专利名称：一种自动控制原理的实验仪器及方法
技术领域：
本发明涉及实验教学仪器领域，主要是一种自动控制原理的实验仪器及方法，可广泛应用于各类学校(主要是高等院校)的控制工程类专业、自动化专业、机械类专业、仪器仪表类专业的《自动控制原理》或《控制工程》或《信号与系统》的课程教学实验。
背景技术：
现有的自动控制原理的实验系统的结构图大多是如图1所示。对于这类实验系统，学生在做实验时要用肉眼从示波器上读取信号的幅值、时间值等数据，误差较大，有些实验只能定性的做，实验数据的分折整理也不方便。
总体来说，专门用于自控实验的产品还不是很多，大多数已在市场上销售多年的产品，普遍存在着操作不够方便；不能让学生将注意力集中到实验所体现的自控原理上；实验课所需课时多；没有仿真功能……等等不足。
发明内容
本发明要解决上述现有的缺点，提供一种自动控制原理的实验仪器及方法。
本发明解决其技术问题采用的技术方案。这种自动控制原理的实验仪器，主要包括一PC机，主要包括LabView的功能模块，用于与主模块连接后起到了虚拟示波器和虚拟信号发生器的功能；一组构造完全相同的小模块，用于接入所需的元器件可构成各种环节；一个主模块，主要包括开关电源、AD/DA模块和串口通信模块；其中，LabView的功能模块产生源信号通过串口通信模块发至主模块，并通过AD/DA模块转换成模拟信号，经放大后通过由一组构造完全相同的小模块构成的实验箱，输出的信号通过AD/DA模块转换成数字信号，再通过串口通信模块返回PC机。
所述的实验箱中可以用电路模块搭接各种环节，包括惯性环节，比例环节，积分环节，微分环节，延迟环节以及一阶导前，二阶振荡。
本发明所述的这种自动控制原理的实验方法，主要步骤如下上位PC机虚拟仪器的信号发生器发出信号，激励信号或输入信号，经串口通信模块传送至主模块，经D/A转换后，将信号送至实验箱，流经实验箱之后，通过A/D转换后，通过串口送至上位PC机的虚拟仪器中。
本发明有益的效果是本发明所述的实验系统，由PC机、一个主模块和若干小模块组成。主模块集成了开关电源、AD/DA、串口通信等功能。每个小模块的构造完全相同，它们通过接入所需的元器件可构成各种环节。PC机与主模块连接后起到了虚拟示波器和虚拟信号发生器的功能。
本实验系统尽可能简化学生的操作，把学生的注意力集中到实验体现的理论，而非试验设备的操作上，并提供灵活的操作平台，有利于发挥学生的主动性和创造热情。在软件设计方面，精心挑选实验内容，在更好地掌握实验内容的前提下缩短实验课时。设计友好的操作界面，并整合了自动校正、自动作图、随时保存结果等功能；硬件设计上，每个模块通过插入不同的元器件可配置为各种环节，有利于学生创造能力的发挥。模块之间自由布局，可做到和原理图的布局完全相同，这样减少了接线出错率，也提高了学生的实验兴趣。
本实验系统具有相当强的软件仿真功能，所有的实验都具有软件仿真功能，学生可以在硬件实验前，通过软件仿真部分实验掌握实验原理，选定硬件实验参数。例如，系统校正实验的软件仿真部分可用于实际工程上的系统校正，频率特性实验的软件部分可对任意的传递函数立即作出bode图和nyquist图。
本实验系统的软件扩展功能非常强，可在短时间内根据用户的需要修改和扩展实验功能，升级的代价较小。此外，本系统还可构建在线实验系统，可以在实验课前，让学生通过互联网学习相关知识，并操作软件仿真部分的实验，这样便能在提高学生学习主动性的同时缩短实验课课时。
图1是传统自控原理实验系统结构图；图2是本发明的系统方框结构图；图3是本发明的硬件连接图；图4是本发明的实施例1惯性环节连线示意图；图5是本发明的电路原理示意图；图6是本发明的下位机程序流程图；图7是本发明的比例环节的模拟电路示意图；
图8是本发明的惯性环节的模拟电路示意图；图9是本发明的积分环节的模拟电路示意图；图10是本发明的微分环节的模拟电路示意图；图11是本发明的比例+微分环节的模拟电路示意图；图12是本发明的比例+积分环节的模拟电路示意图；图13是本发明的模拟器件原理图；图14是本发明的双机通信的流程图；图15是本发明的频域分析原理示意。
