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信息学科部自动化系实验室设备更新

一、自动控制原理与计算机控制技术实验箱

数量：25套

规格参数：

（一）基本要求

满足我院2024培养方案“自动控制理论”、“现代控制理论”、“控制工程基础”、“计算机控制技术”课程及相关课程设计所有相关实验开设要求。配置有“自动控制理论”、“现代控制理论”、“控制工程基础”、“计算机控制技术”检测接口板,可与计算机联网通信，在上位机软件的支持下，实现虚拟示波器功能，具有图形保存、打印功能，具有控制理论的各种测量功能，如波特图、奈奎施特图、阶跃特性等的测量。

（二）主要要求

1、要求实验箱内含有实验必要的电源、信号发生器以及非线性与高阶电模拟单元，可根据教学实验需要进行灵活组合，构成各种典型环节与系统。

2、实验箱配置高性能数据采集卡，采用USB2.0以上接口与上位机进行通讯，可实现≥480M比特/秒的高速数据传输。

3、上位机应用软件采用图形化编程软件编制，并便于修改和升级。

4、配备PC微机作为操作台时，将高效率支持自动控制原理的教学实验。系统提供界面友好、功能丰富的上位机软件。PC微机在实验中，除了满足软件仿真需要外，又可成为测试所需的虚拟仪器、测试信号发生器以及具有很强柔性的数字控制器。

5、系统的硬件、软件设计，充分考虑开放型、研究型实验的需要。

（三）自动控制原理与计算机控制技术实验箱可以完成的功能要求

1、自动控制原理实验

1）典型环节及其阶跃响应实验

2）二阶系统的阶跃响应实验

3）典型系统动态性能和稳定性分析实验

4）典型环节（或系统）的频率特性测量实验

5）连续系统串联校正实验

6）数字PID控制实验

7）状态反馈与状态观测器实验（含极点配置线性系统全状态反馈控制等）

8）解耦控制实验

9）采样控制系统验证实验（含采样定理验证、采样控制系统动态性能和稳定性分析的混合仿真、采样控制系统串联校正的混合仿真等）

10）非线性环节实验（含典型非线性环节的静态特性、非线性系统相平面法、非线性系统描述函数法等）

11）相轨迹实验

2、计算机控制技术实验

1）数-模转换D/A实验

2）模-数转换A/D实验

3）数字PID 控制实验

4）状态反馈与状态观测器实验（含线性离散系统全状态反馈控制等）

5）数字滤波实验

6）炉温控制实验（外扩温控炉对象）

7）电机调速实验（外扩直流电机对象）

8）步进电机控制实验（外扩步进电机对象）

9）D(S)离散化方法的研究

10）计算机控制系统常用算法实验（含大林算法、串级控制算法、解耦控制算法、最少拍控制算法、模糊控制算法、单神经元控制算法等）

（四）技术性能要求

1、实验箱结构要求

要求实验箱外壳采用铝合金等强性刚性较好并非易生锈材料、面板采用绝缘喷漆面板。

实验面板采用至少2mm厚绝缘板，面板上印有电路原理图、说明及器件符号等，方便教学。

2、自动控制理论单元

要求配置有模拟单元，由运算放大器构成，至少8个运放模拟单元和3个非线性单元电路，每个运放模拟单元内都有实验所需的电阻、电容等元件，可以通过短路块和导线灵活方便的对实验单元电路的组合，可构造出各种型式和阶次的模拟环节和控制系统。

信号源单元可以产生频率与幅值可调的周期方波信号、周期斜坡信号、周期抛物线信号以及正弦信号等，并提供与周期阶跃、斜坡、抛物线信号相配合的周期锁零信号。

具体技术参数要求如下：

要求实验板主要由电源部分、与PC机进行通讯的数据处理、元器件、非线性单元以及模拟电路等共多个单元组成。

1）电源单元

包括电源开关、保险丝、＋5V、－5V、＋15V、－15V、0V以及1.3V－15V可调电压的输出(上述为建议参考值,厂家可根据自身实际产品小范围调整)，它们提供实验箱所需的所有工作电源。

