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전달함수 G(s) = \frac{s+1}{s(0.1s-1)}의 나이퀴스… | [7급 국가직 자동제어] 24년 1회차 기출문제 상세 페이지

1[7급 국가직 자동제어] 24년 1회차
전달함수 G(s)=s+1s(0.1s−1)G(s) = \frac{s+1}{s(0.1s-1)}의 나이퀴스트(Nyquist) 선도가 음의 실수축과 만나는 양의 주파수[rad/sec]와 그 선도가 점 (−0.5, 0)(-0.5,\ 0)을 시계방향으로 감싸는 횟수는? (단, 나이퀴스트 경로는 매우 작은 반원을 따라 원점 주위를 오른쪽으로 우회하고 우반평면 전체를 시계방향으로 둘러싼다)
1
주파수: 10\sqrt{10}, 횟수: −1-1
2
주파수: 10\sqrt{10}, 횟수: 1
3
주파수: 10, 횟수: −1-1
4
주파수: 10, 횟수: 1
해설

음의 실수축과 만나는 주파수는 10\sqrt{10}[rad/sec]이고, 점 (−0.5, 0)(-0.5,\ 0)을 시계방향으로 감싸는 횟수는 −1-1(반시계 1회)이다.

G(jω)=1+jω−0.1ω2−jω=−1.1ω2+j(ω−0.1ω3)0.01ω4+ω2G(j\omega)=\dfrac{1+j\omega}{-0.1\omega^2-j\omega}=\dfrac{-1.1\omega^2+j(\omega-0.1\omega^3)}{0.01\omega^4+\omega^2}
허수부 0: 1−0.1ω2=01-0.1\omega^2=0에서 ω=10\omega=\sqrt{10}, 이때 실수부 −1111=−1\dfrac{-11}{11}=-1

점 −0.5-0.5 둘레의 감쌈은 1+2G(s)=01+2G(s)=0으로 판단한다: 0.1s2−s+2(s+1)=0.1s2+s+2=00.1s^2-s+2(s+1)=0.1s^2+s+2=0은 두 근이 좌반평면이므로 Z=0Z=0. 개루프 극점 s=10s=10으로 P=1P=1이므로 N=Z−P=−1N=Z-P=-1이다.

  • 주파수 10\sqrt{10}에 횟수 1을 짝지으면 Z=N+P=2Z=N+P=2가 되어 0.1s2+s+20.1s^2+s+2가 안정하다는 결과와 모순된다.
  • 주파수 10에 횟수 −1-1은 개루프 극점 위치를 교차 주파수로 착각한 것으로, ω=10\omega=10에서 허수부는 10−100≠010-100\ne0이다.
  • 주파수 10에 횟수 1은 교차 주파수와 감쌈 방향이 모두 틀렸다.

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