具体实施例方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步详细的说明。
如图2所示，这种自动控制原理的实验仪器，主要包括一PC机，主要包括LabView的功能模块，用于与主模块连接后起到了虚拟示波器和虚拟信号发生器的功能；一组构造完全相同的小模块，用于接入所需的元器件可构成各种环节；一个主模块，主要包括开关电源、AD/DA模块和串口通信模块；其中，LabView的功能模块产生源信号通过串口通信模块发至主模块，并通过AD/DA模块转换成模拟信号，经放大后通过由一组构造完全相同的小模块构成的实验箱，输出的信号通过AD/DA模块转换成数字信号，再通过串口通信模块返回PC机。
系统的工作原理该系统中利用了LabView软件的虚拟仪器概念，利用LabView的功能模块，产生源信号，即相当于信号发生器的作用，然后通过串口将信号发生器产生的信号发送至下位机，即由Cygnal F320组成的单片机系统接收此信号，由于PC机发送过来的信号是数据信号，因此通过Cygnal F320自带的12位D/A转换，转换成模拟信号，经放大后通过实验箱(实验箱中可以用电路模块搭接各种环节，包括惯性环节，比例环节，积分环节，微分环节，延迟环节以及一阶导前，二阶振荡等，而从自控原理的理论可知，任何复杂的系统都可由这些基本的模块组成，也就是任何复杂的控制系统皆可由这些电路模块搭接后进行模拟)，信号通过系统后，输出的信号(即响应信号)经Cygnal F320自带的A/D转换，再通过串口返回至PC机，在上位机，我们利用LabView开发了示波器，示波器将接收的信号与源信号(即激励信号进行比较，可以非常方便地进行时域分析或频率分析，PC机具有很强的数据处理与分析的功能，可以大大提高实验的效率与效果；实验时不用打开PC机主机箱，使用非常方便；同时，在上位机我们利用LabView自带的控件及TCP/IP协议还开发了远程通信模块，远程的用户只要通过系统的认证，但可以通过Internet网进行远程自控原理的实验。
另外，在进行系统校正时，我们可以在电路模块中加入相应的校正电路环节，即硬校正，也可以在上位机软件中加入相应的模块，与硬件电路一起，实施对系统的“软”校正；如果除掉上位机，实验箱部分也可用于传统的自控原理实验，即接入真实的信号发生器，通过实验箱(即被模拟的系统)输出后，再接入真实的示波器，可将响应信号(输出)进行显示，从而进行相应的时域或频域分析；如果去掉下位机，上位机软件部分也可进行通过软件模拟，来实验各种自控原理的实验。
系统的特点本系统充分发挥了PC机的优势，由PC机完成实验数据的采集、存储和计算处理，在实验时就可以将实验结果与理论分折值进行对比，提高了实验效率。由于是在Windows环境下用编制软件，人机界面非常友好，操作简便，同时还包括了传统实验方法无法完成的根轨迹绘制、波特图绘制等实验项目，并可和教学课件等软件配合使用，大大增强了实验效果。本实验装置还具有实验方案配置灵活，便于扩展进行其他实验等优点。上下位机皆可独成系统，或实现软仿真或硬模拟，在PC机在不做实验时还可作为别的用途，因而实际上节约了设备投资。
自动控制原理或控制工程实验所使用的设备由PC机、自动控制试验箱和打印机(可选)组成，充分运用了高性能单片机和虚拟仪器技术，功能丰富、操作简便、人机界面美观，让学生在最短的课时里达到自控原理实验要求的目的。
作为上位机的PC机采用虚拟仪器技术可以根据不同的实验分别起到信号产生、测量、显示、系统控制和数据处理的作用。本系统还可以进行软件仿真，可以在没有连接到外部电路的情况下对各个实验进行软件仿真，而且这种仿真还大大扩展了硬件仿真的功能，用户可以通过直接输入传递函数来建立模型，PC机根据此模型可以快速作出系统时域、频域特性图。此外，本实验系统提供的抓图功能可快速保存实验数据，不但节约了宝贵的课堂时间，还便于学生作实验报告。本系统强大精确的功能除用于实验外，还可以用于实际自控系统的动态设计，可以当作学生自动控制课程设计易学易用的设计软件。
