珠海市|信号与系统控制理论计算机控制技术实验平台

信号与系统控制理论计算机控制技术实验平台是电子电气类专业教学中不可或缺的组成部分，它集成了信号与系统、控制理论以及计算机控制技术三门核心课程的实验内容，为学生提供了一个全面、系统的学习与实践环境。本文将从实验平台的概述、系统特点、技术性能、系统组成、实验项目等多个方面详细介绍这一实验平台。

### 一、实验平台概述

信号与系统控制理论计算机控制技术实验平台是针对电子电气类专业本科生的实验教学需求而设计的综合性实验设备。该平台旨在通过一系列精心设计的实验项目，帮助学生深入理解信号与系统、控制理论以及计算机控制技术的基本原理与应用。它不仅能够满足课程教学的需要，还能够培养学生的实践能力和创新思维。

### 二、系统特点

实验平台具有实验功能全、资源丰富、使用灵活、接线可靠、操作快捷、维护简单等优点。具体来说，它在实验设计上涵盖了信号与系统、控制理论和计算机控制技术三大领域的经典与现代实验内容。

在信号与系统实验中，除了传统的信号分解与合成、信号的采样与恢复以及各种滤波器实验外，还增加了一阶、二阶电路的各种特性研究实验，以及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。这些实验不仅加深了学生对信号与系统基本原理的理解，还提高了他们的实验技能和数据分析能力。

控制理论实验部分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。这些实验涵盖了典型环节的模拟研究、典型系统瞬态响应和稳定性分析、系统校正、控制系统的频率特性研究等内容，为学生提供了丰富的实践机会，帮助他们掌握控制理论的基本方法和技能。

计算机控制技术实验部分除了常规的A/D、D/A转换、采样保持器、数字滤波等实验外，还增加了当前工业上应用广泛、效果卓著的闭环控制技术实验，如积分分离式PID控制、大林算法控制、非线性控制等。这些实验通过虚拟示波器进行监控和显示，使学生能够直观地观察到控制系统的运行过程和效果，从而加深对计算机控制技术原理和应用的理解。

### 三、技术性能

实验平台的技术性能稳定可靠，能够满足各种实验需求。其输入电源为单相三线AC220V±10%，50/60Hz；工作环境温度范围为-10℃～+60℃，相对湿度小于85%（25℃），海拔小于4000m。这些技术参数确保了实验平台在各种环境条件下都能正常运行。

此外，实验平台的外形尺寸适中，便于搬运和安装。其直流稳压电源提供±5V/0.5A、±15V/0.5A、+24V/0.5A共五路输出，每路均有短路保护自动恢复功能，确保了实验过程中的安全性。

### 四、系统组成

实验平台的系统组成包括直流稳压电源、交/直流数字电压表、函数信号发生器、数显频率计、阶跃信号发生器、扫频电源、多波形信号发生器、虚拟信号发生器、实物及相关电路以及数据采集卡等部分。

直流稳压电源为实验提供了稳定的直流电压输出；交/直流数字电压表用于测量实验过程中的电压值；函数信号发生器能够产生正弦波、方波、三角波等多种波形信号，用于模拟各种受控对象的输入信号；数显频率计用于测量信号的频率；阶跃信号发生器和扫频电源则用于产生特定的信号波形和频率范围，以满足不同实验的需求。

虚拟信号发生器是基于CPLD为内核的虚拟仪器，能够产生多种波形信号，并可在PC机上设置其他信号波形。实物及相关电路部分包括直流电机、步进电机、温度加热器等实物对象及其驱动电路，用于完成直流电机闭环调速控制、步进电机转速控制及温度PID控制等实验。

数据采集卡是实验平台的重要组成部分，它采用USB接口与上位机相连，具有高速、高精度的数据采集能力。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，用于实现实验数据的采集和控制信号的输出。

### 五、实验项目

实验平台提供了丰富的实验项目，涵盖了信号与系统、控制理论和计算机控制技术三大领域的核心内容。

在信号与系统实验中，学生可以进行基本运算单元实验、响应与冲激响应实验、系统的模拟实验、无源滤波器实验、定理与信号恢复实验等。这些实验有助于学生深入理解信号与系统的基本原理和特性。

控制理论实验部分包括典型环节的模拟研究、典型系统瞬态响应和稳定性分析、系统校正、控制系统的频率特性研究以及典型非线性环节和非线性系统实验等。这些实验使学生能够掌握控制理论的基本方法和技能，为后续课程的学习打下坚实的基础。

计算机控制技术实验部分则涵盖了A/D、D/A转换实验、采样保持器实验、数字滤波实验以及积分分离式PID控制、大林算法控制、非线性控制等闭环控制技术实验。这些实验通过虚拟示波器进行监控和显示，使学生能够直观地观察到控制系统的运行过程和效果，从而加深对计算机控制技术原理和应用的理解。

此外，实验平台还提供了直流电机闭环调速实验、温度闭环控制实验以及步进电机调速实验等实物实验项目。这些实验通过实际操作和控制实物对象，使学生能够更深入地了解控制系统的实际应用和操作方法。

### 六、总结与展望

信号与系统控制理论计算机控制技术实验平台为电子电气类专业本科生提供了一个全面、系统的学习与实践环境。通过实验平台的学习和实践，学生能够深入理解信号与系统、控制理论以及计算机控制技术的基本原理与应用，掌握实验技能和数据分析能力，为后续课程的学习和职业发展打下坚实的基础。

未来，随着科技的不断发展和进步，实验平台也将不断更新和完善。例如，可以引入更先进的数据采集和处理技术，提高实验数据的准确性和可靠性；可以增加更多的实验项目和实物对象，丰富实验内容和实践机会；还可以结合虚拟仿真技术，构建更加逼真的实验环境和场景，提高学生的实践能力和创新思维。

总之，信号与系统控制理论计算机控制技术实验平台是电子电气类专业教学中不可或缺的重要组成部分。通过实验平台的学习和实践，学生能够获得全面的知识和技能提升，为未来的职业发展奠定坚实的基础。