1.一种自动控制实验教学装置及方法，其特征在于：包括：被控对象单元、传感器单元、执行器单元、控制器单元、计算机单元；
所述传感器单元和所述执行器单元与所述控制器单元相连；所述控制器单元由一个或多个控制器组成，控制器连接成现场总线的网络；所述计算机单元由一台或多台计算机组成，计算机连接成数据共享的网络，所述计算机单元包括数据库和人机交互软件；
所述计算机单元使用所述控制器单元的现场总线与所述控制器单元相连；所述计算机单元与所述控制器单元进行信息通信，实现对所述传感器和所述执行器的操作；所述数据库对通信的信息进行记录和存储；所述人机交互软件与所述数据库通过数据库接口进行通信；用户通过所述人机交互软件编辑功能模块、上传功能模块至数据库、从数据库下载功能模块及监控数据库状态；所述数据库通过数据库事件机制启动和停止功能模块。
2.采用权利要求1所述的功能模块，其特征在于：所述功能模块包括：使用所述现场总线与所述控制器单元进行信息交互的通信模块；对通信信息进行记录和存储的存储模块；
建立在通信模块和存储模块基础上的实时控制算法模块；建立在存储模块基础之上的数据分析模块。
3.采用权利要求1所述的人机交互软件，其特征在于：人机交互软件功能包括：编辑功能模块；将功能模块上传至数据库；查看、下载、启动、停止数据库中功能模块；查看、显示、分析、可视化功能模块中的数据；调试和模拟功能模块。
4.采用权利要求1、2、3所述的自动控制实验教学系统进行热工自动控制的教学实验，其特征在于：被控对象单元包括：热换热器、一次侧和二次侧的水环路、两个电动调节阀、三个电动阀、两台水泵、冷水箱、热水箱、热水箱电加热器、风机盘管；传感器单元包括：水箱出口温度传感器、水箱水位传感器、换热器一二次侧进出口的温度传感器、一二次侧的流量计；所述执行器单元包括：固体继电器、两个电动调节阀执行器、三个电动阀执行器、两台水泵变频器、风机盘管风量调节器；具体的结构如下：
热水箱11设有进出口，通过管路与水泵13、流量计19、电动阀16、电动阀17、电动阀10、盘管18、电动调节阀9及换热器22的热水进出口相连构成一次侧环路；电动阀16与由电动阀
17和盘管18组成的支路并联；电动阀10与换热器22的热水管路并联；热水箱11的出口、换热器22的热水进出口设有温度传感器，热水箱11设有水位传感器；热水箱11的电加热器设有固体继电器12；水泵13设有变频器14；一次侧管路进行保温；
冷水箱1设有进出口，通过管路与水泵15、流量计20、电动调节阀21、换热器22的冷水进出口及风机盘管3相连构成二次侧；换热器22的冷水进出口和风机盘管进风出风口设有温度传感器，冷水箱1设有水位传感器；风机盘管3设有调速器2。
5.采用权利要求1、2、3、4所述的热工自动控制的教学实验，其特征在于：控制目标是换热器22的二次侧出水温度满足设定的要求。
6.采用权利要求1、2、3、4所述的热工自动控制的教学实验进行热水箱出水温度与固体继电器占空比关系的模型辨别实验及换热器二次侧出口温度与热水箱出水温度关系的模型辨别实验，其特征在于：
步骤A1：初始化系统，接通电源，关闭电动阀10、17，打开电动阀16，设置电动调节阀9、
21的开度；设置变频器8、14的频率，启动水泵，风机盘管3的调速器2调到中档，设置固体继电器12的占空比，运行系统直到各个测量都达到稳定；
步骤A2：系统稳定后，将占空比调高，持续一段时间，再将占空比调回原值，记录热水箱出水温度的响应；