本自控实验系统利用了LabView中利用TCP/IP技术实现远程数据采集，可以实现自动控制原理的远程实验。这对今后的远程教学是极有帮助的。
实验箱包含了多个运算放大模块，通过调配电容、电阻、开关，可以构成多种特性的被控对象。实验箱内部采用了高性能的Cygnal混合信号ISP FLASH微控制器，集成了A/D、D/A转换功能，采用RS232串口和PC机进行通信。
整体硬件的设计如图3所示的为申请者设计制作的混合仿真硬件部分。包括一个主模块，若干小模块，多种内部封装有电阻电容等元器件的接头，以及模块之间连接的彩色信号接线与模块供电用的双头音频接线。主模块采用220V市电供电。通过开关电源模块进行AC/DC转换。主模块一侧引出三根线，蓝线为DA输出线，红线为AD采样输入线，黑线用来对各个小模块进行供电。由于小模块采用OP07运算放大器，供电需要有+5V、-5V、GND，采用音频头封装正好可以做到一根线同时输出三个电压，而且避免了三根线输出容易接线错误的情况。
图4为连线举例，其中有两个小模块，左边一个小模块被配置为一个惯性环节，右边一个小模块被配置为一个反相器，用来将小于0的信号转换为大于0的信号。主模块的DA信号接于左边小模块的input端，AD线接于右边小模块的output端，电源线接于左边小模块的powerin端，然后还要将左边小模块的output端接入右边的input端，将左边的powerout接右边的powerin。这样，一个惯性环节的混合仿真硬件便搭建好了。
1.1主模块电路设计下位机主控芯片的硬件线路如图5所示。
主要器件有三个AS1117芯片、SP3223E电平转换芯片和C8051F330单片机。AS1117芯片将变压器输入的+5V电压转换为+3.3V，作为C8051F330单片机的供电。SP3223E为智能RS-232收发器，可以在3V驱动下在RS232与TTL电平之间进行信号传送。
C8051F330单片机，是由总部位于美国德克萨斯州的美国Cygnal公司生产的。该Cygnal公司更新了原51单片机结构，设计了具有自主产权的CIP-51内核，使得51单片机焕发了新的生命力，其运行速度高达每秒25MIPS。
Cygnal C8051F系列单片机是集成的混合信号片上系统SOC(System on Chip)，具有与MCS-51内核及指令集完全兼容的微控制器，除了具有标准8051的数字外设部件之外，片内还集成了数据采集和控制系统中常用的模拟部件和其它数字外设及功能部件。
本仪器采用了C8051F330，此芯片具有Cygnal C8051F系列单片机的众多优点，集成了10位200ksps的ADC和DAC，性能稳定。我们将他的AD采样效果和AD芯片0809作比较后，发现C8051F330的AD非常稳定，只要作3到4次的采样平均就可以达到0809作40到50次的效果，而且比0809的精度提高两位，采样速率还高达200k。更可贵的是价格非常便宜。
上图中，POWERin为接入外部的+5V直流电源，经AS1117(电压调节器)调节后，输出+3.3V电压，给单片机供电.C1，C2为滤波电容，R1为调节电阻.+3.3V+R2RLED+CND组成的电路为显示单片机正常供电状态；C8051F330的工作原理及各组成见下面的文字说明JTAG模块中，1引脚接+3.3V电源，为其工作电压，2，3，9引脚接地，4引脚与单片机C8051F330的P2.0/C20口相连，供程序仿真用；6引脚接R6电阻后与单片机C8051F330的P2.0/C20口相连，供程序下载用；5，7引脚与RESET键，电容C5及电阻R4等组成了复位电路，供单片机系统复位用.SP3223E为智能RS-232收发器，可以在3V驱动下在RS232与TTL电平之间进行信号传送。JP4中，1，3引脚与单片机C8051F330的P0.4，P0.5相连，同时与SP3223E的13，15引脚相连，5，7引脚与P1.1，P1.2与C8051F330的P1.1，P1.2相连，同时与SP3223E的12，10引脚相连；JP4的2，4，6，8引脚分别与SP3223芯片的13，15，12，10相连。信号流程为上位机虚拟仪器的信号发生器发出信号(激励信号或输入信号)，经串口传送至下位单片机系统，下位机经D/A转换后，将信号通过P0.1送至实验箱，流经实验箱之后，通过单片机P0.1口送到单片机内置的A/D转换后，通过串口送至上位机的虚拟仪器中。
