測控電路綜合實驗

(天津大學 精密儀器與光電子實驗教學中心)

測控電路綜合實驗

(天津大學 精密儀器與光電子實驗教學中心)

1 主要內容

測控電路綜合實驗是天津大學測控電路教學組經過近15年的摸索，本科生和研究生經過多次試驗而選定的以動力調諧陀螺儀再平衡回路為研究對象的實驗，該實驗幾乎包括了測控電路的各個章節，包括：傳感器調制、信號調制與解調、信號放大、信號的濾波、信號的運算、控制器的設計、驅動器的設計等模塊，既可以進行各模塊的實驗，又可以進行整個測控電路系統實驗. 把測控電路所講述的內容通過該綜合實驗串聯起來，讓學生在有限的實驗時間內，通過該實驗掌握教材的內容.

為了便于推廣使用，設計了陀螺儀模擬器，該模擬器能夠模擬動力調諧陀螺儀的傳遞函數，在響應與輸入角速度等效的正弦信號時，輸出信號與陀螺儀感應角速度得到的輸出一致，可規避陀螺儀易損耗、成本高等問題.

該實驗有2個突出的特點：可延展性和可移植性. 所謂延展性，就是每個模塊學生可自行設計，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計的電路系統可直接移植到陀螺儀系統中.

通過使用測控電路綜合實驗系統，學生可以直觀地理解各模塊電路在陀螺儀閉環系統中的作用；通過可拓展的電路接口，有效地降低了學生在搭建閉環系統時的困難程度，提高了學習信心與實驗效率. 為了滿足不同程度學生的需要，增加了閉合回路的自由度，可使學生通過自行設計電路與仿真，搭建個性化的閉環控制系統，提高學生的設計能力，促進了學生的科學實驗基本能力和素質的培養.

圖1簡要地介紹了測控電路綜合實驗系統的整體組成，圖2所示為動力調諧陀螺儀再平衡回路.

圖1 測控電路綜合實驗系統示意圖

圖2 動力調諧陀螺儀再平衡回路

2 創新點

將模塊化電路實驗與閉環整體控制實驗有效地結合起來，有助于學生直觀地理解控制系統的基礎理論與各電路模塊的意義. 設計了陀螺儀模擬器，降低了實驗的復雜程度，更加直觀地表達陀螺儀的傳遞函數，并解決了陀螺儀成本高、易損耗的缺點. 通過仿真與對比，有助于學生自行設計電路，實現了閉環系統的拓展性設計，滿足不同水平學生的需要.

3 主要成效

1)降低了閉合回路搭建的復雜程度，提高了學生的實驗效率，使學生點面結合地理解閉環控

制理論，熟悉傳感器信號處理和執行器驅動方法，加深學生對課堂上所學習知識的理解.

2)引導學生自行設計電路并進行仿真與搭建，提高了學生的閉環測量控制系統的設計能力，開拓了學生的思路，促進了學生的科學實驗基本能力和素質的培養.

3)模塊化的實驗系統減輕了主講教師的課業負擔，有利于產生更多改革與建設成果；同時較大幅度增加了教師教研和科研的時間，推動實驗教學持續發展.

4)在2010年高等學校國家級實驗教學示范中心10年建設成果交流會上獲二等獎.

(執筆：馬風鳴，李醒飛，馬金玉，謝東暉)