恢复速度过快，就会使乘员感到不适；函数记录仪记录输入电压时，如果记录笔移动很慢或摆动幅度过大，不仅使记录曲线失真，而且还会损坏记录笔，或使电器元件承受过电压。因此，对控制系统过渡过程的时间（即快速性）和最大振荡幅度（即超调量）一般都有具体要求。(3)准确性理想情况下，当过渡过程结束后，被控量达到的稳态值（即平衡状态）应与期望值一致。但实际上，由下系统结构，外作用形式以及摩擦、间隙等非线性因素的影响，被控量的稳态值与期望值之间会有误差存在，称为稳态误差。稳态误差是衡量控制系统控制精度的重要标志，在技术指标中一般都有具体要求。2.典型外作用在工程实践中，自动控制系统承受的外作用形式多种多样，既有确定性外作用，又有随机性外作用。对不同形式的外作用，系统被控望的变化情况（即响应各不相同，为了便于用统一的方法研究和比较控制系统的性能，通常选用几种确定性函数作为典型外作用。可选作典型外作用的函数应具备以下条件：1)这种函数在现场或实验室中容易得到；2)控制系统在这种函数作用下的性能应代表在实际工作条件下的性能；3)这种函数的数学表达式简单，便于理论计算。目前，在控制工程设计中常用的典型外作用函数有阶跃函数、斜坡函数、脉冲函数以及正弦函数等确定性函数，此外，还有伪随机函数。(1)阶跃函数阶跃函数的数学表达式为t<o10.f(t) =(1-1)IR,1≥0式（1-1）表示一个在t=0时出现的幅值为R的阶跃变化函数，如图1-15所示。在实际系统中，这意味着t一0时突然加到系统上的一个幅值不变的外作用。幅值R一1的阶跃函数，称单位阶跃函数，用1（t)表示，幅值为R的阶跃函数便可表示为f（t）=R·1（t）。在任意时刻to出现的阶跃函数可表示为f（t一tp）=R·1（t-to）。阶跃函数是自动控制系统在实际工作条件下经常遇到的一种外作用形式。例如，电源电压突然跳动；负载突然增大或减小，飞机飞行中遇到的常值阵风扰动等，都可视为阶跃函数形式的外作用。在控制系统的分析设计工作中，一般将阶嵌函数作用下系统的响应特性作为评价系统动态性能指标的依据。(2)斜坡函数斜坡函数的数学表达式为1<0Jo,(1-2)f(t)=(Rt,t≥o式（1-2)表示在t=0时刻开始，以恒定速率R随时间而变化的函数，如图1-16所示。在工程实践中，某些随动系统就常常工作于这种外作用下，例如雷达-高射炮防空系统，当雷达跟踪的目标以恒定速率飞行时，便可视为该系统工作于斜坡函数作用之下。·14·
t)f(t)8g70图1-15阶跃函数图1-16斜坡函数(3)脉冲函数脉冲函数定义为Af(t)=lim(1-3)[1(t)-1(t-ta))f-oto式中，（A/to)[1(t)—1(t—to))是由两个阶跃函数合成的脉动函数，其面积A-（A/to)t如图1-17（a）所示。当宽度to趋于零时，脉动函数的极限便是脉冲函数，它是一个宽度为零、幅值为无穷大、面积为A的极限脉冲，如图1-17(b）所示。脉冲函数的强度通常用其面积表示。面积A=1的脉冲函数称为单位脉冲函数或菌数；强度为A的脉冲函数可表示为f(t)=A(t)。在t。时刻出现的单位脉冲函数则表示为8(t一to）。8(c)4tt1可-A5(b)(a)图1-17脉动函数和脉冲函数必须指出，脉冲函数在现实中是不存在的，只有数学上的定义，但它却是一个重要面有效的数学工具，在自动控制理论研究中，它也具有重要作用。例如，个任意形式的外作用，可以分解成不同时刻的一系列脉冲函数之和，这样，通过研究控制系统在脉冲函数作用下的响应特性，便可以了解在任意形式外作用下的响应特性。