图6为本系统下位机程序流程图，串口通信的波特率为19200，上位机每5ms向下位机发10位DA值，下位机接受后进行DA转换，接着做50次采样平均来减少干扰，再把平均值送回上位机。此外在程序开始做了上下位机的互检，一方面确保通信正确，另一方面起到了简易硬件锁的作用。
1.2小模块电路设计控制系统是由各种元部件相互连接组成的，不同的控制系统所用的元、部件及功能不相同，如机械的、电子的、液压的、气压的和光电的等。为了分析系统的动态特性，必须对千差万别的元、部件进行合理的分类。由传递函数的性质知，不论元、部件的物理结构如何相异，只要其传递函数相同，动态特性就必然相同。按照传递函数是否相同来分类的元、部件称为环节，而组成控制系统的并具有代表性的基本环节就是典型环节。以下分别对几种典型环节及其传递函数进行。试图找出它们的相似点，为其硬件设计提供思路。
(1)比例环节(又称放大环节)，凡输出量与输入量成正比，输出又不失真也不延迟而按比例地反映输入的环节称为比例环节(如图7)。
其传递函数为G(s)=R2R1]]>无弹性变形的杠杆、不计非线性和惯性的电子放大器、测速发电机等均可认为是比例环节。
(2)惯性环节，又称周期环节，一般包含一个储能元件和一个耗能元件(如图8)。因含有储能元件，所以对突变的输入信号不能立即复现。
其传递函数为G(s)=KTs+1,]]>其中K=R2R1,]]>T=R2C如单容液位系统、电热炉炉温随电压变化系统和单容冲放气系统可视为惯性环节。
(3)积分环节，特点是输出量为输入量对时间的积累，输出幅值呈线性增长，系统中凡有储存或积累特点的元件都有积分环节的特性(如图9)。
其传递函数为G(s)=1Ts,]]>其中T＝RC实际工程中的电子积分器、水槽液位、烤箱温度、电动机转速等系统都属于积分环节。
(4)微分环节，微分环节的输出反映输入的微分，如当输入为单位阶跃函数时，输出就是脉冲函数，这在实际中是不可能的，因此微分环节不可能单独存在，它是与其它环节同时存在的。微分环节又称超前环节，分为两种基本形式，即理论微分环节和实际微分环节(如图10)。
其传递函数为G(s)＝Ts，其中T＝RC2(5)比例+微分环节，也称PD环节其传递函数为G(s)＝K(Ts+1)，其中K=R2R1,]]>T=R2C(6)比例+积分环节，也称PI环节其传递函数为G(s)=K(1+1Ts),]]>其中K=R2R1,]]>T=R1C通过对这六个环节的分析可以知道，每个环节都有且仅有一个运算放大器，且他们在电路上都有相似性，因而可以考虑采用统一的模块设计，通过不同的元器件接线达到不同环节的配置。在实际的设计中，我们采用了如下的PCB原理图，如图13所示。
运算放大器采用贴片OP07，模块之间的供电采用前一个模块给后一个模块供电的方式。这种方式对供电是有要求的，一旦其中有一个模块负载增大就会影响其他几个模块的电源，导致有干扰进入，所以在这里采用一个10微法和一个0.1微法的电容来进行滤波。
通过以上组合的优点是，任何复杂的系统都可以由以上简单的模块组合而成。因此本系统可以对复杂系统进行控制性能的仿真与分析。
1.3上位机软件的实现上位机软件主要完成虚拟信号的产生，与下位机的串口通讯(包括检测与校正等)，虚拟示波器以及数据处理，远程通讯等功能。
1.3.1检测和校正功能的实现在本实验仪器里，系统自检是按如下方式进行的上位机通过串口向下位机发出硬件检测字“U”，下位机接受后将接收到的硬件检测字连续两次发回到上位机，上位机比较收到字符串的是否为“UU”来判断下位机是否连接正确。如果接受错误则跳出消息框，提示“通信失败或串口出错，请仔细检查系统连接。按“确定”再次检测。如按“取消”，为避免系统出错，将禁用硬件相关的实验内容。如果接收正确就进入系统校正部分程序。