2）元器件单元

单元提供实验所需的电容、电阻与电位器，另提供插接电路供放置用户选定大小的元器件。

3）非线性环节单元

三个单元分别用于构成不同的典型非线性环节。

一个单元可通过拨键选择具有死区特性或间隙特性的非线性环节模拟电路。

一个单元为具有继电特性的非线性环节模拟电路。

一个单元为具有饱和特性的非线性环节模拟电路。

4）模拟电路单元

数个单元为由运算放大器与电阻，电容等器件组成的模拟电路单元。其中一个为倒相电路，实验时通常用作反号器。数个单元的每个单元内，都有用场效应管组成的锁零电路和运放调零电位器。

（五）数据采集单元和软件的技术要求

1、数据采集单元技术要求

要求数据采集单元是由信号调理模块、多功能数据采集卡组成。信号调理模块含多个信号处理单元，经过运放等处理，得到高精度有效信号。多功能数据采集卡包含8个输入通道，可输入幅值-10V~+10V，两个输出通道，可输出幅值-10V~+10V，G0和G1两个通道，输出幅值为-10V，以及GND接口(上述为建议参考值,厂家可根据自身实际产品小范围调整)。主要技术参数如下：

1）采用USB2.0以上接口，可实现≥480M比特/秒的高速数据传输：

2）完全符合传统操作习惯的数字存储示波器，电压档位V/DIV5V-25mV 八档可调，频率T/DIV2S-5uS 十八档可调，数字显示幅值和频率，光标定位，还具有波形数据的存储功能等(上述为建议参考值,厂家可根据自身实际产品小范围调整)；

3）至少8路A/D输入，12bit分辨率，实时采样，可同时采集8路模拟电压信号。

4）至少2路D/A输出，12bit分辨率，0～10V标准信号输出，可作为控制信号输出。

2、软件技术要求

1）要求自动控制理论实验的上位机控制软件采用最新版本的图形化编程软件编制，并向用户提供多功能采集卡在上位机控制软件环境下的动态连接库和驱动程序，并便于修改和升级。

2）要求在实验界面中，学生可以看到实验指导书包括实验的原理说明、实验须知（包括安全须知）、实验内容和一些相关的技术文档。

3）要求在实验过程中，实验的主界面显示实验的过程和必要的数据处理。

4）要求在屏的右侧显示所有仪器仪表的读数和状态以及示波卡的图标，点击后显示示波卡的功能，且可以进行CRT读出和慢扫描功能。

（六）根据实验室的现场实际情况和所有设备的正常使用，要求进行电力和网络布线，达到实验室设备的正常使用要求：

1、排插：25个（公牛、3孔、8位、10A以上），在实验室现有电气插座基础上，分别连接供电至25台套设备；

2、在实验室网络布线及辅材基础上，使实验室达到：

网络布线及辅材：25个点

3、沿墙设槽、整齐美观、强弱分离

二、电脑

数量：26台

规格参数：

1、CPU：主频≥2.5GHz,不低于Intel 酷睿i5-14400或同级别以上处理器，≥16G内存 DDR4 3200MHz,支持双通道扩展，≥512G硬盘，集成显卡，原装键盘鼠标，≥21.5英寸液晶，分辨率1920*1080，接口≥10个USB接口（含4个USB3.0）、HDMI+VGA双显示输出；

2、安装较新版WINDOW操作系统和办公软件、硬件或软件支持U盘病毒免疫功能、支持一键还原、支持全病毒库免疫、支持防火墙；其中21台安装自控原理与计算机控制实验箱全部相关实验软件和程序，还有1台安装电气控制综合实验平台全部相关实验软件和程序,另根据实验室需要配合支持实验室安装好其它所需软件（此部分软件由实验室提供、指导安装并自主决定是否安装，厂家必须配合）；