（4）正弦函数正弦函数的数学表达式为(1-4)f(t) = Asin(wt -)式中，A为正弦函数的振幅；@=2元为正弦函数角率；为初始相角。正弦函数是控制系统常用的一种典型外作用，很多实际的随动系统就是经常在这种正弦函数外作用下工作的。例如，舰船的消摆系统、稳定平台的随动系统等，就是处于形如正弦函数的波浪下工作的。更为重要的是系统在正弦函数作用下的响应，即频率响应，是自动控制理论中研究控制系统性能的重要依据（详见第五章）。.15
习题1-1图1-18是液位自动控制系统原理示意图。在任意情况下，希望液面高度c维持不变，试说明系统工作原理并画出系统方块图。控制阀0.浮子0+电位器1减速器电动机用水开关Sfo图1-18液位自动控制系统1-2图1-19是仓库大门自动控制系统原理示意图。试说明系统自动控制大门开闭的工作原理并画出系统方块图。伺服放大婴电动机W关门开关图1-19仓库大门自动开闭控制系统1-3图1-20(a)和(b)均为自动调压系统。设空载时，图(a)与图(b)的发电机端电压均为110V。试问带上负载后，图(a)与图(b)中哪个系统能保持110V电压不变?哪个系统的电压会稍低于110V？为什么？1-4图1-21为水温控制系统示意图。冷水在热交换器中由通入的蒸汽加热，从而得到一定温度的热水。冷水流量变化用流计测量。试绘制系统方块图，并说明为了保持热水温度为期望值，系统是如何工作的？系统的被控对象和控制装置各是什么？1-5图1-22是电炉温度控制系统原理示意图。试分析系统保持电炉温度恒定的工作过程，指出系统的被控对象、被控量以及各部件的作用，最后画出系统方块图。1-6图1-23是自整角机随动系统原理示意图。系统的功能是使接收自整角机TR的转子角位移0。与发送自整角机TX的转子角位移6始终保持一致。试说明系统是如何工作的，并指出被控对象、被控量以及控制装置各部件的作用并画出系统方块图。·16
(b)(a)图1-20自动调压系统温度控制器-0燕汽湘PTTT热水冷水热交换器按流量颜馈流量计图1-21水温控制系统示意图给定电压电炉热电偶++o+薇美0电阻丝220V图1-22电炉温度控制系统原理图.17
相敏腰流负转+图1-23自整角机随动系统原理图1-7在按扰动控制的开环控制系统中，为什么说一种补偿装置只能补偿一种与之相应的扰动因素？对于图1-6按扰动控制的速度控制系统，当电动机的激磁电压变化时，转速如何变化？该补偿装置能否补偿这个转速的变化？1-8图1-24为谷物湿度控制系统示意图。在谷物磨粉的生产过程中，有-种出粉最多的湿度，因此磨粉之前要给谷物加水以得到给定的湿度。图中，谷物用传送装置按一定流量通过加水点，加水量由自动阀门控制。加水过程中，谷物流量、加水前谷物湿度以及水压都是对谷物湿度控制的扰动作用。为了提高控制精度，系统中采用了谷物湿度的顺馈控制，试画出系统方块图，自动阀行水源20:..传送装置湿度顺馈反馈激度输出谷物输入谷物调节器图1-24谷物湿度控制系统1-9图1-25为数字计算机控制的机床刀具进给系统。要求将工件的加工编制成程序预先存入数字计算机，加工时，步进电动机按照计算机给出的信息动作，完成加工任务。试说明该系统的工作原理。1-10下列各式是描述系统的微分方程，其中c(t)为输出量，r(t)为输入，试判断哪些是线性定常或时变系统，哪些是非线性系统？d'r(t)(1)c(t)=5+r(t)+tdt2+18*