系统校正部分程序，在这之前必须先把DA和AD短接，我们的目的是要让DA的0输出传给AD时也为0输入，DA的满量程输出传给AD时也为满量程输入。所以，先发10个0给DA作输出，将采集到的值做平均，此平均值赋给全局变量用来做系统调零校正，接着再发10个255给DA，将收到的AD值做平均，此平均值也赋给全局变量，用来做系统比例校正。此外还要将全局变量硬件标志置为0，表示已经正确连接下位机硬件。
具体的系统调零和比例校正，首先需要说明的是，由于AD为10位的，因而每次AD采样值下位机需要分两次通过串口异步通信送到上位机，因而每次循环串口是读两个字节。然后将采样得到的数组减去系统调零值，这样便去除了浮地的情况，接着再乘以系统比例校正值，便完成了调零和比例校正。
校正的数学原理上位机向下位机的DA发出10个0和10个255组成的阶跃信号，接着对AD得到信号(设为f(t))进行分析，发现有浮地以及信号跨度不足的现象。此时可以计算出调零值a和信号跨度b，然后将收到的信号f(t)减去调零值a，再乘以系数c/b，即可得到比较好的校正效果。
还需要强调一点的就是为什么要让下位机将硬件检测字连续两次上传给上位机。这是因为如果短接PC机串口的TXD和RXD，虽然没有接硬件电路，软件同样会接到U，这样就会有误判，但上位机如果要下位机发两次U，此时通过简单的短接PC机串口的TXD和RXD是不能骗过上位机程序的。下位机检测部分程序如下所示。
...
while(RI0＝＝0)；∥接受上位机的硬件检测字RI0＝0；check＝SBUF0；SBUF0＝check； ∥将收到的硬件检测字发回到上位机while(TI0＝0)；
TI0＝0；SBUF0＝check；∥再发一次。可以避免串口单机通信时也可以通过检测的情况while(TI0＝0)；TI0＝0；1.3.2时域分析模块的设计一般说来，我们是针对某一类输入信号来设计控制系统的。某些系统，如室温系统或水位调节系统，其输入信号为要求的室温或水位高度，这是设计者所熟知的。但是在大多数情况下，控制系统的输入信号以无法预测的方式变化。例如，在防空火炮系统中，敌机的位置和速度无法预料，使火炮控制系统的输入信号具有了随机型，从而给规定系统的性能要求以及分析和设计带来了困难。为了便于进行分析和设计，同时也为了便于对各种控制系统的性能进行比较，我们需要假设一些基本的输入函数形式，称之为典型输入信号。所谓典型输入信号，是根据系统常遇到的输入信号形式，在数学描述上加以理想化的一些基本输入函数。常用的典型信号有单位阶跃信号、斜坡(速度)信号、单位加速度(抛物线)信号。
对于时域分析，我们在上位机上需要根据需要将典型信号生成数组形式，再将其从串口以固定频率逐个发出给下位机，并将下位机采样的结果做相应的记录，然后将两组数据进行对比显示分析，并以图形的方式提供保存功能。
阶跃信号、脉冲信号、斜坡信号和加速度信号为四种典型信号的发生模块，都是以数组的形式产生信号的。信号显示和保存模块，目前采用jpeg格式进行保存，并对保存错误进行处理。
实验的硬件系统为一个二阶系统，X轴的单位即为采样间隔，目前为5ms，因而从时域上可以方便地分析出上升时间、延迟时间、峰值时间、调节时间以及超调量。上位机作为信号发生器产生一个阶跃信号，此阶跃信号经过幅值的比例缩放后从串口发出给下位机，下位机逐个进行DA转换，并取得响应的AD值后传回给上位机进行显示。从观察到的图形来看可以看出此实验系统的精度和效果是非常理想的。
1.3.3频域分析模块的设计控制系统中的信号可以表示为不同频率正弦信号的合成。控制系统的频率特性反映正弦信号作用下系统响应的性能。应用频率特性研究线性系统的经典方法称为频域分析法。虽然我们的目的是研究系统，但对于设计频域分析模块的工作而言，更大部分的工作确实信号处理，特别是离散数字信号的处理。
