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선형시불변 단일입출력 시스템의 영점과 계단응답 특성
Zeros and Step Response αlaracteristics in LTI SISO Systems 원문보기

제어·로봇·시스템학회 논문지 = Journal of institute of control, robotics and systems, v.15 no.8, 2009년, pp.804 - 811  

이상용 (인하대학교 전기공학과)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper deals with the relationship between zeros and step response of the second and third order LTI(Linear Time Invariant) SISO(Single-Input and Single-Output) systems. As well known, if a system has a single unstable zero, it shows the step response with undershoot and, on the other hand, a st...

주제어

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문제 정의

  • 장에서는 표 4의 Case 3에 해당하는 경우에 대해 좀더 자세히 살펴보며 영점의 배치가 두 개의 극대 . 극소점을 유발하는 경우에 대해 다룬다. 편의상 복소영점을 갖는 경우와 실 영점을 갖는 경우로 나누어 살펴보기로 한다.
  • 극점은 되먹임을 통해 그 위치를 변화시킬 수 있지만 영점은 추가하거나 상쇄시키는 방법 말고는 어떤 되먹임 제어방식을 통해서도 위치를 변화시킬 수 없다. 이 논문에서는 2차와 3차 시스템을 1 차 부시스템(subsystem)의 덧셈형 등가모델로 표현하여 각부시스템 이득 부호의 경우에 따라 영점이 존재하는 영역이 달라짐을 보이고 그 영역에 따른 계단응답 특성을 제시하였다. 실영점의 경우 하향초과는 영점이 불안정한 영역에 있을 때에만 발생하지만, 예제 3에서 보인 바와 같이 B형 하향초과의 경우에는 영점이 안정한 영역에 있을 때에도 발생할 수 있다.
  • 원점에 가까운 허수영점을 갖는 경우에 대해서는 주파수영역에서의 제약조건을 다룬 문헌은 있지만 시간영역에서의 응답특성을 다룬 것은 그다지 많지 않다. 이 논문에서는 공액복소영점을 갖는 경우에 대해서 일반적으로 알려져있는 바와 달리, 안정한 영점이어도 하향초과가 발생할 수 있고, 불안정한 영점이어도 단조 증가할 수 있다는 것을 보였으며 주어진 공액복소영점에 대해 각각의 실수, 허수값과 실극점들로 구성된 단조증가 계단응답을 갖기 위한 판별식을 제시하였다.
  • 이 논문에서는 실극점을 갖는 2차와 3차 시스템에서 시스템의 이득 특성에 따른 영점의 위치와 계단응답 특성을 정리하여 제시한다. 특히 [8]에서 다루지 않은 공액복소영점을 갖는 경우에 단조증가계단응답을 갖기 위한 극점의 위 치적 조건을 제시한다.

가설 설정

  • 예제 2: 시스템의 공액복소영점이 불안정한 영역에 있어도 단조증가 계단응답을 가질 수 있다. 아래의 그림 5(a)은우반면인 0.
  • 정리 2: 3차 시스템의 영점이 공액복소영점(z = a±_泌) 인 경우 주극점이 a — /3보다 좌측에 위치하면 계단응답은 단조증가 하지 않는다.
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참고문헌 (8)

  1. B. M. Kwon, M. E. Lee, and O. K. Kwon, "On nonovershooting or Monotone nondecreasing step response of second-order systems," Transaction on Control, Automation, and Systems Engineering, vol. 4, no. 4, pp. 283-288, Dec. 2002 

  2. B. Kouvaritakis and A. G. J. Macfarlane, "Geometric approach to analysis and synthesis of system zeros: Part l. Square systems," International Journal of Control, vol. 23, no. 2, pp. 149-166, 1976 

  3. B. C. Kuo, Automatic Control Systems 7th Ed., Prentice Hall, 1995 

  4. G. C. Goodwin, S. F. Graebe, and M. E. Salgado, Control System Design, Prentice Hall, 2001 

  5. M. Vidyasagar, "On undershooting and nonminimum phase zeros," IEEE Transactions on Automatic Control, vol. AC-31, no. 5, p. 440, May 1986 

  6. K. Iinoya and R. J. Altpeter, "Inverse response in process control," Industrial and Engineering Chemistry, vol. 54, no. 7, pp. 39-43, July 1962 

  7. T. Mita and H. Yoshida, "Undershooting phenomenon and its control in linear multivariable servomechanisms," IEEE Transactions on Automatic Control, vol. AC-26, no. 2, pp. 402-407, Apr. 1981 

  8. M. El-khoury, O. D. Crisalle, and R. Longchatnp, "Influence of zero locations on the number of step-response extrema," Automatica, vol. 29, no. 6, pp. 1571-1574, 1993 

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