Laplace Transform
시간 영역의 Differential Equation을 변환해 푼 답이 원래 문제를 만족하는지 직접 검증합니다.
MATLAB: Symbolic Math Toolbox 필요.
ver('symbolic') 결과가 비어 있으면 MATLAB의 Add-Ons에서 Symbolic Math Toolbox를 설치하세요.
실습 전에
01 약분하기 전에 분모가 0이 되는 값은 어떻게 처리해야 할까요?
설명
약분해서 식이 간단해져도, 원래 분모를 0으로 만드는 값은 대입할 수 없습니다. 약분 전 식에서 제외할 값을 먼저 확인합니다.
02 Initial Condition은 Laplace 영역에 어디로 들어갈까요?
설명
y′의 변환은 sY(s)−y(0) 이므로 초기값이 별도 항으로 남습니다.
1. 식을 정리해도 값이 같은지 확인하기
시작 조건
를 약분합니다. 값 비교에는 을 사용합니다.
진행 방법
- D를 약분하고, 원래 분모가 0이 되는 x를 따로 표시하세요.
- 에서 약분 전후 값이 같은지 확인하세요. 는 왜 같은 방식으로 확인할 수 없는지 설명합니다.
남길 결과
- 약분 전후 식과 제외할 값, 두 점의 대입 결과.
기록 항목과 확인할 점
- 약분 전 식
-
- 약분 후 식
-
- 대입에서 제외할 x
-
- 두 점의 값 차이
-
확인할 점
- 원래 분모가 0인 두 값을 모두 표시했는가?
- 약분한 식만 보고 을 원래 식에 대입하지 않았는가?
2. Laplace Transform과 역변환
시작 조건
t>0에서 를 변환하고 다시 역변환합니다.
진행 방법
- sym.laplace_transform과 inverse_laplace_transform
laplace와 ilaplace를 사용해 변환·역변환을 구하세요. - 에서 원래 함수와 복원한 함수의 값을 대조하세요.
- 변환식의 Pole −2와 시간 영역의 감쇠 항 를 연결해 설명하세요.
남길 결과
기록 항목과 확인할 점
- 함수
-
- F(s)
-
- 역변환
-
- 최대 수치 오차
-
확인할 점
- t의 양수 가정과 Initial Condition을 기록했는가?
- 같은 t>0에서 원함수와 역변환의 수치 오차가 1e-8 이하인가?
3. Initial Condition이 있는 Differential Equation
시작 조건
, y(0)=0과 y(0)=1을 비교합니다. 입력은 t≥0의 단위 계단입니다.
진행 방법
- 미분항의 Laplace Transform을 쓰고 Initial Condition을 대입해 를 얻으세요.
- 이 식의 양변을 로 나누어 를 구하세요. 두 Initial Condition을 각각 대입하고 역변환한 를 s에 함께 그리세요.
- 각 에서 과 를 계산하세요. 두 잔차를 Initial Condition별로 기록하고 0인지 판단하세요.
남길 결과
- 두 응답 곡선과 잔차 표, Initial Condition의 역할 짧은 설명.
기록 항목과 확인할 점
- y(0)
-
- Y(s)
-
- 초기값 잔차
-
- ODE 잔차
-
- Steady State 값
-
확인할 점
- 입력과 Initial Condition이 서로 다른 항으로 들어갔는가?
- 심볼릭 잔차가 0이고 두 응답의 Steady State 값이 같은가?