강의자료 · 제어공학2
실습 언어

Root Locus

Gain 하나를 고르는 문제가 Pole 위치와 Time Response에 어떻게 이어지는지 확인합니다.

Python 경로는 python-control을 사용합니다. 모듈이 없으면 Colab·Jupyter의 코드 셀에서 %pip install control==0.10.2를 실행하세요.

MATLAB · Control System Toolbox

실습 전에

01 Root Locus의 한 점은 무엇을 나타낼까요?

설명

선택한 Gain에서의 Closed-loop Pole 후보입니다. 하나의 Gain에 해당하는 모든 Pole을 함께 봅니다.

02 Pole 위치만으로 실제 응답의 모든 특성을 알 수 있을까요?

설명

Zero·잔차·입력도 영향을 줍니다. 선택한 Gain의 실제 Time Response로 확인합니다.

실습

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1. Gain과 Closed-loop Pole

시작 조건

L(s)=s+7s(s+5)(s+15)(s+20)L(s)=\frac{s+7}{s(s+5)(s+15)(s+20)}. K∈{100,500,1000}K\in\{100,500,1000\}을 사용합니다.

진행 방법

  1. Root Locus를 그리고 각 K에서 feedback(K*L,1)의 Pole을 별도 기호로 표시하세요.
  2. 각 Pole의 실수부와 안정 여부를 표에 기록하세요.
  3. 기준 조건 K=500K=500에 비해 Pole 이동과 응답 변화의 예상을 적으세요.

남길 결과

기록 항목과 확인할 점
K
Closed-loop Pole
최대 실수부
안정 여부

확인할 점

  • Root Locus의 점과 직접 계산한 Closed-loop Pole이 같은가?
  • 복소근의 켤레 관계가 유지되는가?

2. Time Response로 예상 확인

시작 조건

같은 모델·Gain에 0≤t≤80\le t\le 8 s의 Unit Step을 적용합니다.

진행 방법

  1. 안정한 경우에만 Overshoot·Settling Time을 구하세요.
  2. 가장 느린 Pole 쌍과 Time Response의 진동·감쇠를 연결해 설명하세요.
  3. K=500K=500보다 크거나 작은 값 하나를 추가하고 예상을 검증하세요.

남길 결과

기록 항목과 확인할 점
K
Overshoot [%]
Settling Time [s]
예상과 일치한 점

확인할 점

  • 불안정한 경우 수렴 지표를 억지로 산출하지 않았는가?
  • Pole에 근거한 예상과 실제 관측을 나누어 적었는가?

3. 다른 모델에 같은 절차 적용

시작 조건

L2(s)=s+2s2+2s+3L_2(s)=\frac{s+2}{s^2+2s+3}, K∈{.5,2,10}K\in\{.5,2,10\}을 사용합니다.

진행 방법

  1. L2의 Root Locus·Pole 표·Step plot을 같은 형식으로 만드세요.
  2. 고차 모델 L과 L2에서 Gain 변화의 양상이 같은지 비교하세요.
  3. 한 모델에서 얻은 결론을 다른 모델에 그대로 적용할 수 있는지 설명하세요.

남길 결과

기록 항목과 확인할 점
모델
K
Pole
Overshoot [%]
Settling Time [s]

확인할 점

  • 각 모델마다 Closed-loop 식을 새로 구성했는가?
  • 같은 Gain 숫자만으로 두 시스템의 성능을 동일시하지 않았는가?