(hào)輸出端17。所述計(jì)算機(jī)3的信號(hào)采集單元31與一設(shè)于所述底座20上的所述NIELVIS實(shí)驗(yàn)平 臺(tái)2的信號(hào)輸出端相連，用于接收所述自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)?zāi)K1的輸入、輸出信號(hào)，所述信 號(hào)采集單元31為USB接口或IEEE 1394接口。所述參數(shù)調(diào)節(jié)單元32通過一信號(hào)模擬操作界面設(shè)置信號(hào)采集參數(shù)，例如，使能通 道、觸發(fā)方式、采樣率等，本實(shí)施方式中，可通過計(jì)算機(jī)鍵盤、鼠標(biāo)等輸入設(shè)備在所述信號(hào)模 擬操作界面中設(shè)置所述信號(hào)采集參數(shù)。所述信號(hào)模擬單元33通過內(nèi)設(shè)的軟件對(duì)所述信號(hào)采集單元31所接收的自動(dòng)控制 原理實(shí)驗(yàn)?zāi)K1的輸入、輸出信號(hào)進(jìn)行模擬仿真，以產(chǎn)生所述模擬電路的波形響應(yīng)曲線，并 將產(chǎn)生的波形響應(yīng)曲線顯示在所述計(jì)算機(jī)3的屏幕上，供實(shí)驗(yàn)者觀察、記錄。請(qǐng)繼續(xù)參考圖4，所述自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)?zāi)K1還包括一繪制、粘帖或蝕刻在其上 表面的一電路原理圖11、所述電路原理圖11為所述模擬電路的原理圖，所述自動(dòng)控制原理 實(shí)驗(yàn)?zāi)K1中還集成有多個(gè)可選擇性地連接至所述模擬電路的單獨(dú)元器件，如圖3中的三 個(gè)可調(diào)阻值范圍分別為66ΚΩ-166ΜΩ、200ΚΩ-2. 4ΜΩ、2. 59ΜΩ-3. 59ΜΩ的可調(diào)電阻，各 所述單獨(dú)元器件的兩端均連接有接線柱12，各所述單獨(dú)元器件的滑動(dòng)端分別連接一調(diào)節(jié)旋 鈕，用以調(diào)節(jié)對(duì)應(yīng)的可調(diào)電阻的阻值。所述模擬電路是“線性系統(tǒng)的根軌跡分析”的實(shí)驗(yàn)電路，所述模擬電路包括一接收 階躍信號(hào)的階躍信號(hào)輸入端r(t)、一輸出所述模擬電路測(cè)量信號(hào)的測(cè)量信號(hào)輸出端C(t)、 四個(gè)運(yùn)算放大器U1-U4、電阻R1-R8、電容C1-C3及一反相器I，所述電阻Rl連接在所述信號(hào) 輸入端r(t)與所述運(yùn)算放大器Al的反相輸入端之間，所述電阻R2連接在所述運(yùn)算放大器 Al的反相輸入端和反相器I的輸出端之間，所述電阻R3連接在所述運(yùn)算放大器Al的反相 輸入端與輸出端之間，所述電阻R4連接在所述運(yùn)算放大器Al的輸出端和所述運(yùn)算放大器 A2的反相輸入端之間，所述電容Cl連接在所述運(yùn)算放大器A2的反相輸入端與輸出端之間， 所述電阻R5連接在所述運(yùn)算放大器A2的輸出端和運(yùn)算放大器A3的反相輸入端之間，所述 電阻R6和電容C2并聯(lián)連接在所述運(yùn)算放大器A3的反相輸入端和輸出端之間，所述運(yùn)算放 大器A3的輸出端連接一接線柱12，所述電阻R7的兩端各連接一接線柱12，所述運(yùn)算放大 器A4的反相輸入端連接所述電阻R7的第一端，所述電阻R8和電容C3并聯(lián)連接在所述運(yùn) 算放大器A4的反相輸入端和輸出端之間，所述反相器I的輸入端連接所述運(yùn)算放大器A4 的輸出端，所述運(yùn)算放大器A4的輸出端連接一接線柱12，作為所述測(cè)量信號(hào)輸出端C(t)， 所述電阻R7為所述單獨(dú)元器件中的一個(gè)可調(diào)電阻。請(qǐng)繼續(xù)參考圖5及圖6，由圖5中的電路連接示意圖可得到系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)
κ
為:G(S) = ^(S + 1)(0.5^ + 1)開環(huán)增= 500KQ/R7, 行線性系■白勺根軌析實(shí)
驗(yàn)前，根據(jù)上述開環(huán)傳遞函數(shù)繪制系統(tǒng)的根軌跡圖，由開環(huán)傳遞函數(shù)的分母多項(xiàng)式S(S+1) (0. 5S+1)可知跟堆積的分支數(shù)為3，對(duì)應(yīng)的三個(gè)極點(diǎn)分別為pi = 0，ρ2 = 1，ρ3 = _2，則圖
權(quán)利要求一種自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)?zāi)K，其特征在于，所述自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)?zāi)K包括一基于線性系統(tǒng)根軌跡分析實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的模擬電路、一階躍信號(hào)開關(guān)、一為所述模擬電路提供階躍信號(hào)的階躍信號(hào)輸出端、一調(diào)節(jié)階躍信號(hào)幅值的階躍信號(hào)調(diào)節(jié)旋鈕、一將所述模擬電路的測(cè)量信號(hào)輸出至一實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的信號(hào)輸出端、一將所述模擬電路的測(cè)量信號(hào)轉(zhuǎn)接至所述信號(hào)輸出端的信號(hào)輸入端及一連接所述實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的外圍設(shè)備連接插槽，所述模擬電路集成在所述自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)?zāi)K中。
