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©Copyright 2014 南京真大师实验室股份有限公司
数字控制教学实验平台
南京真大师实验室股份有限公司
二〇一四年一月
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一、实验平台的基本设置
平台工作环境
平台组合构造形式一
平台组合构造形式二
实验平台的便携式包装
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二、实验平台的硬件配置:
主板
o ATMega 2560 微处理器 （microprocessor）和用于引导装入的 ATMega 16u2
(bootloader)
o 标准的爱绝诺 (Arduino) 管座布局， 具有所有的 标准的 Uno 插头.
o 三轴加速度计 (accelerometer)
o 三轴陀螺仪 (gyroscope) (MPU6050)
o 三轴磁力计 (magnetometer) (HMC5883L)
o 电位计 (Potentiometer) 模拟输入
o 四通道马达驱动器 (DRV8833) – 控制两个马达的前进和后退
o 两组马达译码器管座 (插头（座）与 Lego NXT 马达兼容)
o 用于接入蓝牙模块的插座
o 用于接入其他 NXT 传感器的插座 (如光学 传感器) 和 I2C 传感器 (如 声纳传感器等)
直流电机 (Lego NXT) - 720 count encoder (quadrature decoded)
六节 AA (9v) 电池盒
USB 缆线
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三、实验教学内容
直流电机
o 线性机电系统的模拟与参数识别
o 滤波、估计、观测器设计和卡尔曼滤波
o 控制器设计: PID, Lead/Lag, State space, robust control, 等
o 速度和位置控制，干扰抑制 (disturbance rejection)
o 时域和频域分析, 固态（steady state）误差
平衡车(balancing car)、倒立摆
o 非线性多体动态系统的模拟与仿真
o 非线性控制系统设计, 线性化, EKF
常用硬件, 传感器, 和致动装置 (actuator) 的概念
o 采样, 离散化, 模数转换器
o 编码器, 中断
o 放大器、驱动器, PWM, 饱和
o 滤波器, 互补 滤波器, 校准
o 稳定性, 延迟
o 齿轮齿数比, 参数识别, 后冲
四、可选设备
用于无线通信的插入式蓝牙模块
双驱平衡机器车 ( Line Following Car )
o Extra NXT Motor, Casters, Connectors, and NXT Optical Sensor
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五、软件
Simulink 环境下的单一点击编程和下载
各种传感器、致动器 (actuators) 程序库，以及一个单轴平衡机器人的实例
o 各种传感器、致动器程序库:
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平衡车的例子:
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六、采用数字控制实验平台的系列实验
实验一 、Simulink 和 Arduino 简介- 闪烁 LED
实验二、模拟输入, PWM 输出, 正交编码器
实验三、 陀螺仪 – 读取数值与校准
实验四、 磁力计 – 指南针的设计
实验五、串行通信
实验六、 直流电机的阶梯响应
实验七、 直流电机的位置控制
实验八、直流电机的模拟和参数识别
实验九、用陀螺仪和带互补滤波器的加速度计估计角度
实验十、 超声传感器
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七、附录 – 关于爱绝诺 （Arduino）
什么是 Arduino？
Arduino 是一个用来制作比我们常用的计算机更能够感知和控制我们周围的物理世界的计
算机的工具；Arduino 是一个采用简单的微控制器主板的开源物理计算平台；Arduino 是
一个为这样的计算平台编写软件的开发环境。
Arduino 具有以下一些特点：
o 价廉 – 比其他常见的微控制器平台价格低廉。
o 交叉平台 - Arduino 软件可以在多种操作系统下运行，如视窗、苹果 OSX，Linux。
而大多数微控制器平台只局限于视窗系统。
o 简单和清晰的编程环境 – 对初学者和高级用户都极为适宜。
o 开源和可扩展的软件 – Arduino 软件是作为开源的编程工具出版的。编程语言可
以通过 C++程序库进行扩展。
o 开源和可扩展的硬件 - Arduino 主板采用 Atmel 公司的 ATMEGA8 和 ATMEGA168
微控制器。主板电路在 Creative Commons 执照下公开。用户可以在其基础上设计出自
己的版本，对其加以扩展和改善。
Arduino 的几个常见的主板
o Arduino Uno (ATmega 328)
o Arduino Mega 2560 (ATmega 2560)
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o Arduino Duemilanove (ATmega 168)
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八、销售与服务
真大师实验室提供数字控制实验平台的全套硬件及其配件
真大师实验室提供全套实验指导书和手册， 包括所有 10 个实验。提供实验
目的、实验设置、实验操作指导、以及参考实验结果
真大师实验室提供所有实验所涉及的 Simulink/MATLAB 程序和模型
参考售价：与销售数量相关的阶梯式定价，但不高于 3495 人民币/台(套)。
该平台已经在美国几个一流的工科院校使用，包括麻省理工学院（MIT)和
Rensselaer Polytechnic Institute （RPI）。