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\dfrac{K}{r^2s^2+\zeta rs+1} 인 2차계 공정에서… | [화공기사 필기] 17년 2회차 기출문제 상세 페이지

1[화공기사 필기] 17년 2회차
Kr2s2+ζrs+1\dfrac{K}{r^2s^2+\zeta rs+1} 인 2차계 공정에서 단위계단 입력에 대한 공정응답으로 옳은 것은?(단, ζ, r>0 이다.)
1
ζ가 1보다 작을수록 overshoot이 작다.
2
ζ가 1보다 작을수록 진동주기가 작다.
3
진동주기는 K와 r에는 무관하다.
4
K가 클수록 응답이 빨라진다.
해설

결론: 감쇠계수 ζ가 1보다 작아질수록 진동주기는 짧아진다.

과소감쇠(ζ<1) 2차계의 단위계단 응답은 진동하며, 그 주기는 T=2πr1ζ2T=\dfrac{2\pi r}{\sqrt{1-\zeta^2}} 이다. ζ가 작아지면 1ζ2\sqrt{1-\zeta^2} 가 1에 가까워져 커지므로 T는 작아진다.

발문의 전달함수에서 K는 정상상태 이득, r는 시간 척도를 정하는 상수다. 즉 진동주기는 r와 ζ만으로 결정되고 K와는 무관하다.

  • 최대 초과량(overshoot)은 exp ⁣(πζ1ζ2)\exp\!\left(-\dfrac{\pi\zeta}{\sqrt{1-\zeta^2}}\right) 이므로 ζ가 작을수록 오히려 커진다.
  • 진동주기가 K에 무관한 것은 맞지만 r에는 비례하므로 "K와 r 모두에 무관"은 성립하지 않는다.
  • K는 최종 도달값의 크기만 K배로 바꿀 뿐 응답 속도를 좌우하지 않는다. 속도를 정하는 것은 r다.

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