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1[7급 국가직 자동제어] 22년 1회차
다음 그림과 같이 2차 표준형 시스템의 극점의 위치가 주어질 때, 시스템의 응답 특성에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

문제 이미지
1
감쇠비(damping ratio) ζ\zeta는 12\dfrac{1}{2}이다.
2
고유주파수(natural frequency) ωn\omega_n는 16 [rad/sec]이다.
3
오차가 목푯값(최종값)의 2 %안에 들어가는 데 걸리는 정착 시간(settling time) Ts≅2T_s\cong 2 [sec]이다.
4
최고시간(peak time) TpT_p는 시스템의 출력이 최대 오버슈트점에 도달하는 데 걸리는 시간으로 Tp=π23T_p=\dfrac{\pi}{2\sqrt{3}} [sec]이다.
해설

극점 −2±j23-2\pm j2\sqrt{3}에서 ωn=22+(23)2=4\omega_n=\sqrt{2^2+(2\sqrt{3})^2}=4이므로, 고유주파수가 16 rad/sec라는 설명이 옳지 않다(16은 ωn2\omega_n^2이다).

2차 표준형 극점은 −ζωn±jωn1−ζ2-\zeta\omega_n\pm j\omega_n\sqrt{1-\zeta^2}이므로 ζωn=2\zeta\omega_n=2, ωd=23\omega_d=2\sqrt{3}이다.

  • 감쇠비: ζ=24=12\zeta=\dfrac{2}{4}=\dfrac{1}{2}로 옳다.
  • 2 % 정착 시간: Ts≅4ζωn=42=2T_s\cong\dfrac{4}{\zeta\omega_n}=\dfrac{4}{2}=2 sec로 옳다.
  • 최고시간: Tp=πωd=π23T_p=\dfrac{\pi}{\omega_d}=\dfrac{\pi}{2\sqrt{3}} sec로 옳다.

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