步骤A3：对占空比变化引起的矩形输入信号和热水箱出水温度响应的输出信号分别进行傅里叶积分变换，将它们相除，获得水箱系统的频域响应和水箱系统的传递函数，绘制系统的对数幅频特性和相频特性的伯德图；辨识系统类型和特征参数；
步骤A4：对热水箱出水温度的输入信号和换热器二次侧出口温度的输出信号分别进行傅里叶积分变换，将它们相除，获得换热器系统的频域响应和换热器系统的传递函数，绘制系统的对数幅频特性和相频特性的伯德图；辨识系统类型和特征参数；
步骤A5：固体继电器12的占空比调高，记录热水箱出水温度和换热器二次侧出口温度；
步骤A6：将频率方法所得的辨识模型进行同等阶跃响应的模拟，将模拟与步骤A5的测量结果进行比较。
7.采用权利要求1、2、3、4所述的热工自动控制的教学实验进行换热器二次侧出口温度的单回路控制器设计实验，其特征在于：
步骤B1：对控制系统进行指定，控制目标是换热器二次侧出口温度保持为设定值，操作变量是固体继电器的占空比，被控变量是换热器二次侧出口温度，系统性能指标要求：阶跃响应的稳态误差为零；阶跃响应的超调量要求；阶跃响应的调节时间要求；
步骤B2：将换热器二次侧出口温度进行反馈，与设定温度做比较，使用PI(比例-积分)算法控制器，可满足阶跃响应的稳态误差为零；由调节时间和超调量，确定出主导节点的可配置区域，再根据劳斯判定的约束要求，配置零点和比例环节增益的根轨迹，从而确定比例环节增益和积分环节增益；
步骤B3：使用步骤B2的的PI控制器进行控制，设定换热器二次侧出口温度变化为t度，记录换热器二次侧出口温度的响应曲线，并与步骤B1的系统性能指标进行对比；
步骤B4：使用步骤B2的的PI控制器进行控制，设定换热器二次侧出口温度变化为-t度，记录换热器二次侧出口温度的响应曲线，并与步骤B1的系统性能指标进行对比；
步骤B5：使用步骤B2的的PI控制器进行控制，再次设定换热器二次侧出口温度变化为-t度，记录换热器二次侧出口温度的响应曲线，并与步骤B1的系统性能指标进行对比；
步骤B6：使用步骤B2的的PI控制器进行控制，再次设定换热器二次侧出口温度变化为t度，记录换热器二次侧出口温度的响应曲线，并与步骤B1的系统性能指标进行对比。
8.采用权利要求1、2、3、4所述的热工自动控制的教学实验进行换热器二次侧出口温度的单回路PI算法控制器手工整定实验，其特征在于：
步骤C1：将换热器二次侧出口温度进行反馈，与设定温度做比较，使用PI(比例-积分)算法控制器，使用Ziegier-Nichols闭环算法进行参数整定；
步骤C2：将积分环节增益设为零，增加比例环节增益，直至换热器二次侧出口温度产生振荡，记录此临界状态下的比例环节增益Ku和振荡周期Tu作为临界比例环节增益和临界振荡周期；设定比例环节增益为0.45Ku，积分环节增益0.54Ku/Tu；
步骤C3：使用步骤C2的的PI控制器进行控制，设定换热器二次侧出口温度变化为t度，记录换热器二次侧出口温度的响应曲线，并与步骤B3的响应曲线做对比；
步骤C4：使用步骤C2的的PI控制器进行控制，设定换热器二次侧出口温度变化为-t度，记录换热器二次侧出口温度的响应曲线，并与步骤B4的响应曲线做对比；
步骤C5：使用PID(比例-积分-微分)算法控制器，设定比例环节增益为0.6Ku，积分环节增益1.2KuTu，微分环节增益0.6KuTu/8；
步骤C6：使用步骤C5的的PID控制器进行控制，设定换热器二次侧出口温度变化为t度，记录换热器二次侧出口温度的响应曲线，并与步骤B3、C3的响应曲线做对比；