2.如權(quán)利要求1所述的自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)?zāi)K，其特征在于所述自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn) 模塊的上表面繪制有所述模擬電路的電路原理圖。
3.如權(quán)利要求1所述的自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)?zāi)K，其特征在于所述自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn) 模塊的上表面蝕刻有所述模擬電路的電路原理圖。
4.如權(quán)利要求1所述的自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)?zāi)K，其特征在于所述自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn) 模塊的上表面粘貼有所述模擬電路的電路原理圖。
5.如權(quán)利要求1所述的自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)?zāi)K，其特征在于所述自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn) 模塊還包括一信號(hào)發(fā)生器輸出端。
6.如權(quán)利要求1所述的自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)?zāi)K，其特征在于所述自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn) 模塊中還集成有多個(gè)單獨(dú)元器件，各所述單獨(dú)元器件兩端連接有接線柱，所述單獨(dú)元器件 中的一個(gè)通過對(duì)應(yīng)的接線柱連接至在所述模擬電路中。
7.如權(quán)利要求6所述的自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)?zāi)K，其特征在于所述多個(gè)單獨(dú)元器件均 為可調(diào)電阻，各所述可調(diào)電阻的滑動(dòng)端分別連接一調(diào)節(jié)對(duì)應(yīng)的可調(diào)電阻的阻值的調(diào)節(jié)旋 鈕。
8.如權(quán)利要求1所述的自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)?zāi)K，其特征在于所述模擬電路包括一接 收階躍信號(hào)的階躍信號(hào)輸入端、一輸出所述模擬電路的測(cè)量信號(hào)的測(cè)量信號(hào)輸出端、第一 至第四運(yùn)算放大器、第一至第八電阻、第一之第三電容及一反相器，所述第一電阻連接在所 述信號(hào)輸入端與所述第一運(yùn)算放大器的反相輸入端之間，所述第二電阻連接在所述第一運(yùn) 算放大器的反相輸入端和反相器的輸出端之間，所述第三電阻連接在所述第一運(yùn)算放大器 的反相輸入端與輸出端之間，所述第四電阻連接在所述第一運(yùn)算放大器的輸出端和第二運(yùn) 算放大器的反相輸入端之間，所述第一電容連接在所述第二運(yùn)算放大器的反相輸入端與輸 出端之間，所述第五電阻連接在所述第二運(yùn)算放大器的輸出端和第三運(yùn)算放大器的反相輸 入端之間，所述第六電阻和第二電容并聯(lián)連接在所述第三運(yùn)算放大器的反相輸入端和輸出 端之間，所述第三運(yùn)算放大器的輸出端連接一接線柱，所述第四運(yùn)算放大器的反相輸入端 連接所述第七電阻的第一端，所述第七電阻的第一、第二端分別連接一接線柱，所述第八電 阻和第三電容并聯(lián)連接在所述第四運(yùn)算放大器的反相輸入端和輸出端之間，所述反相器的 輸入端連接所述第四運(yùn)算放大器的輸出端，所述第四運(yùn)算放大器的輸出端作為所述測(cè)量信 號(hào)輸出端，連接一接線柱。
專利摘要一種自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)?zāi)K，包括一基于線性系統(tǒng)根軌跡分析實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的模擬電路、一階躍信號(hào)開關(guān)、一用于連接所述模擬電路信號(hào)輸入端的階躍信號(hào)輸出端、一調(diào)節(jié)階躍信號(hào)幅值的階躍信號(hào)調(diào)節(jié)旋鈕、一連接所述模擬電路的信號(hào)輸出端的信號(hào)輸入端、一信號(hào)輸出端及一連接一實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的外圍設(shè)備連接插槽，所述模擬電路集成在所述自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)?zāi)K中。所述自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)?zāi)K無需實(shí)驗(yàn)者花費(fèi)太多的時(shí)間在元器件的準(zhǔn)備和實(shí)驗(yàn)電路的搭建上，節(jié)省了教學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí)間。
文檔編號(hào)G05B17/02GK201725182SQ20102029343
公開日2011年1月26日 申請(qǐng)日期2010年8月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月16日
發(fā)明者吳學(xué)沖, 王雪峰, 秦莉娜, 高智俊 申請(qǐng)人:北京中科泛華測(cè)控技術(shù)有限公司