3、所有电脑支持网络通传，中文网络通传界面，操作简单易行，安全稳定快速，提供可免费重复使用安装包；

4、其中2台各配500G以上品牌移动硬盘1个。

三、实验桌

数量：26张

规格参数：

1、1200*600*760mm左右，桌面厚20mm左右，反下带门和锁方便检修，设有走线槽；

2、每张桌子配3张实木凳子:4条腿、8横杠（每边2横杠），凳面长330 mm*宽230 mm*厚20mm左右，凳高450mm左右。

（实验桌样型尽量类似于上图，但桌面无需分上下层，需增加反下带门和锁方便检修和可灵活方便打开的走线槽）

（实木凳子样型尽量类似于上图）

四、电气控制综合实验平台

数量：5台套

规格参数：

一、基本要求

满足我院2024培养方案《电力电子技术》、《运动控制系统》及《电力传动控制系统》课程及相关课程设计相关实验开设要求：

A、典型电力电子器件实验

B、AC-DC变换技术

C、DC-DC变换技术

D、DC-AC变换技术

E、综合电力电子变换技术

G、运动控制相关实验

H、数字电力电子技术及运动控制技术

二、要求实验室可完成的实验内容

1、电力电子技术实验（晶闸管部分）

1) 锯齿波同步移相触发电路实验

2) 单相半波可控整流电路实验

3) 单相桥式半控整流电路实验

4）单相桥式全控整流电路实验

5）单相桥式有源逆变电路实验

6) 三相半波可控整流电路的研究

7) 三相桥式半控整流电路实验

8) 三相桥式全控整流及有源逆变电路实验  

9) 三相交流调压电路实验

2、全控型电力电子器件实验

1）功率场效应晶体管(MOSFET)的驱动电路研究

2）功率场效应晶体管(MOSFET)的主要参数测量

3）绝缘栅双极型晶体管(IGBT)特性及其驱动电路的研究

3、全控型器件典型线路实验

1）直流斩波电路（Buck、Cuk、Boost、Buck-Boost等电路）的性能研究

2)单相交直交变频电路的性能研究

4、直流调速系统实验

1）晶闸管直流调速系统参数和环节特性的测定

2）晶闸管直流调速主要单元调试

3）不可逆单闭环直流调速系统静特性的研究

4）双闭环晶闸管不可逆直流调速系统

5）双闭环控制的直流脉宽调速系统(PWM)

5、常规交流调速系统实验

1）三相异步电机调压调速系统

2）三相异步电机串级调速系统

3）三相异步电机变频调速系统

6、数字电力电子及运动控制实验（整个实验室至少配置1套，含相关软硬件资料, 厂家可根据自身实际产品提供类似或更新的实现方式）

1）晶闸管整流电路

①三相桥式全控整流及有源逆变电路实验（SCR）
   ②三相交流调压电路实验（SCR）

2）DC-DC变换器（带闭环控制）

① 直流斩波实验（Buck变换器）

② 直流斩波实验（Boost变换器）

③ 直流斩波实验（Buck-Boost变换器）

④ 直流斩波实验（Cuk变换器）

⑤单端反激式电路实验（Flyback电路）

⑥单端正激式电路实验（Forward电路）

⑦半桥开关电路变换器实验(HB-PWM电路)

⑧全桥开关电路变换器实验(FB-PWM电路)