要得到系统的频域特性可以采用多种方法，一般常用的是通过得到系统的传递函数，再用jω替代s即得频率特性。本系统为一混合仿真系统，上位机处理的为离散信号，因而从上位机看来，要处理的为一个离散系统。而在离散的信号恢复采集系统中我们可以通过向系统输入激励信号，同时采集响应信号，对两组信号分别进行快速傅立叶变换，得到的复数数组即表达了系统的频率特性。
理论上只要输入的激励信号具有各个频率分量即可，可以采用单个脉冲信号作为激励。但在实际系统中，由于理想的脉冲信号不可得到，加上PC机无法通过一次信号的采样值对系统进行比较精确的求解，因而我们采用包含各种频率分量的白噪声序列作为激励信号。
上位机产生了一个白噪声序列，通过串口逐个以固定频率传到下位机，下位机每收到一个无符号8位表示的点就进行DA转换，这样就生成了响应的白噪声信号。生成的白噪声信号输入到混合仿真的硬件输入端，同时在混合仿真的输出端产生白噪声通过硬件系统后的响应信号，此信号被下位机的AD转换器以固定的采样率捕获，同时通过串口传回到上位机，这样就得到了相应于前面的白噪声序列的白噪声相应序列。
PC机接着分别对白噪声相应序列和白噪声序列乘上窗函数。乘以窗函数的目的是为了减少频谱在高频部分的能量泄漏，因为我们处理的信号不是理想的周期信号，采样点数也不多，在多个序列数据连接到一起是就会出现在链接点处的信号突变，导致高频部分能量的出现，添加的窗函数一般为两端幅值接近0的函数，用这样的窗函数去乘各个序列，然后连接起来就使得连接点的幅值都接近0的，这样就避免了频谱泄漏的问题。
乘上窗函数的两个序列分别进行快速傅立叶变换(FFT)，将时域信号转换到频率域上去，然后将处理白噪声响应序列得到的序列除以处理白噪声序列得到的序列，便可以得到的是一个复数序列，这个复数序列通过均方根(RMS)平均处理后，再将每个复数用幅度和角度表示，便得到了相频图和幅频图。
还要强调一点，由于该方法采用单次采样会很不精确，因此本程序采用了多次采样，并连接通过汉宁窗函数处理过的多次采样序列的方法来达到较好的精度的。
1.3.4采样和响应的优化在做时域特性实验时，虽然对采样点数和频率要求比较低，但如果不进行图6b中断响应流程图中的500微秒的延时，仍会导致采样的明显抖动和噪声。因此必须进行响应的延时，经过实验，我们发现只要进行500微秒的延时就能避开第一次过调的峰值，此时再按照前面的描述的流程进行50次AD采样，最终可以达到比较好的效果。
另外，我们利用了LabView中利用TCP技术实现远程数据采集，可以实现自动控制原理的远程实验。这为今后的远程教学提供了较好的支持。
因为LabVIEW提供了一系列用于实现网络数据传输的TCP节点(功能函数)。编写服务器端软件，控制DAQ设备完成数据采集，然后利用TCP节点编程将数据发布到网络上。在客户端软件中利用TCP节点接收这些数据即可实现远程数据采集。双机通信的流程如图16所示。该方法实际上是通过编程实现测试数据的传输。
DataSocket是NI公司推出的一项基于TCP/IP标准的面向测量和自动化工程的网上实时高速数据交换的新技术，可用于一个PC机内或者网络中多个应用程序之间实时数据的共享和发布。DataSocket利用dstp(DataSocket Transfer Protocol)协议、通用资源定位符URL进行网络通信。DataSocket摒除了较为复杂的TCP/IP底层编程，克服了传输速率较慢的缺点，大大简化甚至免除了Internet编程。
LabVIEW6i以上的LabVIEW版本中，所有控件都增加了一个叫做DataSocket Connection的特殊属性，利用这个属性，可以实现不同PC机上相对应的两个甚至多个同类别控件之间的DataSocket通信。
在控件的DataSocket Connection属性的配置对话框中可以设置该控件的DataSocket URL地址，地址的格式如下dstp://servername/dataname，例如dstp://lht/wave。如果为两台PC机中的两个类型相同的LabVIEW控件设置相同的DataSocket ConnectionURL地址(例如都是dstp://lht/wave)，并且其连接类型(Connection Type)都设为Publish and Subscribe，这两个控件就由DataSocket连接起来，这两个控件的值会完全保持同步，其中一个控件发生了变化，另一个控件也会同步发生同样的变化。
