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1[7급 국가직 자동제어] 23년 1회차
설계하고자 하는 선형 2차시스템의 감쇠비 ζ\zeta와 고유주파수 ωn\omega_n의 범위가 다음과 같다. 이를 만족하기 위한 ss-평면 내 극점의 영역 A를 바르게 표시한 것은?
12<ζ<1\frac{1}{\sqrt{2}}<\zeta<1, ωn<2\omega_n<2

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해설

영역 A는 반지름 2인 원 안에서 음의 실수축을 중심으로 ±45° 이내인 좌반평면 부채꼴이다.

극점 s=−ζωn±jωn1−ζ2s=-\zeta\omega_n\pm j\omega_n\sqrt{1-\zeta^2}에서 원점까지 거리는 ωn\omega_n이므로 ωn<2\omega_n\lt 2는 반지름 2인 원의 내부이다.
음의 실수축과 이루는 각 θ\theta는 cos⁡θ=ζ\cos\theta=\zeta이므로 ζ>12\zeta\gt \dfrac{1}{\sqrt{2}}는 θ<45∘\theta\lt 45^\circ이다.

ζ<1\zeta\lt 1은 부족감쇠로 극점이 좌반평면의 공액복소수임을 뜻한다.

  • 원의 반지름이 2\sqrt{2}로 표시된 그림: ωn<2\omega_n\lt 2는 반지름 2이므로 경계가 틀렸다.
  • 45° 선과 허수축 사이를 칠한 그림: 그 영역은 θ>45∘\theta\gt 45^\circ, 즉 ζ<12\zeta\lt \dfrac{1}{\sqrt{2}}인 영역이다.

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