3）DC/AC变换器（带闭环控制）

① 三相电压空间矢量控制（SVPWM）逆变电路实验

② 并网逆变电路实验

4）AC/DC变换器（带闭环控制）

①三相电压型PWM整流电路实验

②单相电压型PWM整流电路实验（扩展实验）

5）AC/AC变换器

①交流调功电路实验

②交交变频电路实验

6）数字控制的直流电机调速系统实验

①单闭环晶闸管不可逆直流调速系统

②双闭环晶闸管不可逆直流调速系统

③双闭环三相异步电动机调压调速系统

④双闭环可逆直流脉宽H桥（PWM）调速系统

7）三相异步电机变频调速系统实验

①采用SPWM调制方式下V/F调速系统

②采用空间电压矢量调制（SVPWM）方式的V/F调速系统

③采用磁场定向控制（FOC）的高性能变频调速系统

④采用直接转矩控制（DTC）的高性能变频调速系统（扩展实验）

三、产品技术要求

1、设备安全保护功能要求

1）设备的人身安全保护

◆ 三相隔离变压器的浮地保护,将实验用电与电网完全隔离，对人身安全起到有效的保护作用；

◆ 三相电源输入端设有电流型漏电保护器，设备的漏电流大于30mA即可断开开关，符合国家标准对低压电器安全的要求；

◆ 强电实验导线采用全塑封闭型手枪式导线，避免学生触摸到金属部分而引起的双手带电操作触电的可能,安全稳定、连接牢靠，耐受使用次数：可正常接插1万次以上。

2）设备的安全保护体系

◆ 三相交流电源输出设有电子线路及保险丝双重过流及短路保护功能；

◆ 晶闸管的门阴极和各触发电路的观察孔设有高压保护功能，避免学生误接线；

◆ 实验台采用三种实验导线，相互间不能互插，强电采用全塑型封闭安全实验导线，弱电采用金属裸露实验导线，观察孔采用2＃实验导线，避免了学生误操作将强电接到弱电的可能，实验连接导线采用高可靠全封闭手枪插型式，内部为无氧铜抽丝而成发丝般细的128股线，质地柔软，护套用粗线径、防硬化化学制品制成，插头采用实芯铜质件,安全稳定、连接牢靠，耐受使用次数：可正常接插1万次以上。

每个实验台套各种实验导线在厂家标准配比、正常用量基础上,增加2倍备用量（各种规格至少30根以上）。

2、产品的结构要求

1）要求装置由控制屏、实验电源、测量仪表、实验桌、实验模块和实验导线等组成。

2）实验桌采用防生锈金属喷塑结构，桌面为高强度密度板，桌子下面设有储藏柜，可放置实验箱、导线和工具等；

3）要求各挂箱的面板尽量不采用金属材料，尽量采用先进的丝网印刷工艺，但不接受凹字烂板印刷工艺。

3、产品基本配置技术要求(下述为建议参考值,厂家可根据自身实际产品适当调整)

1）低压电源及仪表：提供测量范围±300V直流电压表1只。提供测量范围±2A直流电流表1只。提供测量范围300V交流电压表1只。提供测量范围1A交流电流表1只。提供速度变换器，给定，零速封锁器；提供±15V/1A直流稳压电源；

2）交/直流电源：通过开关切换分别输出三相200V和230V交流电源(上述为建议参考值,厂家可根据自身实际产品调整)，给直流调速和交流调速提供实验电源，带过流保护。该电源经过电流型漏电器、三相隔离变压器等安全保护措施后供实验用电。提供0~220V/0.5A可调直流励磁电源；

3）可调电阻箱：提供900W/0.41A与电阻180W/0.41A串联的三组可调电阻负载，供发电机负载电阻和其它实验阻性负载(上述为建议参考值,厂家可根据自身实际产品调整)；

4）平波电抗器及阻容吸收：提供直流调速实验中需要的平波电抗器及RC滤波，平波电抗器可取出50mH、100mH、200mH、700mH四档电抗(上述为建议参考值,厂家可根据自身实际产品调整)；

5）三相变压器：该三相变压器可作为串级调速系统和有源逆变线路中的逆变变压器。参数原边AC220V/0.4A，副边110V/44V/0.8A；

6）触发电路：提供单结晶体管、正弦波和锯齿波等3种典型的晶闸管触发电路。各电路中引出各波形观察点，使学生能够安全测量，直观的了解各种触发电路的工作原理，与对应的晶闸管连接，完成单相半波整流和单相全桥整流电路实验；

7）直流调速控制单元：提供完成交、直流调速闭环控制系统实验的模拟PID调节器（转速调节器和电流调节器）、DPT（转矩极性鉴别器）、DPZ(零电流检测器）、双闭环可逆调速系统的逻辑控制器等；