步骤C7：使用步骤C2的的PI控制器进行控制，设定换热器二次侧出口温度变化为-t度，记录换热器二次侧出口温度的响应曲线，并与步骤B4、C4的响应曲线做对比。
9.采用权利要求1、2、3、4所述的热工自动控制的教学实验进行换热器二次侧出口温度的单回路控制器频域设计实验，其特征在于：
步骤D1：对控制系统进行指定，控制目标是换热器二次侧出口温度保持为设定值，操作变量是固体继电器的占空比，被控变量是换热器二次侧出口温度，系统性能指标要求：阶跃响应的稳态误差为零；阶跃响应的超调量要求；相角裕度要求；
步骤D2：将换热器二次侧出口温度进行反馈，与设定温度做比较，使用PI(比例-积分)算法控制器，可满足阶跃响应的稳态误差为零；通过伯德图，选择新的转折频率，确定比例环节系数，再由相角裕度，确定积分环节系数；
步骤D3：使用步骤D2的的PI控制器进行控制，设定换热器二次侧出口温度变化为t度，记录换热器二次侧出口温度的响应曲线，并与步骤D1的系统性能指标进行对比；
步骤D4：使用步骤D2的的PI控制器进行控制，设定换热器二次侧出口温度变化为-t度，记录换热器二次侧出口温度的响应曲线，并与步骤D1的系统性能指标进行对比。
10.采用权利要求1、2、3、4所述的热工自动控制的教学实验进行换热器二次侧出口温度的双回路控制器设计实验，其特征在于：
步骤E1：双回路系统包括两个反馈回路，一个反馈回路是将换热器二次侧出口温度进行反馈，与设定的温度进行比较，作为PI(比例-积分)算法控制器1的输入，另一个反馈回路是将热水箱出水温度反馈，与PI(比例-积分)算法控制1的输出进行比较，作为P(比例)算法控制2的输入，P(比例)算法控制2的输出为固体继电器的占空比的变化；
步骤E2：对控制系统进行指定，控制目标是换热器二次侧出口温度保持为设定值，操作变量是固体继电器的占空比，被控变量是换热器二次侧出口温度，系统性能指标要求：阶跃响应的稳态误差为零；阶跃响应的超调量要求；相角裕度要求；
步骤E3：选择合适的P(比例)算法控制2的比例环节增益，在按步骤D2的方法设计PI(比例-积分)算法控制器1；
步骤E4：使用步骤E3的算法控制器进行控制，设定换热器二次侧出口温度变化为t度，记录换热器二次侧出口温度的响应曲线，并与步骤E2的系统性能指标进行对比；
步骤E5：使用步骤E3的算法控制器进行控制，设定换热器二次侧出口温度变化为-t度，记录换热器二次侧出口温度的响应曲线，并与步骤E2的系统性能指标进行对比；
步骤E6：将风机盘管3的调速器2调到高档，记录换热器二次侧出口温度的响应曲线，观察负荷的干扰的影响；
步骤E7：将控制算法改为前馈-反馈控制器，将换热器二次侧进口温度作为干扰量，设计前馈控制器，并与步骤E3的反馈控制器结合；
步骤E8：将风机盘管3的调速器2调到中档，等待系统稳定；
步骤E9：使用步骤E7的算法控制器进行控制，将风机盘管3的调速器2调到高档，记录换热器二次侧出口温度的响应曲线，并与步骤E6进行比较；
步骤E10：将风机盘管3的调速器2调到中档。
11.采用权利要求1、2、3、4所述的热工自动控制的教学实验进行流量与阀门开度信号关系的模型的建立和控制器设计实验，其特征在于：
步骤F1：开启电动阀17，关闭电动阀16，让一次侧环路流经盘管18；
