[제어공학] 시스템의 타입

Eugene CHOI·2021년 4월 26일
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Control Engineering

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위와 같은 블럭선도가 있다고 할 때, 전달함수는 다음과 같습니다.

Y(s)=(R(s)Y(s))Gc(s)G(s)(1+Gc(s)G(s))Y(s)=Gc(s)G(s)R(s)Y=Gc(s)G(s)1+Gc(s)G(s)R(s)  Y(s)R(s)=Gc(s)G(s)=Gc(s)G(s)1+Gc(s)G(s)Y(s)=(R(s)-Y(s))G_c(s)G(s)\\ (1+G_c(s)G(s))Y(s)=G_c(s)G(s)R(s)\\ Y=\frac{G_c(s)G(s)}{1+G_c(s)G(s)}R(s)\\\;\\ \frac{Y(s)}{R(s)}=G_c(s)G(s)=\frac{G_c(s)G(s)}{1+G_c(s)G(s)}

오차의 정의는 다음과 같습니다.

E(s)=R(s)Y(s)=R(s)Gc(s)G(s)1+Gc(s)G(s)R(s)=11+Gc(s)G(s)R(s)E(s)=R(s)-Y(s)=R(s)-\frac{G_c(s)G(s)}{1+G_c(s)G(s)}R(s)=\frac{1}{1+G_c(s)G(s)}R(s)

Final value theorem에 따른 정상상태오차(steady state error)에 대한 정의는 다음과 같습니다.

ess=limte(t)=lims0sE(s)e_{ss}=\displaystyle\lim_{t\rarr\infin}e(t)=\displaystyle\lim_{s\rarr0}s\cdot E(s)

Type

표준 시험 입력이 unit step (R(s)=1s)(R(s)=\frac 1s)라고 한다면, 정상 상태 오차는 다음과 같습니다.

ess=limte(t)=lims0sE(s)=lims0s11+Gc(s)G(s)R(s)=lims0s11+Gc(s)G(s)1s  =lims011+Gc(s)G(s)=11+lims0Gc(s)G(s)e_{ss}=\displaystyle\lim_{t\rarr\infin}e(t)=\displaystyle\lim_{s\rarr0}s\cdot E(s)=\displaystyle\lim_{s\rarr0}s\cdot \frac{1}{1+G_c(s)G(s)}R(s)=\displaystyle\lim_{s\rarr0}s\cdot \frac{1}{1+G_c(s)G(s)}\frac 1s\\\;\\ =\displaystyle\lim_{s\rarr0}\frac{1}{1+G_c(s)G(s)}=\frac{1}{1+\displaystyle\lim_{s\rarr0}G_c(s)G(s)}

이때, lims0Gc(s)G(s)\displaystyle\lim_{s\rarr0}G_c(s)G(s)의 형태에 따라서 정상 상태 오차가 결정됩니다.

Gc(s)G(s)=ki=1M(s+zi)sNk=1Q(s+pk)G_c(s)G(s)=\frac{k\displaystyle\prod_{i=1}^M(s+z_i)}{s^N\displaystyle\prod_{k=1}^Q(s+p_k)}

여기서 NN이 의미하는 바는 (분자의 ss의 최고차수 - 분모의 ss의 최고차수)입니다.
NN이 1보다 크다면 lims0Gc(s)G(s)\displaystyle\lim_{s\rarr0}G_c(s)G(s)는 무한대로 발산하게 되고, esse_{ss}는 0으로 수렴하게 됩니다.
NN에 따라서 입력에 따른 정상상태오차의 형태가 달라지게 됩니다.
그래서 NN에 따라 전달함수의 타입을 구분하여 type  Ntype\;N이라고 합니다.

여기서의 상수 Gc(0)G(0)G_c(0)G(0), 즉 lims0Gc(s)G(s)\displaystyle\lim_{s\rarr0}G_c(s)G(s)위치오차상수 KpK_p라고 합니다.

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Hi, my name is Eugene CHOI the Automotive MCU FW developer.
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