利用DataSocket的这种特性，就可实现远程数据采集利用服务器端软件控制DAQ设备完成数据采集，将测试数据放到一个数组控件中，在客户机端软件中利用同样的数组控件通过DataSocket Server接收这些数据，然后通过进一步的编程对这些数据进行相关处理。这种方法实际上就是利用DataSocket的数据共享获得服务器端的数据。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。
权利要求
1.一种自动控制原理的实验仪器，其特征是主要包括一PC机，主要包括LabView的功能模块，用于与主模块连接后起到了虚拟示波器和虚拟信号发生器的功能；一组构造完全相同的小模块，用于接入所需的元器件可构成各种环节；一个主模块，主要包括开关电源、AD/DA模块和串口通信模块；其中，LabView的功能模块产生源信号通过串口通信模块发至主模块，并通过AD/DA模块转换成模拟信号，经放大后通过由一组构造完全相同的小模块构成的实验箱，输出的信号通过AD/DA模块转换成数字信号，再通过串口通信模块返回PC机。
2.根据权利要求1所述的自动控制原理的实验仪器，其特征是所述的实验箱中可以用电路模块搭接各种环节，包括惯性环节，比例自动控制原理的实验环节，积分环节，微分环节，延迟环节以及一阶导前，二阶振荡。
3.一种自动控制原理的实验方法，其特征在于主要步骤如下上位PC机虚拟仪器的信号发生器发出信号，激励信号或输入信号，经串口通信模块传送至主模块，经D/A转换后，将信号送至实验箱，流经实验箱之后，通过A/D转换后，通过串口送至上位PC机的虚拟仪器中。
4.根据权利要求3所述的自动控制原理的实验方法，其特征是采用包含各种频率分量的白噪声序列作为激励信号，上位机产生了一个白噪声序列，通过串口逐个以固定频率传到下位机，下位机每收到一个无符号8位表示的点就进行DA转换，这样就生成了响应的白噪声信号；生成的白噪声信号输入到混合仿真的硬件输入端，同时在混合仿真的输出端产生白噪声通过硬件系统后的响应信号，此信号被下位机的AD转换器以固定的采样率捕获，同时通过串口传回到上位机，这样就得到了相应于前面的白噪声序列的白噪声相应序列。
5.根据权利要求4所述的自动控制原理的实验方法，其特征是分别对白噪声相应序列和白噪声序列乘上窗函数，添加的窗函数为两端幅值接近0的函数，乘上窗函数的两个序列分别进行快速傅立叶变换，将时域信号转换到频率域上去，然后将处理白噪声响应序列得到的序列除以处理白噪声序列得到的序列，便可以得到的是一个复数序列，这个复数序列通过均方根平均处理后，再将每个复数用幅度和角度表示，便得到了相频图和幅频图。
全文摘要
本发明涉及一种自动控制原理的实验仪器及方法，主要包括一PC机，主要包括LabView的功能模块，用于与主模块连接后起到了虚拟示波器和虚拟信号发生器的功能；一组构造完全相同的小模块，用于接入所需的元器件可构成各种环节；一个主模块，主要包括开关电源、AD/DA模块和串口通信模块；其中LabView的功能模块产生源信号发至主模块，并通过AD/DA模块转换成模拟信号，经放大后通过由一组构造完全相同的小模块构成的实验箱，输出的信号通过AD/DA模块转换成数字信号，再返回PC机。本发明有益的效果是每个模块通过插入不同的元器件可配置为各种环节，有利于学生创造能力的发挥。模块之间自由布局，可做到和原理图的布局完全相同，这样减少了接线出错率，也提高了学生的实验兴趣。
文档编号G09B25/02GK101017623SQ20071006724
公开日2007年8月15日 申请日期2007年2月9日 优先权日2007年2月9日
发明者易建军, 季白杨, 关懿峰, 宁明志 申请人:杭州信雅达系统工程股份有限公司