自动控制原理实验讲义

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1、第二节 CZ-AC型自动控制原理实验箱与THDAQ虚拟实验设备1.1 THDAQ-USB2.0计算机辅助实验系统简介THDAQ-USB 2.0计算机辅助实验系统是用虚拟仪器技术实现的软硬件相结合的组合仪 器系统。它以计算机为基础，集双通道低频数字存储示波器、双通道程控函数信号发生器于 一体，既可与自控原理、信号与系统、模拟电路等实验箱相结合，完成各种复杂的实验内容， 也可在工程实践中发挥作用，完成各种低频信号的测试、测量功能。硬件上它通过USB 口 与计算机相连，方便快捷，台式机、笔记本电脑均可使用。技术性能1、信号采集部分AD 性能：双通道， 12位AD采样频率：最高500K SPSAD采样

2、幅度综合误差：1LSBAD 输入阻抗： 1 兆欧AD输入电压范围：-10V+10VX 轴时基：50us20s/divY轴灵敏度：20mV5V/div （1X探头）触发方式： PC 机软件触发2、信号源部分DA性能：双通道，12位信号波形类型：正弦波、方波、三角波、锯齿波、脉冲等信号输出频率： 0.01Hz10KHz信号输出幅度： -5V+5V口系统配置PC机要求：较新配置计算机（台式机、笔记本均可），带USB 2.0接口操作系统： Windows2000/WindowsXP/Windows7 32位1.2 THDAQ-VILAB 虚拟仪器套件使用说明一、概述THDAQ-VILAB用户说明向用户

3、简单介绍如何安装和使用THDAQ-VILAB虚拟仪器套件。 本使用说明包含软件基本功能，基本操作和使用注意事项等内容。THDAQ-VILAB 虚拟仪器套件是我公司开发研制的新型虚拟测试仪器。它可以产生多种信 号，并具有双通道示波器功能。其主要包含两大模块：任意信号发生器，双通道虚拟示波器 1.1 驱动安装(1)用USB2.0扁口线把采集卡与主机相连，打开电源开关S1,完成物理连接。在桌面下 方弹出发现新硬件的提示如图1-1；宣理新哽件xUSB DeviceI图1-1(2)在主机上自动弹出搜索驱动的对话框如图 1-2，选择从列表或指定位置安装(高级) 选项，点击下一步；图 1-23)根据新硬件安

4、装向导，进行安装，在如图1-3 中输入驱动程序所在的路径，点击下一i H步；图 1-3(4)将采集卡的驱动程序包 THDAQ_ALLversion 所在的位置输入相应的对话框，将THDAQloader.sys进行安装完毕后，会弹出如图1-4所示向导；图 1-4(5)单击“仍然继续”按钮，安装ezusb.sys,主机显示此设备可以使用了。若在系统设备 管理器的通用串行总线控制器中，存在THUviLab THDAQ General如图1-5，即驱动安装成 功。图 1-51.2 软件简介驱动安装成功后，则可安装应用软件。点击安装程序setup.exe, 路选择默认安装即可。软 件安装完毕后，打开程序

5、，主面板如图1-6 所示。其包括配置检测，任意信号发生器，双通 道示波器等控件。图 1-6 THDAQ-VILAB 虚拟仪器套件主面板 当虚拟仪器套件主面板启动后，软件会自动进行配置检测，即软件搜索可以使用的采集卡， 若搜索到采集卡，则指示器发亮（绿光），显示“Successfully!”字样，同时在主面板显示该 采集卡型号“THDAQ1012U”字样。否则弹出一对话框，显示“不存在可用设备或无效设 备类型”，指示器不亮，显示“Error”弹出子面板。若出现后一种情况，请点击配置检测按 钮，重新进行检测。二、任意信号发生器 本部分介绍虚拟任意信号发生器的基本操作和快速实用方法。快速教程 本快速

6、教程向新用户介绍如何产生连续正弦波形。请按以下步骤熟悉虚拟仪器的基本操作：（1）用USB2.0扁口线把采集卡与主机相连，打开电源开关S1；（2）在开始菜单中打开THDAQ-VILAB_V1.0软件；TH DAQ-VI LA B_V1.-O_SETU FTH&AQ-V1LAB V1.O（3）在完成硬件检测后，在THDAQ-VILAB虚拟仪器套件主面板中点击任意信号发生器按 钮；4）启动任意信号发生器软件面板（5）信号输出通道选择默认的CH1通道;6）输出信号类型选择正弦波，点击正弦按钮；7）点击频率/周期按钮，选中频率/周期选项，再次点击该按钮可新型频率和周期的切换;（8）在左上角的参数设置框内

7、设置输出信号的频率或周期值，可通过箭头或右侧大旋钮改 变，也可通过键盘输入设置，默认信号频率为100Hz；（9）点击幅值按钮，选中幅值选项；色创10）在左上角的参数设置框内设置输出信号的幅度，可通过箭头或右侧大旋钮改变，也可通过键盘输入设置，默认幅度为 1V；(11)在左侧的显示界面中可显示输出信号的波形和参数，点击View按钮可改变显示形式。其他功能，此处暂不介绍。三、双通道示波器 本仪器是采集和显示一个或两个通道数据的单机虚拟数字存储示波设备，可连续或单次采 集。当 THDAQ-DSO 运行时，曲线在垂直方向和水平方向的位置可调节，垂直每格所代表 的电压值和水平每格代表的时间间隔也可调节。

