一、概述
自动控制原理实验箱是新一代控制教学实验设备，集VC++界面的集成环境软件、多种高性能的嵌入式控制计算机、信号源、模拟实验平台、控制专用测量与分析仪器于一体，不需要再配备超低频长余辉示波器及频率特性分析仪等其他各种仪器，具有很高的性价比和极佳的教学效果。
二、主要特点
开放式的控制实验平台，极大提高实验效率
1、模拟实验对象
1.模拟实验对象模块（D1 区～D4 区, E1 区～E3 区）
模拟实验对象模块 D1～D4、E1～E3 布置图见图 1-1-1，可配置成各种参数的惯性被控对象、积分被控对象、比例积分被控对象、比例微分/惯性被控对象、比例/积分/微分被控对象及比例被控对象。
图中 S1～S15 均为跨接座，当用户选中模拟实验对象模块的某一参数的电阻、电容作输入回路和反馈回路构成一个模拟电路时，在该元件的左边相对应的跨接座上插上红色短路套即可，直观方便。七个模拟实验对象模块实现原理基本相同，只是运放各输入回路及各反馈回路引入的电阻、电容的参数和连接方式各不相同。七个模拟实验对象模块的各参数已经合理设计，组合使用可以满足本实验指导书中提供的全部实验要求，而无需外接电阻或电容，有效的简化了实验操作。
各信号接入点及输出点均引出标准插孔供接线用。H1、H2 为模拟实验对象模块的输入插孔，IN为运算放大器负端输入(反馈与输入相加点)插孔，OUT 为模拟实验对象模块的输出插孔。
D4 模块兼作校正网络库，在不同的跨接座上插上红色短路套，即可构成比例环节、惯性环节、积分环节、比例积分环节、比例微分环节、比例微分积分环节，用户可按不同的需求构成各种校正环节。
2.模拟运算扩充库 （C2～C4 区、D5 区）
模拟运算扩充库有反相模拟运算模块（C2～C4），放大器（D5）和 1 个 0～999.9KΩ的直读式可变电阻、2 个电位器及多个电容（D5），可以灵活搭建多种不同参数的系统。
2、被控对象实验区（A1 区～A3 区）
1.温控模块（A1）
温控模块采用装在散热器下的功率晶体管进行加热，可以用模拟电压加热及 PWM 控制加热。温控模块采用装在散热器下的热敏电阻进行测温，散热器下装有风扇，用户推上风扇开关，
启动风扇进行冷却，同时也可用于温控的扰动。
控制器控制输出信号引入到“CON”测孔对温控模块进行加热，温控模块测温输出由“TOUT” 插孔输出。
2.直流电机模块（A2）
直流电机模块采用 RF-310TC-11400 直流电机,当直流电压引入到“CTRL”测孔，驱动直流电机转动，电机带动转盘产生脉冲，该脉冲经过整形后在“REV”插孔输出，同时送给 A4 区的CPU，做 F／V 转换形成电压送给 B3 区的 xOUT1。
3.步进电机模块（A3）
步进电机模块采用 BY35L-4801 步进电机，该步进电机可为四相四拍或四相八拍驱动。步进电机的驱动连线在实验机中已与各控制器的 I/O 口固定联结,用户无须连线。
步进电机模块上有四个指示灯，同步显示各相驱动信号的状态。
3、虚拟仪器、控制器（A4、B3）
1.信号源、控制器
信号源主要是由单片机和运放组成，信号源输出的类别及参数由用户在实验仪上位机界面上设定。
B3 模块有 xOUT1 和 xOUT2 两个插孔，可选作单信号源（矩形波、正弦波、阶跃波、方波、斜坡）；亦可选作复式信号源（矩形波+手控阶跃、矩形波+正弦波+手控阶跃、矩形波+矩形波+手控阶跃、正弦波+微分脉冲、正弦波+正弦波、阶跃+非线性环节）。
非线性环节有继电特性、饱和特性、死区特性、间隙特性和延迟特性环节。 此外还有手控可调连续电压信号：－5V～＋5V。
2.数据采集模块（虚拟示波器）
数据采集模块提供了四个通道模拟信号输入 CH1～CH4 测孔，配合上位机软件的示波器窗口，可以实现波形的显示、存储，可以有效的观察实验中各点信号的波形。详见本实验指导书第二章所述。
模拟信号输入通道中 3 路（CH1～CH3）为不衰减输入，输入范围－5V～＋5V；1 路（CH4） 衰减 2 倍后输入，输入范围－10V～＋10V。
3.频率特性测试模块
被测信号由“ADin” 测孔引入。
4.基准电压
A4 区可提供＋2.00、＋5.00V 和－5.00V 基准电压。其中＋2.00 基准电压可以通过该模块中的 RP1 电位器来调整基准电压。（在出厂时已调整好）
5.通讯模块（A5）
实现与上位机 USB 通讯.