步骤F2：保持固体继电器的占空比不变，设置变频器14的频率，待稳定后，将阀门开度调高，记录一次侧流量的变化，用带延迟一阶模型描述流量与阀门开度的关系，根据流量响应辨别模型参数；同时记录热水箱出口温度的变化，使用频谱分析，获得热水箱出口温度随流量变化的模型；
步骤F3：对控制系统进行指定，控制目标是一次侧的流量为指定值，操作变量是阀门开度，被控变量是一次侧的流量，系统性能指标要求：阶跃响应的稳态误差为零；阶跃响应的超调量要求；阶跃响应的调节时间要求；
步骤F4：使用根轨迹方法设计PI(比例-积分)算法控制器；
步骤F5：使用步骤F4的控制器，将流量值设为权利要求6的一次侧流量值，记录流量的响应，并于步骤F3的要求做对比。
12.采用权利要求1、2、3、4所述的热工自动控制的教学实验进行大延迟控制器设计实验，其特征在于：
步骤G1：对控制系统进行指定，控制目标是换热器二次侧出口温度保持为设定值，操作变量是固体继电器的占空比，被控变量是换热器二次侧出口温度，系统性能指标要求：阶跃响应的稳态误差要求；相角裕度要求；阶跃响应的调节时间要求；
步骤G2：固体继电器12的占空比调高，记录换热器二次侧出口温度；用带延迟的二阶线性系统对换热器二次侧出口温度变化的响应进行近似，辨别特征参数：静态增益、阻尼比、频率、延迟时间；
步骤G3：在步骤E3的基础上，使用滞后校正网络设计算法设计主控制器；
步骤G4：固体继电器12的占空比调回原值，稳定后，使用步骤G3的的算法控制器进行控制，设定换热器二次侧出口温度变化为t度，记录换热器二次侧出口温度的响应曲线，并与步骤G2的系统性能指标进行对比；
步骤G5：使用步骤G3的的算法控制器进行控制，设定换热器二次侧出口温度变化为-t度，记录换热器二次侧出口温度的响应曲线，并与步骤G2的系统性能指标进行对比。
13.采用权利要求1、2、3、4所述的热工自动控制的教学实验进行热水箱出口温度的前馈控制和换热器二次侧出口温度与阀门开度信号关系模型的辨别，其特征在于：
步骤H1：由权利要求6获得热水箱出口温度变化随固体继电器12的占空比变化的带延迟的一阶模型，由权利要求11获得热水箱出口温度变化随流量变化的模型，设计带前馈的PI控制器，操作变量是固体继电器的占空比，被控变量是热水箱出口温度，前馈变量为流量；系统性能指标要求：阶跃响应的稳态误差为零；阶跃响应的超调量要求；阶跃响应的调节时间要求；在流量一定变化的干扰的情况下超调量和调节时间满足要求；
步骤H2：使用步骤H1的算法控制器，维持热水箱出水温度的恒定，将阀门开度调高一定值，记录在流量变化的干扰情况下热水箱出口温度变化，与步骤H1的系统性能指标进行对比；
步骤H3：将阀门开度调回原值；
步骤H4：将阀门开度调高，保持一段时间后，将阀门开度调回原值，记录换热器二次侧出口温度的变化；
步骤H5：用带延迟的二阶模型近似该进程，使用频域分析的方法，辨别模型参数。
14.采用权利要求1、2、3、4所述的热工自动控制的教学实验进行换热器二次侧出口温度与阀门开度的关系的控制器设计实验，其特征在于：
步骤I1：对控制系统进行指定，控制目标是换热器二次侧出口温度保持为设定值，操作变量是阀门开度，被控变量是换热器二次侧出口温度，系统性能指标要求：阶跃响应的稳态误差为零；阶跃响应的超调量要求；阶跃响应的调节时间要求；
步骤I2：根据步骤I1的要求，使用根轨迹法，设计PI(比例-积分)算法控制器；
步骤I3：使用步骤I2的的PI控制器进行控制，设定换热器二次侧出口温度变化为t度，记录换热器二次侧出口温度的响应曲线，并与步骤I1的系统性能指标进行对比；
