(天津大学 精密仪器与光电子实验教学中心)

测控电路综合实验

(天津大学 精密仪器与光电子实验教学中心)

1 主要内容

测控电路综合实验是天津大学测控电路教学组经过近15年的摸索，本科生和研究生经过多次试验而选定的以动力调谐陀螺仪再平衡回路为研究对象的实验，该实验几乎包括了测控电路的各个章节，包括：传感器调制、信号调制与解调、信号放大、信号的滤波、信号的运算、控制器的设计、驱动器的设计等模块，既可以进行各模块的实验，又可以进行整个测控电路系统实验. 把测控电路所讲述的内容通过该综合实验串联起来，让学生在有限的实验时间内，通过该实验掌握教材的内容.

为了便于推广使用，设计了陀螺仪模拟器，该模拟器能够模拟动力调谐陀螺仪的传递函数，在响应与输入角速度等效的正弦信号时，输出信号与陀螺仪感应角速度得到的输出一致，可规避陀螺仪易损耗、成本高等问题.

该实验有2个突出的特点：可延展性和可移植性. 所谓延展性，就是每个模块学生可自行设计，也可使用提供的参考电路；所谓可移植性就是以陀螺仪模拟器为对象所设计的电路系统可直接移植到陀螺仪系统中.

通过使用测控电路综合实验系统，学生可以直观地理解各模块电路在陀螺仪闭环系统中的作用；通过可拓展的电路接口，有效地降低了学生在搭建闭环系统时的困难程度，提高了学习信心与实验效率. 为了满足不同程度学生的需要，增加了闭合回路的自由度，可使学生通过自行设计电路与仿真，搭建个性化的闭环控制系统，提高学生的设计能力，促进了学生的科学实验基本能力和素质的培养.

图1简要地介绍了测控电路综合实验系统的整体组成，图2所示为动力调谐陀螺仪再平衡回路.

图1 测控电路综合实验系统示意图

图2 动力调谐陀螺仪再平衡回路

2 创新点

将模块化电路实验与闭环整体控制实验有效地结合起来，有助于学生直观地理解控制系统的基础理论与各电路模块的意义. 设计了陀螺仪模拟器，降低了实验的复杂程度，更加直观地表达陀螺仪的传递函数，并解决了陀螺仪成本高、易损耗的缺点. 通过仿真与对比，有助于学生自行设计电路，实现了闭环系统的拓展性设计，满足不同水平学生的需要.

3 主要成效

1)降低了闭合回路搭建的复杂程度，提高了学生的实验效率，使学生点面结合地理解闭环控

制理论，熟悉传感器信号处理和执行器驱动方法，加深学生对课堂上所学习知识的理解.

2)引导学生自行设计电路并进行仿真与搭建，提高了学生的闭环测量控制系统的设计能力，开拓了学生的思路，促进了学生的科学实验基本能力和素质的培养.

3)模块化的实验系统减轻了主讲教师的课业负担，有利于产生更多改革与建设成果；同时较大幅度增加了教师教研和科研的时间，推动实验教学持续发展.

4)在2010年高等学校国家级实验教学示范中心10年建设成果交流会上获二等奖.

(执笔：马风鸣，李醒飞，马金玉，谢东晖)