(天津大學(xué) 精密儀器與光電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心)

測控電路綜合實(shí)驗(yàn)

(天津大學(xué) 精密儀器與光電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心)

1 主要內(nèi)容

測控電路綜合實(shí)驗(yàn)是天津大學(xué)測控電路教學(xué)組經(jīng)過近15年的摸索，本科生和研究生經(jīng)過多次試驗(yàn)而選定的以動(dòng)力調(diào)諧陀螺儀再平衡回路為研究對象的實(shí)驗(yàn)，該實(shí)驗(yàn)幾乎包括了測控電路的各個(gè)章節(jié)，包括：傳感器調(diào)制、信號調(diào)制與解調(diào)、信號放大、信號的濾波、信號的運(yùn)算、控制器的設(shè)計(jì)、驅(qū)動(dòng)器的設(shè)計(jì)等模塊，既可以進(jìn)行各模塊的實(shí)驗(yàn)，又可以進(jìn)行整個(gè)測控電路系統(tǒng)實(shí)驗(yàn). 把測控電路所講述的內(nèi)容通過該綜合實(shí)驗(yàn)串聯(lián)起來，讓學(xué)生在有限的實(shí)驗(yàn)時(shí)間內(nèi)，通過該實(shí)驗(yàn)掌握教材的內(nèi)容.

為了便于推廣使用，設(shè)計(jì)了陀螺儀模擬器，該模擬器能夠模擬動(dòng)力調(diào)諧陀螺儀的傳遞函數(shù)，在響應(yīng)與輸入角速度等效的正弦信號時(shí)，輸出信號與陀螺儀感應(yīng)角速度得到的輸出一致，可規(guī)避陀螺儀易損耗、成本高等問題.

該實(shí)驗(yàn)有2個(gè)突出的特點(diǎn)：可延展性和可移植性. 所謂延展性，就是每個(gè)模塊學(xué)生可自行設(shè)計(jì)，也可使用提供的參考電路；所謂可移植性就是以陀螺儀模擬器為對象所設(shè)計(jì)的電路系統(tǒng)可直接移植到陀螺儀系統(tǒng)中.

通過使用測控電路綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，學(xué)生可以直觀地理解各模塊電路在陀螺儀閉環(huán)系統(tǒng)中的作用；通過可拓展的電路接口，有效地降低了學(xué)生在搭建閉環(huán)系統(tǒng)時(shí)的困難程度，提高了學(xué)習(xí)信心與實(shí)驗(yàn)效率. 為了滿足不同程度學(xué)生的需要，增加了閉合回路的自由度，可使學(xué)生通過自行設(shè)計(jì)電路與仿真，搭建個(gè)性化的閉環(huán)控制系統(tǒng)，提高學(xué)生的設(shè)計(jì)能力，促進(jìn)了學(xué)生的科學(xué)實(shí)驗(yàn)基本能力和素質(zhì)的培養(yǎng).

圖1簡要地介紹了測控電路綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的整體組成，圖2所示為動(dòng)力調(diào)諧陀螺儀再平衡回路.

圖1 測控電路綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)示意圖

圖2 動(dòng)力調(diào)諧陀螺儀再平衡回路

2 創(chuàng)新點(diǎn)

將模塊化電路實(shí)驗(yàn)與閉環(huán)整體控制實(shí)驗(yàn)有效地結(jié)合起來，有助于學(xué)生直觀地理解控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)理論與各電路模塊的意義. 設(shè)計(jì)了陀螺儀模擬器，降低了實(shí)驗(yàn)的復(fù)雜程度，更加直觀地表達(dá)陀螺儀的傳遞函數(shù)，并解決了陀螺儀成本高、易損耗的缺點(diǎn). 通過仿真與對比，有助于學(xué)生自行設(shè)計(jì)電路，實(shí)現(xiàn)了閉環(huán)系統(tǒng)的拓展性設(shè)計(jì)，滿足不同水平學(xué)生的需要.

3 主要成效

1)降低了閉合回路搭建的復(fù)雜程度，提高了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)效率，使學(xué)生點(diǎn)面結(jié)合地理解閉環(huán)控

制理論，熟悉傳感器信號處理和執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)方法，加深學(xué)生對課堂上所學(xué)習(xí)知識的理解.

2)引導(dǎo)學(xué)生自行設(shè)計(jì)電路并進(jìn)行仿真與搭建，提高了學(xué)生的閉環(huán)測量控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)能力，開拓了學(xué)生的思路，促進(jìn)了學(xué)生的科學(xué)實(shí)驗(yàn)基本能力和素質(zhì)的培養(yǎng).

3)模塊化的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)減輕了主講教師的課業(yè)負(fù)擔(dān)，有利于產(chǎn)生更多改革與建設(shè)成果；同時(shí)較大幅度增加了教師教研和科研的時(shí)間，推動(dòng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)持續(xù)發(fā)展.

4)在2010年高等學(xué)校國家級實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心10年建設(shè)成果交流會上獲二等獎(jiǎng).

(執(zhí)筆：馬風(fēng)鳴，李醒飛，馬金玉，謝東暉)