Model Uncertainty와 Robustness
한 모델에서 설계한 제어기를 여러 실제 모델과 지연 조건에 적용해 성능이 나빠지는 지점을 찾습니다.
실습 전에
01 질량·감쇠·강성이 달라지면 같은 제어기의 응답은 어떻게 달라질까요?
설명
Gain을 고정한 채 Plant의 세 매개변수를 바꾸어 Pole과 Step Response를 구합니다. 이 실습에서는 각 매개변수의 값 세 개씩을 조합한 27개 모델을 비교합니다.
02 선택한 값 사이의 모델도 안정한지는 어떻게 판단할까요?
설명
모델을 몇 개 더 계산하는 대신, 이 예제의 2차 Characteristic Polynomial의 계수가 주어진 구간에서 모두 양수인지 판단합니다. 구간 전체의 안정성과 개별 응답의 Settling Time은 구분합니다.
1. 명목 제어기를 다른 실제 모델에 적용하기
시작 조건
kg, N·s/m, N/m입니다. K와 N은 에서 설계한 값을 고정합니다.
진행 방법
- 명목 제어기를 고정하고 세 실제 모델의 Pole과 응답을 비교하세요.
- 각 응답의 최종값과 2% Settling Time을 구하고 가장 느린 조건을 찾으세요.
남길 결과
- 세 응답 곡선과 Pole·Settling Time의 비교표.
기록 항목과 확인할 점
- 질량
-
- Pole
-
- 최종값
-
- Settling Time
-
확인할 점
- 실제 모델마다 K를 다시 설계하지 않았는가?
- Settling Time 이후에도 2% 띠 안에 남는지 확인했는가?
2. 질량·마찰·강성을 함께 바꾸기
시작 조건
m∈{.7,1,1.3}, b∈{2,3,4}, k∈{1,2,3}의 27개 조합입니다. , 은 고정합니다.
진행 방법
- 각 조합의 고유값에서 실수부의 최댓값을 구하세요. 이 값이 음수인 모델 수와 0 이상인 모델 수를 기록하세요.
- 실수부 최댓값이 가장 큰 조합을 찾으세요. 각 조합에서 도 구하고, 가 가장 큰 조합을 따로 찾으세요.
- 선택한 두 조합의 ·최대 Pole 실수부·Steady State 오차를 표로 적고 Unit Step을 같은 시간축에 그리세요.
- 이번 계산에서 검사한 매개변수 값과 그 사이의 검사하지 않은 값을 구분해 적으세요. 구간 전체의 안정성을 판단하려면 학습자료의 Characteristic Polynomial에서 어느 계수 조건을 살펴봐야 하는지 설명하세요.
남길 결과
- 27개 조건의 안정성 요약과 두 극단 조건의 응답.
기록 항목과 확인할 점
- m,b,k
-
- 최대 Pole 실수부
-
- Steady-State Error
-
확인할 점
- Pole은 A가 아니라 에서 계산했는가?
- 27개 조합의 Pole 계산 결과와 전체 파라미터 범위에 대한 해석적 근거를 구분했는가?
3. 입력 지연과 포화가 있는 경우
시작 조건
명목 모델에서 dt=.002 s, 6 s 동안 상태를 Euler 적분합니다. 입력 지연은 0,.08,.2 s이고 입력 한계는 ±4입니다.
진행 방법
- 실습용 노트북의 함수로 세 지연의 출력·입력을 그리세요.
- dt를 절반으로 줄여 주요 응답이 비슷한지 확인하세요.
- 선형 Pole의 안정성 판정만으로 지연·포화가 있는 구현을 평가하기 어려운 이유를 설명하세요.
남길 결과
- 출력·입력 곡선, RMS 추종 오차(2 s 이후)·입력 포화 비율(전체 0–6 s 기록)과 적분 간격 비교.
기록 항목과 확인할 점
- 지연
-
- dt
-
- RMS 추종 오차
-
- 입력 포화 비율
-
확인할 점
- 지연은 명령 기록에서 과거 입력을 가져오는 방식인가?
- 시간 간격 차이를 모델 불안정과 혼동하지 않았는가?
공식 예제·데이터