高性能的控制专用测量与分析仪器，通过USB接口与微机连接
（1）4个通道超低频数字存贮示波器，实时测量、显示、游标测量、波形存贮、波形回放等，采样率500KHz，触发极性分上升沿、下降沿；触发通道分A、B二个通道；触发电平可选；触发方式：自动触发、单次触发、正常触发。测量精度2.5mv～15v。
（2）频率特性分析仪：自带扫频功能，在频率特性实验中采用扫频方式；自动生成连续的闭环、开环伯德图及奈氏曲线，能在一个界面上同时全部显示；观察时可任选一个进行放大显示，观察方便直观；可自动搜索谐振峰值和穿越频率。用户可在曲线上随意增添频率点，查找曲线上各频率点的各特征参数，例如谐振频率、谐振峰值，穿越频率、相位裕度等。在所选频率点全部测试完成后，可移动标尺读出各频率点的相应数值。用户还可在界面上点击某按钮读出已测频率点的测试数据等值，分析实验情况。具有图形保存功能。其测量的频率范围为 0.01 rad/s～1000rad/s。
（3）X_Y 测量：将两路测量信号以 X_Y 坐标的形式显示，具有波形刷新和波形存贮功能，可应用于非线性系统的实验特性研究。
（4）数字万用表：具有自动量程切换功能，可进行电阻、电容和电压的测量。
三、实验项目
（一）自动控制原理实验
1、线性系统的时域分析
（1）典型环节的模拟研究
包括：比例环节、惯性环节、积分环节、比例积分环节、比例微分环节、比例积分微分环节（PID）
（2）二阶系统瞬态响应和稳定性
（3）三阶系统的瞬态响应和稳定性
2、线性系统的根轨迹分析
3、线性系统的频域分析
包括：一阶惯性环节的频率特性曲线、二阶闭环系统的频率特性曲线、二阶开环系统的频率特性曲线
4、线性系统的校正与状态反馈
包括：频域法串联超前校正、频域法串联迟后校正、时域法串联比例微分校正、时域法局部比例反馈校正、时域法微分反馈校正、线性系统的状态反馈及极点配置
5、非线性系统的相平面分析
（1）典型非线性环节
包括：测量继电特性、测量饱和特性、测量死区特性、测量间隙特性
（2）二阶非线性控制系统
包括：继电型非线性控制系统、饱和型非线性控制系统、间隙型非线性控制系统
（3）三阶非线性控制系统
包括：继电型非线性三阶控制系统、饱和型非线性三阶控制系统
6、线性系统的状态空间分析
7、模拟PID闭环温度控制系统的设计和实现
自动控制原理实验箱是新一代控制教学实验设备，集VC++界面的集成环境软件、多种高性能的嵌入式控制计算机、信号源、模拟实验平台、控制专用测量与分析仪器于一体，不需要再配备超低频长余辉示波器及频率特性分析仪等其他各种仪器，具有很高的性价比和极佳的教学效果。
二、主要特点
开放式的控制实验平台，极大提高实验效率
1、模拟实验对象
1.模拟实验对象模块（D1 区～D4 区, E1 区～E3 区）
模拟实验对象模块 D1～D4、E1～E3 布置图见图 1-1-1，可配置成各种参数的惯性被控对象、积分被控对象、比例积分被控对象、比例微分/惯性被控对象、比例/积分/微分被控对象及比例被控对象。
图中 S1～S15 均为跨接座，当用户选中模拟实验对象模块的某一参数的电阻、电容作输入回路和反馈回路构成一个模拟电路时，在该元件的左边相对应的跨接座上插上红色短路套即可，直观方便。七个模拟实验对象模块实现原理基本相同，只是运放各输入回路及各反馈回路引入的电阻、电容的参数和连接方式各不相同。七个模拟实验对象模块的各参数已经合理设计，组合使用可以满足本实验指导书中提供的全部实验要求，而无需外接电阻或电容，有效的简化了实验操作。
各信号接入点及输出点均引出标准插孔供接线用。H1、H2 为模拟实验对象模块的输入插孔，IN为运算放大器负端输入(反馈与输入相加点)插孔，OUT 为模拟实验对象模块的输出插孔。
D4 模块兼作校正网络库，在不同的跨接座上插上红色短路套，即可构成比例环节、惯性环节、积分环节、比例积分环节、比例微分环节、比例微分积分环节，用户可按不同的需求构成各种校正环节。
2.模拟运算扩充库 （C2～C4 区、D5 区）
模拟运算扩充库有反相模拟运算模块（C2～C4），放大器（D5）和 1 个 0～999.9KΩ的直读式可变电阻、2 个电位器及多个电容（D5），可以灵活搭建多种不同参数的系统。
2、被控对象实验区（A1 区～A3 区）
1.温控模块（A1）
温控模块采用装在散热器下的功率晶体管进行加热，可以用模拟电压加热及 PWM 控制加热。温控模块采用装在散热器下的热敏电阻进行测温，散热器下装有风扇，用户推上风扇开关，
