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제어시스템설계 Chapter 4 ~ Chapter 5 Robotics and Control System Lab contents • Chapter4 Root Locus Robotics and Control System Lab Root Locus Root Locus • 근궤적 파라미터값(K) 에 따른 모든 폐루프의 극점위치를 도해적 으로 보여줌. 과도응답. Robotics and Control System Lab Root Locus Root Locus • 폐 루트 전달함수 C (S ) G (S ) R (S ) 1 G (S )H (S ) Q (S ) P (S ) Q (S ) P (S ) KQ (S ) 1 K 0 P (S ) P (S ) KG (S )H (S ) K 특성방정식 P (S ) KQ (S ) 0 Robotics and Control System Lab Root Locus Root Locus의 성립조건 I. II. | G (s )H (s ) | 1/ | K | K0 K 0 G (s ) (2k 1)X 180 G (s ) (2k )X 180 k 0, 1 2... 만족하면 폐 루프 특성방정식 근.(K : 근궤적 파라미터) • 근궤적 파라미터값(K)는 0< K < Root Locus) - - - 근 궤적(RL:Root Locus) - 대응 궤적 (CRL:Contour <K< <K<0 - 근 컨투어 RC: Root Contours) : 한 개 이상의 파라 미터가 변 할 때 근 궤적. - 완전 근궤적(RL:Root Locus) - < K < Robotics and Control System Lab Root Locus 근궤적 작도법 • 근 궤적의 수 = 폐 루프 특성 방정식 극점의 갯수 • 출발점 (K=0)일때 G(S)H(S)의 극점. • 종착점 (K= )일때 G(S)H(S) 영점. Robotics and Control System Lab Root Locus 실수 축 상의 근 궤적 • G(s)의 극점, 영점이 어느 구간?(실수축상) 개루프 전달함수 G(s)의 pole과 zero 가있을 때 임의의 구간 우측에 있는 실수축의 개 루프 Pole의 갯수 + Zero 개수. 홀수 : 구간에 근 궤적 존재 짝수 : 존재하지 않음 Robotics and Control System Lab Root Locus 실수 축 상의 근 궤적 • G(s)의 극점, 영점이 어느 구간?(실수축상)-cont. 위상조건 G (s1) (s1 z 1) (s1 z 2 ) (s1 z 3 ) (s1 p1 ) (s1 p 2 ) 0 0 180 0 0 180 위상조건 만족 G (s2 ) (s2 z 1) (s2 z 2 ) (s2 z 3 ) (s 2 p1 ) (s 2 p 2 ) 180 0 180 0 0 0 위상조건 만족 X Robotics and Control System Lab Root Locus 근 궤적의 대칭성 • 복소수는 공액근 이므로 실수 축에 대해 대칭이다. 점근선의 각도와 위치 I. 위상조건 만족. m zj j 1 II. n pi i (2k 1)180 1 점근선 각도 (2k 1)180 n m III. 점근선의 중심점 Ac n m Ac pi i 0 zj j 0 n m Robotics and Control System Lab Root Locus 문제1. 개루프 전달함수 G (s `) K s (s 2) 근궤적을 그려라. i. 폐루프 특성방정식 K s 2 2s K 0 ii. 개루프 특성방정식의 Pole : 0, -2 K 0 o Step Response 2 K=1 1.8 K=100 K=1000 1.6 1.4 iii.점근선. Ac pi i 0 Amplitude n 1.2 m zj j 0 n m 1 0.8 2 0 1 20 0.6 0.4 0.2 180(2k 1) 180(2k 1) 90 n m 20 0 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 Time (sec) Robotics and Control System Lab Root Locus 분기점 위치. • 두 근궤적이 실수축을 떠나는 이탈점(break-away point)과 도착하는 복귀점(break-in point). • 분기점의 K 값은 실수축 상의 극값. K =f(s) 로 변환 후 K를 s로 미분한 식을 0으로 하는 방정식의 근 Robotics and Control System Lab Root Locus 허수 축 과의 교차점 • 근 궤적이 허수 축과 교차하고 s 평면으로 들어가는 순간 시스템의 안정도가 파괴되는 임계점. • S에 jw을 대입해서 주파수 w와 근궤적 파라미터 K를 구할수있다. • 혹은 Routh 안정도 판별법을 이용하여 구할수 있다. Robotics and Control System Lab Root Locus 출발점과 종착점의 각도 • S 평면상의 임의의 점 (-1+ij) i. z p (2k 1)X 180 z p Robotics and Control System Lab Root Locus 근의 감도(Sensitivity) • K 가 변할때 특성 방정식 근의 감도 • 이탈점의 근의 감도는 • 이상적인 근의 감도는 파라미터 변화에 따라 민감하지 않아야 한다. • 파라미터변화에 민감하지 않는 계를 강인(强靭)계통이라고 한다. Robotics and Control System Lab Root Locus 극과 영점의 첨가 • 루프 전달함수 G(s)H(s)에 s 평면 좌반면극을 첨가 >> 근 궤적을 우 반면쪽을 이동. G(s)H(s) 에 영점을 추가하면 근궤적을 좌반면으로 이동시킨다. Robotics and Control System Lab