3.1.1 控制系统的时域性能指标
任何一个控制系统在输入信号作用下都会产生时间响应，图3-2为某控制系统在单位阶跃输入信号作用下的时间响应，时间响应由瞬态过程和稳态过程两部分组成。
图3-2 单位阶跃响应
1.瞬态过程与性能指标
1）瞬态过程
瞬态过程是指系统在典型输入信号作用下，系统输出量从初始状态到最终状态的响应过程（见图3-2中的ts段）。由于实际控制系统具有惯性、摩擦以及其他一些原因，系统输出量不可能完全复现输入量的变化。根据系统结构和参数选择情况，瞬态过程表现为衰减、发散或等幅振荡等形式。显然，一个可以实际运行的控制系统，其瞬态过程必须是衰减的，换句话说就是，系统必须是稳定的。瞬态过程除了提供系统稳定性信息，还可以提供响应速度及阻尼情况等信息。
2）性能指标
描述稳定的控制系统在单位阶跃信号作用下，瞬态过程随时间t的变化状况的指标，称为瞬态性能指标。为了便于分析和比较，假定系统在单位阶跃输入信号作用前处于静止状态，且输出量及其各阶导数均等于零。对于大多数控制系统来说，这种假设符合实际情况。对于图3-2所示单位阶跃响应c（t），其瞬态性能指标通常有以下几种。
上升时间tr：指响应从终值10%上升到终值90%所需的时间；对于有振荡的系统，亦可定义为响应从零第一次上升到终值所需的时间。上升时间是系统响应速度的一种度量。上升时间越短，响应速度越快。
延迟时间td：响应从零开始第一次升到稳态值50%的时间。
峰值时间tp：响应超过其终值到达第一个峰值所需的时间。
调节时间ts：响应到达并保持在终值±5%或±2%内所需的最短时间。
超调量σp%：响应的最大偏离量c（tp）和终值c（∞）的差值与终值c（∞）之比的百分数，即
若c（tp）＜c（∞），则响应无超调量。
振荡次数N：在0≤t≤ts时间范围内，响应曲线穿越其稳态值次数的一半（穿越2次相当于振荡1次）。
上述瞬态性能指标，基本上可以体现控制系统瞬态过程的特征。在实际应用中，常用的瞬态性能指标多为上升时间、调节时间和超调量。通常，用tr或tp评价系统的响应速度；用σp%评价系统的阻尼程度；而ts是同时反映响应速度和阻尼程度的综合指标。应当指出，除简单的一二阶系统外，要精确确定这些瞬态性能指标的解析表达式是很困难的。
对于恒值控制系统，它的主要任务是维持恒值输出，扰动输入为主要输入，所以常以系统对单位扰动输入信号的响应特性来衡量瞬态性能。这时参考输入不变、输出的希望值不变，响应曲线围绕原来工作状态上下波动，如图3-3所示。相应的性能指标就为σp%、ts、tp，或者再加振荡次数等。
2.稳态过程与性能指标
1）稳态过程
稳态过程指系统在典型输入信号作用下，当时间t趋于无穷时，系统输出量的表现方式。稳态过程表征系统输出量最终复现输入量的程度，即系统的准确性，提供系统有关稳态误差的信息，用稳态性能描述。
图3-3 单位扰动输入响应
2）性能指标
对控制系统的要求是由其用途以及要完成的任务所决定的。系统的精度或者更为确切地说复现输入信号的精度至关重要，精度一般以稳态误差的大小来度量。当系统给定量发生变化（包括给定量的变化规律发生改变），或者出现外部扰动时，都会使系统的输出量与给定量之间产生偏差，系统经过过渡过程后达到稳态，此时偏差可能消除，也可能继续存在，造成所谓的稳态误差。稳态误差通常在阶跃信号、斜坡信号或加速度信号作用下进行测定或计算。当时间t→∞时，系统期望输出与实际输出之差，即
稳态误差是系统控制精度或抗扰动能力的一种度量。