专利名称：一种基于rc网络的虚拟实验装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种基于RC网络的虚拟实验装置。
背景技术：
目前，国内各高等院校的电类与非电类专业学生学习《自动控制原理》、《过程控制》以及《信号与系统》等课程时，主要的实验教学途径包括两方面一方面是软件，例如运用MATLAB等仿真软件对各类控制对象进行仿真，从而得出相应的仿真结果，这样进行的实验效率高，便于操作，但是实际的工业控制对象存在很多干扰因素，这些干扰因素都是不确定的，在仿真软件里，若要加入干扰，必须手动加入，这就造成实验结果的不准确；另一方面是模仿工业现场的环境进行实验，例如建设单容或多容过程的水槽设备，这样实验仿真度较高，学生对实验原理了解得会更透彻，但是实验时间较长，操作较繁琐。在实验室建设方面，对于电类专业来讲，可以投入大量财力建设各类电子电器实验室；而对于非电类专业来讲，则没有能力建设各类实验室用于其电类实验操作。另外目前电类各实验仪器所能搭接的电路延时时间较短，一般为毫秒级，而实际工业现场则多为大时滞环境，延时时间较长， 于是便需要设计一种能够集仿真软件和模仿工业现场两种实验方式的优点于一体，并且能够搭接出大时滞电路的实验设备。
实用新型内容本实用新型的目的在于提供一种基于RC网络的虚拟实验装置，该实验装置既具有仿真软件实验操作简单、投资少、效率高的特点，又能模拟工业现场的大时滞环境，使实验更加直观，让实验者更好地理解理论运用于实践的方式。为达到上述目的，本实用新型采用了如下的技术方案包括设置于印刷电路板上的至少两组RC电路单元，每组RC电路单元包含一个运算放大器元件、多个电阻元件和电容元件，各元件的输入、输出端上设置有微型插孔，所述印刷电路板上设置有用于与外电路连接的信号输入端子、信号输出端子、接地端子以及用于向RC电路单元供电的直流电源。所述RC电路单元为6组。所述信号输入端子、信号输出端子以及接地端子为螺钉旋紧式。所述直流电源包括士 15V直流电源和士 5V直流电源。所述印刷电路板上设置有附加元件选择区，所述附加元件选择区内设置有若干个冗余电阻和电容。本实用新型所述一种基于RC网络的虚拟实验装置在一块印刷电路板上设置至少两组RC电路单元，选取单元内不同的元件进行连接可组成不同的实验线路单元，各单元采用积木式，各单元的信号输入、输出相互连接便可构造出实验所需的多种RC网络环节，单元之间布局自由，可以做到和原理图的布局完全相同，不仅使实验更加接近工业现场的大时滞环境，而且具有操作简洁、实验效率高、制作成本低等优点，充分的满足了实验室建设的需求。
图1为本实用新型的整体结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型做进一步说明。参见图1，本实用新型包括设置于印刷电路板1上的至少两组RC电路单元2，所述 RC电路单元2为6组，每组RC电路单元2包含一个运算放大器元件、多个电阻元件和电容元件，各元件的输入、输出端上设置有微型插孔3，所述印刷电路板1上设置有用于与外电路连接的信号输入端子4、信号输出端子5、接地端子6以及用于向RC电路单元2供电的直流电源7，所述信号输入端子4、信号输出端子5以及接地端子6为螺钉旋紧式，所述直流电源7包括士 15V直流电源和士5V直流电源，所述印刷电路板1上设置有附加元件选择区8， 所述附加元件选择区8内设置有若干个冗余电阻和电容。1.基于RC网络的虚拟实验装置的总体结构本实用新型所述基于RC网络的虚拟实验装置为平面板式结构，由一整块单面敷铜的印刷电路板构成，其正面(非敷铜面)印有清晰的图形、线条、字符，使其功能一目了然，印刷电路板包含若干组独立的RC电路单元2，每个单元包含1个运算放大器、多个定值电阻和电容，各单元的输入、输出和其他需要与外部连接的点均引至微型插孔和插座上， 各单元的部件采用积木式，可组成不同的实验线路，提高复用率，并具有较高的灵活性，印刷电路板的两侧设置信号输入端子和信号输出端子，此外印刷电路板上还提供士 15VDC和士 5VDC电源。