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王 珩 东南大学成贤学院 210088
【文章摘要】
本文主要介绍了自动控制原理课程在实验过程中应用的主要模拟控制系统，以及实验过程中的主要实验平台。教师可以根据自身的教学计划与要求采用不同的教学平台。
【关键词】
自动控制原理实验；模拟控制系统；实验方案
0 绪论
自动控制原理是一门理论性和实践性都很强的专业基础课，主要在自动化、电气、仪表及检测、机电、电子信息等专业应用广泛。近年来，对于应用型人才的培养逐渐成为高校的培养重点，因此实验环节也越来越得到重视，本文主要介绍自动控制原理实验过程中的主要模拟控制系统，以及几种实验方式。
1 主要模拟控制系统
机械、电气、热力学等物理系统的运动形式是多种多样的，但其数学模型的描述基本一致，人们可以利用对同一类物理系统的研究来代替对另一类具有同样微分方程的物理系统的研究。考虑到经济性和教学的要求，往往利用高性能运算放大器配合不同的输入阻抗网络和反馈阻抗网络来模拟控制系统的各种环节，再由多个环节组成的系统对整个控制系统进行模拟。
1.1 比例环节
图1 比例环节方框图
图2 比例环节模拟电路图
传递函数为：
1.2 积分环节
图3 积分环节方框图
图5 驱动输入为1.5V 时测得的风速
图7 驱动输入为2V 时测得的风速050
实验研究
Experimental Research
电子制作
图4 积分环节模拟电路图
传递函数为：
1.3 比例积分环节
图5 比例积分环节方框图
图6 比例积分环节模拟电路图
传递函数为：
1.4 比例微分环节
图7 比例微分环节方框图
图8 比例微分环节模拟电路图
传递函数为：
1.5 比例积分微分环节
图9 比例积分微分环节方框图
图10 比例积分微分环节模拟电路图
传递函数为：
1.6 惯性环节
图11 惯性环节方框图
图12 惯性环节模拟电路图
传递函数为：
2 实践过程中几种实验方案
自动控制原理实验可以通过多种方式来实现，虽然实验过程中所涉及的设计并不依赖于特定的实验装置和实验环境，但是一个设计合理、功能完善、使用方便的实验平台无疑是提高实验教学效果的重要因素。
2.1 采用传统仪器的实验方案
一般是由模拟实验箱、直流稳压电源、函数信号发生器、示波器等组成。
这种方案的优点在于学生可以在实验过程中能够熟练的掌握各种传统仪器的使用方法，并且能够认知模拟的过程，提高硬件电路的设计和分析的能力，但实验效果往往受到仪器的制约，如读数不精准，阶跃响应的瞬时观察比较困难等。
2.2 采用计算机半实物仿真的实验方案
随着计算机技术的发展，计算机的应用已经很广泛。该方案是利用计算机通过串口或者USB 接口与A/D-D/A 接口板连接，计算机上安装实验软件，实现信号发生器、示波器、频率特性分析、计算机控制器等功能。由计算机完成实验数据的采集、存储和计算，在实验过程中即可数据结果与理论值进行比较分析，提高了实验的效率。另外在软件设计方面，具有易操作性，使学生不需要专门的学习就可以使用。
2.3 采用NI EVILS 平台的实验方案
随着测试仪器的数字化、计算机化的发展，虚拟仪器逐渐取代了传统仪器。在EVILS 平台开发的LabVIEW 软件是一种图形化的编程语言。在LabVIEW 中，可以使用不同的工具和对象创建一个用户界面，然后在上面添加仪器功能。做成不同的实验界面，然后在程序框图中连接各个仪器的功能及相应函数的功能。最后，通过打开不同的实验界面完成实验。实验界面上的示波器等显示器件都可以直接使用。
2.4 利用MATLAB/Simulink 软件的实验方案
MATLAB 是一款功能强大的工程计算及数值分析软件。而Simulink 是MATLAB 里的工具箱之一，主要功能是实现动态系统的建模、仿真与分析。它是MATLAB 软件的扩展，它与用户交互的接口是基于Windows 的模型化图形输入，这些模型化的图形是按照功能分类的基本模块，用户只需要知道这些基本模块的输入输出及其功能，就可以调用，再构成所需的系统模型，进而进行仿真与分析。
3 结论
本文主要介绍了自动控制原理实验的主要模拟控制系统，并对实验方案进行了简单的阐述，可能有些教师认为用仿真实验方式做实验，会不真实，而采用传统仪器才是看的见，摸得着的。但就我而言，做自动控制原理实验的目的主要是让学生更好更快地掌握和理解自动控制的基本原理和分析技术。因此，简单易上手的仿真软件可以提高实验效率，使学生更快的理解自动控制理论这门课程。当然，其他的实验方案在实际应用中也存在不同的意义，可以根据学生的基础和发展方向适当的结合起来，达到更高的实验要求。
【参考文献】
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[3] 周春燕. 基于LabVIEW 的网络化虚拟仪器实验系统的设计[C]. 广西： 广西师范大学，2008 .
[4] 郑勇，梁海峰，吴勇. 新型自控原理实验装置的研制[J]. 电气电子教学学报，2002（3）：65-69 .
【作者简介】
王珩，女，1986 年7 月，东南大学成贤学院，助理实验师。051
实验研究
Experimental Research
电子制作
