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1[7급 국가직 자동제어] 22년 1회차
다음과 같은 제어시스템에서 단위계단입력에 대한 t≥0t\geq 0일 때, 출력 y(t)y(t)는? (단, 초기조건은 0이다)

문제 이미지
1
17e−2t−17e−9t\dfrac{1}{7}e^{-2t}-\dfrac{1}{7}e^{-9t}
2
15e−2t−15e−7t\dfrac{1}{5}e^{-2t}-\dfrac{1}{5}e^{-7t}
3
118−114e−2t+163e−9t\dfrac{1}{18}-\dfrac{1}{14}e^{-2t}+\dfrac{1}{63}e^{-9t}
4
118−110e−2t+135e−7t\dfrac{1}{18}-\dfrac{1}{10}e^{-2t}+\dfrac{1}{35}e^{-7t}
해설

폐루프 전달함수가 1(s+2)(s+9)\dfrac{1}{(s+2)(s+9)}이므로 단위계단 응답은 118−114e−2t+163e−9t\dfrac{1}{18}-\dfrac{1}{14}e^{-2t}+\dfrac{1}{63}e^{-9t}이다.

둘째 가합점 출력을 UU라 하면 Y=Us+5Y=\dfrac{U}{s+5}, 즉 U=(s+5)YU=(s+5)Y이다.
첫째 가합점: E=R−U−(2s+1)Y=R−(3s+6)YE=R-U-(2s+1)Y=R-(3s+6)Y
둘째 가합점: U=Es+2−YU=\dfrac{E}{s+2}-Y → (s+6)(s+2)Y=R−(3s+6)Y(s+6)(s+2)Y=R-(3s+6)Y

Y(s2+11s+18)=RY(s^2+11s+18)=R → YR=1(s+2)(s+9)\dfrac{Y}{R}=\dfrac{1}{(s+2)(s+9)}
Y(s)=1s(s+2)(s+9)Y(s)=\dfrac{1}{s(s+2)(s+9)}의 유수: s=0s=0에서 118\dfrac{1}{18}, s=−2s=-2에서 −114-\dfrac{1}{14}, s=−9s=-9에서 163\dfrac{1}{63}

  • 상수항이 없는 응답은 최종값이 0이 되어, 직류 이득 118\dfrac{1}{18}인 계단 응답이 될 수 없다.
  • e−7te^{-7t}를 포함한 응답은 극점이 −7이어야 하는데, 특성다항식 s2+11s+18s^2+11s+18의 근은 −2, −9이므로 맞지 않는다.

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