### 武理自动化考研知识点解析
#### 一、模拟量输入通道的作用及结构
**作用：**
模拟量输入通道在计算机控制系统中起着至关重要的作用，它负责将来自传感器或其他设备的连续变化的物理信号（如温度、压力、速度等）转换为数字信号，以便计算机能够处理这些信号。这一过程通常包括信号调理、模数转换（ADC）等步骤。
**结构：**
模拟量输入通道主要包括以下几个组成部分：
1. **信号调理电路**：用于对原始信号进行放大、滤波等预处理，确保信号质量符合模数转换器的要求。
2. **采样保持电路**：在模数转换过程中，采样保持电路用于捕获瞬时模拟电压并将其保持稳定一段时间，以便模数转换器进行精确测量。
3. **模数转换器(ADC)**：将连续变化的模拟信号转换为离散的数字信号。根据不同的应用需求，ADC可以有不同的分辨率和转换速率。
4. **多路选择器**：当系统中有多个模拟信号输入时，多路选择器用于切换不同的输入信号，以便共享一个或几个模数转换器资源。
#### 二、PID位置型控制算法及其参数意义
**推导：**
PID控制器是一种广泛应用的位置控制算法，它的输出由比例项(P)、积分项(I)和微分项(D)三部分组成。对于位置型PID控制器而言，其输出u(t)与偏差e(t)的关系可以表示为：
\[ u(t) = K_p e(t) + K_i \int_{0}^{t} e(\tau)d\tau + K_d \frac{de(t)}{dt} \]
其中：
- \(K_p\) 是比例增益系数，决定了控制输出随偏差变化的速度。
- \(K_i\) 是积分增益系数，决定了控制器消除静态误差的能力。
- \(K_d\) 是微分增益系数，增强了系统的动态响应性能，有助于减小超调。
**参数意义：**
- **比例项**：反映了控制器输出与当前偏差之间的线性关系，主要作用是快速响应偏差的变化。
- **积分项**：随着时间的积累逐渐增大，直到偏差完全消除为止，主要用于消除稳态误差。
- **微分项**：反映了偏差变化率的影响，可以预测偏差的变化趋势并提前作出调整，从而提高系统的稳定性和响应速度。
#### 三、I/O接口的地址译码方式及其特点
**地址译码方式：**
I/O接口的地址译码方式主要包括直接映射方式和独立编址方式两种。
1. **直接映射方式**：这种方式下，I/O端口与内存单元共用同一个地址空间，即I/O端口地址直接映射到内存地址空间中。这种方式简单直观，但可能会影响内存访问效率。
2. **独立编址方式**：在这种方式下，I/O端口具有独立于内存的地址空间，通过专门的指令进行访问。这种方法可以避免占用大量内存地址空间，提高了内存访问效率。
**特点对比：**
- **直接映射方式**：实现简单，但可能影响内存访问性能。
- **独立编址方式**：更高效地利用内存地址空间，但需要额外的指令集支持。
#### 四、采样周期的确定方法
确定采样周期时，需要综合考虑以下几个因素：
1. **奈奎斯特采样定理**：采样频率应至少为信号最高频率成分的两倍以上，以避免频率混叠现象。
2. **系统响应时间**：采样周期应小于系统的响应时间，以确保控制系统能够及时响应外部变化。
3. **计算能力**：采样周期过短会增加处理器的负担，因此需要平衡实时性和计算资源。
4. **控制对象特性**：不同控制对象具有不同的动态特性，采样周期的选择需根据控制对象的具体情况进行优化。
#### 五、过程控制系统知识点详解
**定值控制系统及其输入量：**
- **定义**：定值控制系统是指系统输出维持在一个预定不变的期望值上的控制系统。
- **输入量**：定值控制系统的输入量通常是设定值和扰动信号。设定值为系统期望达到的恒定值，而扰动则是外界环境对系统输出的影响。
**数学模型的重要性及建立方法：**
- **重要性**：数学模型是描述系统行为的一种数学表达形式，它是分析和设计控制系统的基础。通过数学模型可以预测系统在不同条件下的行为，进而进行有效的控制策略设计。
- **建立方法**：常用的建立数学模型的方法包括机理建模和实验辨识两种。
- **机理建模**：基于物理定律和化学原理，通过理论分析推导出系统的数学描述。
- **实验辨识**：通过对系统的实际测试和数据采集，采用数学统计方法拟合出系统的行为模型。
**前馈—反馈控制系统的结构与优点：**
- **结构图**：前馈—反馈控制系统由前馈控制器和反馈控制器组成，前馈控制器直接根据扰动信号调整控制信号，而反馈控制器则基于系统输出与设定值的偏差来调整控制信号。
- **优点**：
- **增强鲁棒性**：前馈控制能够有效地补偿已知扰动的影响，减少扰动对系统输出的影响。
- **提高精度**：反馈控制能够根据偏差进行实时调节，进一步提高系统的控制精度。
- **简化设计**：前馈—反馈结合的方式使得控制系统设计更为灵活和简单。
**阶跃响应曲线及T和τ的确定：**
- **阶跃响应曲线**：阶跃响应是指系统在阶跃输入信号作用下的输出变化情况，通常用于评估系统的动态性能。通过绘制给定液位系统的阶跃响应曲线，可以直观地观察系统对阶跃输入的响应特性和稳定性。
- **确定T和τ**：在存在延迟环节的情况下，可以通过作图法确定时间常数\(T\)和延迟时间\(\tau\)。具体方法是在阶跃响应曲线上找到输出达到最终值63.2%的时间点，该时间点对应的横坐标即为\(T\)；而输出开始变化到输出开始上升之前的时间差即为\(\tau\)。这些参数对于分析和设计控制系统具有重要意义。