步骤I4：使用步骤I2的的PI控制器进行控制，设定换热器二次侧出口温度变化为-t度，记录换热器二次侧出口温度的响应曲线，并与步骤I1的系统性能指标进行对比；
步骤I5：根据步骤I1的要求，使用根轨迹法，设计带前馈的PI(比例-积分)算法控制器，前馈的变量为换热器二次侧的入口温度；
步骤I6：使用步骤I5的的PI控制器进行控制，设定换热器二次侧出口温度变化为t度，记录换热器二次侧出口温度的响应曲线，并与步骤I1的系统性能指标进行对比；
步骤I7：使用步骤I5的的PI控制器进行控制，设定换热器二次侧出口温度变化为-t度，记录换热器二次侧出口温度的响应曲线，并与步骤I1的系统性能指标进行对比；
步骤I8：使用步骤I5的的PI控制器避行控制，将风机盘管的调速器调到高速，记录换热器二次侧出口温度的响应曲线，观察在具有负荷端干扰的情况下，换热器二次侧出口温度的响应；
步骤I9：将风机盘管的调速器调到中速。
15.采用权利要求1、2、3、4所述的热工自动控制的教学实验进行以换热器二次侧出口温度为被控变量、以总电耗为优化目标的单输入极值搜索控制算法实验，其特征在于：
步骤J1：对控制系统进行指定，控制目标是换热器二次侧出口温度保持为设定值，被控变量是换热器二次侧出口温度，优化参数是变频器频率设定值，系统性能指标要求：在保持步骤I1的性能指标的基础上，系统的一次侧水泵电耗与加热器电耗的和作为总电耗，让总电耗最低；
步骤J2：使用步骤G1的控制算法通过双回路调节换热器二次侧出口温度，将变频器14的频率调高，记录总电耗的变化；
步骤J3：用带延迟的二阶线性系统对总电耗随频率的响应进行近似，辨别特征参数：静态增益、阻尼比、频率、延迟时间；将变频器14的频率调回原值；
步骤J4：根据步骤J3的动态特性，选择极值搜索控制算法的抖动频率；
步骤J5：设计以变频器频率设定值为输入的极值搜索控制算法，使用步骤G1的算法，让系统达到稳态；
步骤J6：使用步骤J5的极值搜索控制算法，记录总耗电量的变化。
16.采用权利要求1、2、3、4所述的热工自动控制的教学实验进行以换热器二次侧出口温度为受控变量、以总电耗为优化目标的双输入极值搜索控制算法实验，其特征在于：
步骤K1：对控制系统进行指定，控制目标是换热器二次侧出口温度保持为设定值，被控变量是换热器二次侧出口温度，优化参数是热水箱的出口温度的设定值和变频器频率设定值，系统性能指标要求：在保持步骤I1的性能指标的基础上，系统的一次侧水泵电耗与加热器电耗的和作为总电耗，让总电耗最低；
步骤K2：设定变频器14的频率，使用步骤H1的控制算法通过占空比调节热水箱出口温度，使用步骤I1的控制算法调节换热器二次侧出口温度，稳定后，将变频器14的频率调高，记录总电耗的变化；
步骤K3：用带延迟的二阶线性系统对总电耗随频率的响应进行近似，辨别特征参数：静态增益、阻尼比、频率、延迟时间；将变频器14的频率调会原值；
步骤K4：将热水箱的出口温度的设定值提高t度，记录总电耗的变化；
步骤K5：用带延迟的二阶线性系统对总电耗随热水箱的出口温度的响应进行近似，辨别特征参数：静态增益、阻尼比、频率、延迟时间；
步骤K6：根据步骤K3和K5的动态特性，选择极值搜索控制算法的两个抖动频率；
步骤K7：按照步骤K2的算法，让系统达到稳态；
步骤K8：设计以热水箱的出口温度的设定值和变频器频率的设定值为输入的双输入极值搜索控制算法；
步骤K9：使用步骤K8的极值搜索控制算法，记录总耗电量的变化。