8、其采用软件触发模式，触发通道，触发电平 及触发模式可手动选择。 THDAQ-DSO 能测试并显示采集数据的时域参数：频率、周期、 最大值、最小值、均方根值、峰峰值以及平均值。同时该仪器具有光标显示功能，通过移动 光标可显示曲线不同位置的数值。本部分介绍双通道虚拟示波器的快速教程和基本操作。快速教程本快速教程向新用户介绍如何利用双通道示波器采集一个简单的正弦波和一个矩形波。请按 一下步骤熟悉虚拟仪器的基本操作：(1)用USB2.0扁口线把采集卡与主机相连，打开电源开关S1；TH DA Q-Vl LAB_V 1.0_SETU P(2)在开始菜单中打开THDAQ-VILAB_V1.0软件;3)在完成

9、硬件检测后，在 THDAQ-VILAB 虚拟仪器套件主面板中点击双通道示波器按钮；Devics StatusTHDAQ1012U4）启动双通道示波器软件面板（5）此时示波器的X轴时基标度为默认值2ms/格，CH1和CH2两个采集通道的Y轴默认 垂直标度均为1V/格。（6）打开信号发生器，使其CH1通道输出正弦波，设置信号频率100Hz、幅值为2V，将 其连接到虚拟示波器的 CH1 通道。此时示波器显示CH1通道的波形为蓝色的频率为100Hz、幅值为2V的正弦波曲线。在曲线显示的右边显示的是测量参数值：频率，峰峰值等。点击 1V/div 显示框或调节伏/格旋钮可用来改变每一通道垂直方向上每一格所

10、代表的电压 值，按1-2-5格式进行分度。500uV1mV2mV5mV10mV20mVSOmVlOOmV200mVSOOmV7 IV点击2ms/div显示框或调节秒/格旋钮可用来改变示波器的时基,即波形显示区域的横方向每 格所表示的时间，也是按1-2-5进行分度。2DU5*SDusIDOus20u5500usIms2 ms5 msIDms2Dms5Dmsli0ms2-MrriESDOm s152s5&T(7)调节水平时基值为5ms/格，信号显示如图。(8) 按下光标按钮，弹出如下所示的对话框，选择光标测量通道为CH1,同时选中C1、 C2两个光标，然后退出。则在示波器前面板出现下面测量CH1通

11、道曲线值的光标，并且在 图形下方显示光标坐在曲线位置的所表示的时间及幅值，以及两光标之间的时间差和幅值 差。可拖动光标位置，察看曲线上任意点的幅值及时间。(9) 点击YT/XY按钮，可改变虚拟示波器的显示模式，即选择常用的YT模式还是XY模 式。(10) 点击运行/停止按钮：按下该按钮，至Stop状态，则立即停止采集，波形显示曲线静 止不动；再次按下至 Run 状态，则开始继续开始采集。其他功能，此处暂不介绍。1.3使用THDAQ-VILAB完成自控原理实验此处，我们以二阶系统的阶跃响应实验为例，讲述如果利用THDAQ-VILAB虚拟仪器套件 完成自控原理实验内容。应用举例：二阶系统的阶跃响应

12、准备步骤：用 USB2.0 扁口线把 THDAQ-USB2.0 采集卡与主机相连，打开采集开电源开关 S1,安装硬件驱动和应用软件。安装完毕后，先关闭采集卡电源开关，并用9芯串口线连 接采集卡与实验箱备用。步骤1：在CZ-AC型自控原理实验箱上按下边的电路图连好一个二阶系统R=1M,C=0.47uF, Rf=40K, Ri=100K。运算放大器顺序选择0P1、0P2、0P9、0P6。Rf使用100K电位器， 值过大则信号衰减太快，看不清过程；值过小则信号衰减太慢，甚至于震荡，注意调节。向下断开）接在二阶系统的输入端，INPUT通道1输入也接在二阶系统的输入端，将INPUT 通道2输入接在二阶系

13、统的输出端。步骤3：硬件连接完毕后，先打开实验箱左上角的红色船型电源开关,再打开THDAQ-USB2.0 采集卡的电源开关S1,注意上电顺序不要搞错，否则可能会造成软件的死机现象。步骤 4：点击开始 / 程序 / THDAQ-VILAB_V1.0_SETUP / THDAQ-VILAB_V1.0,启动 THDAQ-VILAB 虚拟仪器套件软件主界面，在完成硬件检测后，点击双通道示波器按钮， 启动双通道示波器软件面板。步骤5：点击2ms/div显示框将虚拟示波器的时基改为2s/div,将示波器面板的X轴显示范 围设为 0 20 秒。步骤6：将实验箱上用于产生阶跃信号的开关K1拨到上端，二阶系统的

14、输入和输出双通道 的波形将在示波器面板上开始动态显示，在一整屏波形将要显示完整之前，点击运行/停止 按钮 ，则屏幕上的波形会静态停留在显示面板上（如附图所示）；如果在一整屏波形未显示完之 前，未点击运行/停止按钮，则后续的采集数据将会不断显示。此时可点击光标按钮 ，测量曲线上任意点的幅值及时间值。步骤 7：此时，可利用抓图软件对波形进行存储。实验完毕，先关闭 THDAQ-VILAB 虚拟 仪器套件软件，再一次关闭采集卡和实验箱箱电源，拆除连线。注意顺序不要搞错，否则可 能会造成软件的死机现象。19:45:272D13/5/290Qr23igini匸;一Pk-PkRMS:923.55Pk-PIc1.03 VRMS：MD.68Mean*S13.S4TIHDAQ1D12l.oo v /div0.00 V2s fd!v1.00 V/dhrO.DOV2s /div当Q j)QESfn|o伏i也|&秒32 2.41m H