8）三相触发及主回路：提供数字触发电路，可产生6路双窄脉冲三相触发电路，脉冲间隔均匀，移相范围至少为10°~160°。面板引出三相同步电压和六组脉冲波形的观察端，主回路由两组晶闸管和三相不可控整流电路组成，与触发电路、电流反馈及过流保护电路连接，可完成半导体变流技术实验、交直流双闭环调速系统实验等。

9）电机导轨及电机技术要求(下述为参数建议参考值,厂家可根据自身实际产品适当调整)

◆直流复励发电机：PN=100W，nN=1500r/min，IN=0.5A，UN=220V或其它高性能、耐用电机负载；

◆直流并励电动机：P_N=185W，n_N=1600r/min，I_N=1.1A，U_N=220V；

◆三相笼型异步电动机：P_N=100W，n_N=1420r/min，I_N=0.48A,，U_N=220V；

◆三相绕线式异步电动机：PN=100W,，nN=1420r/min，IN=0.55A，UN=220V；

◆ 电机导轨、光电码盘和转速表：此导轨可放置各种实验电机，通过橡皮连轴头和编码器连接，并用底脚固定螺丝固定电机。实验台上装有转速表可指示电机正反转转速。提供高精度稳定性好数字转速表。

四、每台套配套10张实木凳子：4条腿、8横杠（每边2横杠），凳面长330 mm*宽230 mm*厚20mm，凳高450mm。

（实木凳子样型见上图）

五、数字示波器

数量：5台套

规格参数：

1、200M带宽，2G Sa/s的采样率，至少双通道,硬件垂直分辨率不低于12bit；

2、体积约340mm*177mm*90mm，超薄设计，厚度约90mm,节省更多的桌面空间，功率不高于18Ｗ，超静声设计；

3、至少8英寸高清液晶屏，分辨率不小于800*600，15*10网格显示，波形显示细腻，屏幕显示支持亮度调节；

4、存储深度（每次采集波形的记录长度）不低于39M点；

5、支持小信号测量 ，在无信号输出的情况下，示波器本机底噪不超过0.5mV；

6、具有电流测量功能，方便电压、电流切换测量，电流测量范围不低于100.0mA/V ~ 1KA/V；

7、最大波形刷新率不低于72000次/秒，支持用trig out输出测试；

8、内置VGA/HDMI模块接口，可外接大屏或投影显示，方便教学演示，同时有USB device，USB host，P/F，LAN等接口；支持SCPI，Labview通信，支持二次开发，并提供编程手册。

9、时基档位1nS/div~1000S/div,精度不低于1ppm，内置6位1ppm精确度频率计，频率精度精确到0.01Hz；

10、支持加、减、乘、除、开方、积分、微分、自定义数学运算等运算功能；

11、具有不低于128M的本机闪存，可存储不低于100组波形，供学生老师存档分析；

12、李沙育波形支持双屏显示和三屏显示两种模式，三屏显示可显示时域波形、李沙育波形以及李沙育波形的相关参数（可显示频率、幅度、相位差等参数），并支持XY模式下光标测量。

13、配置不少于峰-峰值、平均值、均方根值、周期均方根值、游标均方根值、频率、周期、工作周期、最大值、最小值、顶端值、底端值、幅度、过冲、预冲、上升时间、下降时间、相位、正脉冲、负脉宽、正占空比、负占空比、延迟A→B↓ 、延迟A→B↑ 、正脉冲个数、负脉冲个数、上升边沿个数、下降边沿个数，FRF、FFR、FRR、FFF、LRR、LRF、LFR、LFF、面积、周期面积等38种自动测量项；

14、具备不少于边沿、视频、脉宽、斜率、欠幅、窗口、Timeout、第N边沿等触发类型，支持逻辑触发，总线触发（I2C、SPI、RS232、CAN）及可选配解码功能；

15、每台套至少配4副原厂探针表笔测试线。

2025年9月