启动风扇进行冷却，同时也可用于温控的扰动。
控制器控制输出信号引入到“CON”测孔对温控模块进行加热，温控模块测温输出由“TOUT” 插孔输出。
2.直流电机模块（A2）
直流电机模块采用 RF-310TC-11400 直流电机,当直流电压引入到“CTRL”测孔，驱动直流电机转动，电机带动转盘产生脉冲，该脉冲经过整形后在“REV”插孔输出，同时送给 A4 区的CPU，做 F／V 转换形成电压送给 B3 区的 xOUT1。
3.步进电机模块（A3）
步进电机模块采用 BY35L-4801 步进电机，该步进电机可为四相四拍或四相八拍驱动。步进电机的驱动连线在实验机中已与各控制器的 I/O 口固定联结,用户无须连线。
步进电机模块上有四个指示灯，同步显示各相驱动信号的状态。
3、虚拟仪器、控制器（A4、B3）
1.信号源、控制器
信号源主要是由单片机和运放组成，信号源输出的类别及参数由用户在实验仪上位机界面上设定。
B3 模块有 xOUT1 和 xOUT2 两个插孔，可选作单信号源（矩形波、正弦波、阶跃波、方波、斜坡）；亦可选作复式信号源（矩形波+手控阶跃、矩形波+正弦波+手控阶跃、矩形波+矩形波+手控阶跃、正弦波+微分脉冲、正弦波+正弦波、阶跃+非线性环节）。
非线性环节有继电特性、饱和特性、死区特性、间隙特性和延迟特性环节。 此外还有手控可调连续电压信号：－5V～＋5V。
2.数据采集模块（虚拟示波器）
数据采集模块提供了四个通道模拟信号输入 CH1～CH4 测孔，配合上位机软件的示波器窗口，可以实现波形的显示、存储，可以有效的观察实验中各点信号的波形。详见本实验指导书第二章所述。
模拟信号输入通道中 3 路（CH1～CH3）为不衰减输入，输入范围－5V～＋5V；1 路（CH4） 衰减 2 倍后输入，输入范围－10V～＋10V。
3.频率特性测试模块
被测信号由“ADin” 测孔引入。
4.基准电压
A4 区可提供＋2.00、＋5.00V 和－5.00V 基准电压。其中＋2.00 基准电压可以通过该模块中的 RP1 电位器来调整基准电压。（在出厂时已调整好）
5.通讯模块（A5）
实现与上位机 USB 通讯.
高性能的控制专用测量与分析仪器，通过USB接口与微机连接
（1）4个通道超低频数字存贮示波器，实时测量、显示、游标测量、波形存贮、波形回放等，采样率500KHz，触发极性分上升沿、下降沿；触发通道分A、B二个通道；触发电平可选；触发方式：自动触发、单次触发、正常触发。测量精度2.5mv～15v。
（2）频率特性分析仪：自带扫频功能，在频率特性实验中采用扫频方式；自动生成连续的闭环、开环伯德图及奈氏曲线，能在一个界面上同时全部显示；观察时可任选一个进行放大显示，观察方便直观；可自动搜索谐振峰值和穿越频率。用户可在曲线上随意增添频率点，查找曲线上各频率点的各特征参数，例如谐振频率、谐振峰值，穿越频率、相位裕度等。在所选频率点全部测试完成后，可移动标尺读出各频率点的相应数值。用户还可在界面上点击某按钮读出已测频率点的测试数据等值，分析实验情况。具有图形保存功能。其测量的频率范围为 0.01 rad/s～1000rad/s。
（3）X_Y 测量：将两路测量信号以 X_Y 坐标的形式显示，具有波形刷新和波形存贮功能，可应用于非线性系统的实验特性研究。
（4）数字万用表：具有自动量程切换功能，可进行电阻、电容和电压的测量。
三、实验项目
（一）自动控制原理实验
1、线性系统的时域分析
（1）典型环节的模拟研究
包括：比例环节、惯性环节、积分环节、比例积分环节、比例微分环节、比例积分微分环节（PID）
（2）二阶系统瞬态响应和稳定性
（3）三阶系统的瞬态响应和稳定性
2、线性系统的根轨迹分析
3、线性系统的频域分析
包括：一阶惯性环节的频率特性曲线、二阶闭环系统的频率特性曲线、二阶开环系统的频率特性曲线
4、线性系统的校正与状态反馈
包括：频域法串联超前校正、频域法串联迟后校正、时域法串联比例微分校正、时域法局部比例反馈校正、时域法微分反馈校正、线性系统的状态反馈及极点配置
5、非线性系统的相平面分析
（1）典型非线性环节
包括：测量继电特性、测量饱和特性、测量死区特性、测量间隙特性
（2）二阶非线性控制系统
包括：继电型非线性控制系统、饱和型非线性控制系统、间隙型非线性控制系统
（3）三阶非线性控制系统
包括：继电型非线性三阶控制系统、饱和型非线性三阶控制系统
6、线性系统的状态空间分析
7、模拟PID闭环温度控制系统的设计和实现