虚拟仪器在自控原理实验课中的应用

　　“自控原理”是自动化专业的重要专业基础课,是理论性和实践性较强的学科。一般工科院校对这门课都开设实验,通常是自动控制系统的输入信号由信号发生器产生,系统输出波形通过长余辉慢扫描示波器显示。如果示波器采用普通型,价格便宜但性能不能满足实验要求,若要性能满足要求,则价格非常昂贵,一般高校实验经费不足于支付。针对这种情况,我们在实验中采用虚拟仪器实现信号发生及波形记录,取得了很好的效果。

1　虚拟仪器简介

常规示波器输入通路少(一般为2路),显示屏幕小,不能完整又清晰地显示实验曲线,一般不具备波形数据保存、回放、暂停、打印等功能,要求学生及时进行数据处理,浪费了有限的实验时间。为解决这个问题,采用哈工大仪器王公司生产的虚拟仪器:IK-6A虚拟波形记录仪和IK-5任意波形发生器。IK-6A的主要特点是:采用高速A/D芯片和FIF0存储器及内存管理技术,在PC机(ISA总线)上实现了一个32通道大容量波形记录仪。模拟通道可任意编程,能同时显示、记录、存储、打印多通道输入的波形,对存储的曲线可通过“回放”功能显示在屏幕上,“回放”速度可调,“回放”过程中可暂停波形扫描,以便能更清楚地观察波形的变化,所存储的曲线可以在任何时间打印输出,方便学生观察和分析实验结果。带有8位开关量输出,提供一个多功能软件接口,能方便地组成测控系统。管理程序提供一个虚拟仪器面板,用鼠标器操作面板上的各种开关、调节旋钮等,操作方便,可对波形记录仪的记录通道数、显示通道数、记录方式及实时压缩方式、波形显示的坐标变换、波形越界显示及对应开关量关连、波形追溯和打印、以及采样器的采样频率、触发电平等进行管理。IK-5的操作形式类同IK-6A。主要功能是:能产生常规波形,还可以自绘或自编程序、定制工程上不太常用的一些信号波形,作为控制系统输入信号。操作虚拟仪器全部是在PC机上进行,各种操作结果均以人机对话方式显示给操作者,使仪器使用寿命大大提高。

2　实验系统组成

实验系统组成如图1所示。

　　图1中控制系统仿真器为电子模拟仿真仪,它以电压方式和虚拟卡相连,电压为-10~+10V,虚拟卡1为IK-5任意波形发生卡,电压为-10~+10V,虚拟卡2为IK-6A多通道波形记录卡,电压为-5~+5V。安装IK-6A及IK-5卡时,按说明要求对con-fig.sys文件进行必要的修改,并且将两卡的通道物理地址和虚拟软件定义的口地址调整一致,地址范围不应超过200H~3F8H。

实验时,先打开任意波形发生器,选择所需要的波形,再设置频率和幅度值,然后再运行波形记录仪,进行必要的设置和调整,即可对自控系统进行波形测试。