2.基于RC网络的虚拟实验装置的工作原理当连接好信号输入端和信号输出端的线路后，印刷电路板上的各个RC电路单元就可以构造出实验所需的各类模拟电路，并作为控制系统的受控对象。外接220VAC电源之后装置就可以给各个RC电路单元提供士 15VDC和士5VDC电源，使电路能正常运行。RC电路单元的主要元器件为运算放大器、电阻和电容，可模拟自控原理和过程控制中的各个环节的电路，很容易提供延时时间。实施例参见图1，本实施例包括由一整块单面敷铜印刷电路板构成的平板式结构，其正面 (非敷铜面)印有清晰的图形、线条、字符；整个印刷电路板中包含直流电源7、实验电路搭接区、信号端子连接区、附加元件选择区8等；实验电路搭接区包括6组独立的RC电路单元 2，单个RC电路单元2包含一个运算放大器元件、若干电阻元件和电容元件、若干微型插孔， 各元件输入、输出和其他需要与外部连接的点均引至微型插孔上，各单元采用积木式，选取单元内不同的元件进行连接可组成不同的实验线路单元，各单元之间通过微型插孔3可直接用导线进行信号输出和输入的连接；信号端子连接区主要包括信号输入端子4、信号输出端子5和接地端子6，并分居印刷电路板两侧，在印刷电路板上搭接的电路属于模拟电路，输入和输出信号都包含正负两极，输入端正极与信号输入端子连接，输出端正极与信号输出端子连接，输入和输出端的负极合在一起连接在接地端子上，端子均采用螺钉旋紧式，这样能保证接线比较可靠；装置需外接220VAC电源，打开按钮电源开关后装置可为各元器件提供士 15VDC和士 5VDC电源；附加元件选择区8提供冗余电阻和电容，可选择使用，当连接好信号输入和输出线路，搭接好实验电路后，接通电源，整个电路便可正常运行。实验电路是基于RC网络的，所以元器件主要包括电阻和电容，并且根据大滞后环节延时时间T = RC的原理，合理选择电阻R和电容C的值，从而使得仿真更接近实际环境，本装置可以构造的RC网络环节包括比例环节、积分环节、微分环节、惯性环节、一阶过程加纯滞后、二阶过程加纯滞后、高阶过程加纯滞后等。
权利要求1.一种基于RC网络的虚拟实验装置，其特征在于包括设置于印刷电路板(1)上的至少两组RC电路单元O)，每组RC电路单元( 包含一个运算放大器元件、多个电阻元件和电容元件，各元件的输入、输出端上设置有微型插孔(3)，所述印刷电路板(1)上设置有用于与外电路连接的信号输入端子G)、信号输出端子(5)、接地端子(6)以及用于向RC电路单元⑵供电的直流电源(7)。
2.根据权利要求1所述一种基于RC网络的虚拟实验装置，其特征在于所述RC电路单元⑵为6组。
3.根据权利要求1所述一种基于RC网络的虚拟实验装置，其特征在于所述信号输入端子G)、信号输出端子(5)以及接地端子(6)为螺钉旋紧式。
4.根据权利要求1所述一种基于RC网络的虚拟实验装置，其特征在于所述直流电源 (7)包括士 15V直流电源和士 5V直流电源。
5.根据权利要求1所述一种基于RC网络的虚拟实验装置，其特征在于所述印刷电路板(1)上设置有附加元件选择区(8)，所述附加元件选择区(8)内设置有若干个冗余电阻和电容。
专利摘要本实用新型提供一种基于RC网络的虚拟实验装置包括设置于印刷电路板上的至少两组RC电路单元，每个RC电路单元包含一个运算放大器元件、多个电阻元件和电容元件，各元件的输入、输出端上设置有微型插孔，所述印刷电路板上设置有用于与外电路连接的信号输入端子、信号输出端子、接地端子以及用于向RC电路单元供电的直流电源。本实用新型在一块印刷电路板上设置至少两组RC电路单元，选取单元内不同的元件进行连接可组成不同的实验线路单元，各单元的信号输入、输出相互连接便可构造出实验所需的各类RC网络环节，不仅使实验更加接近工业现场的大时滞环境，而且具有操作简洁、实验效率高、制作成本低等优点。
文档编号G09B25/02GK202217432SQ20112028324
公开日2012年5月9日 申请日期2011年8月5日 优先权日2011年8月5日
发明者汤伟, 王孟效, 程浩, 郝鹏飞, 魏娟, 黄建兵 申请人:陕西科技大学