근궤적의 출발점 및 도착점과 관계되는 G(s)H(s)의 요소는? (단, K > 0 이다.)
- 영점, 분기점
- 극점, 영점
- 극점, 분기점
- 지지점, 극점
정답과 해설 보기
정답 ② · 근궤적은 폐루프 극점의 이동 경로를 나타내며 K=0일 때 폐루프 극점은 열린루프 전달함수의 극점에서 시작한다. K→∞일 때 폐루프 극점은 열린루프의 영점으로 옮겨가거나 무한원으로 향한다.
개념 한 쪽
근궤적은 이득 K를 0에서 ∞로 움직일 때 폐루프 극점이 그리는 길이다 — 출발점은 개루프 극점(K=0), 도착점은 개루프 영점(또는 무한원)이고 가지 수는 극점 수와 같다. 특성방정식이 실계수면 근궤적은 실수축에 대칭이고, 근궤적이 jω축과 교차할 때 폐루프 계는 임계상태다.
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출제기준 단원 「근궤적」의 공개 문제 9개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| jω축 교차 상태 판별 | 3 | 임계상태 판별 |
| 근궤적 수 계산 | 3 | 극점 수 세기 산출·판별 |
| 출발점·도착점 판별 | 2 | 극점→영점·k=0 근 위치 판별 |
| 대칭축 판별 | 1 | 실수축 대칭 판별 |
근궤적의 세 기본 성질이 판정의 뼈대다. 첫째 출발점·도착점 — K = 0에서 폐루프 극점은 개루프 전달함수 G(s)H(s)의 극점에서 출발하고, K → ∞에서 개루프 영점(없으면 무한원)으로 향한다. 완전 근궤적에서 k = 0인 점을 묻으면 특성방정식 (s+1)(s+2)(s+3)+k(s+4) = 0의 k 항이 사라져 s = −1, −2, −3이 답이다. 둘째 가지 수 — 폐루프 특성방정식의 차수가 극점 수로 정해지므로 근궤적의 개수는 극점의 수와 영점의 수 중 큰 값(보통 극점 수)과 일치한다. G(s)H(s) = K(s+1)/(s(s+2)(s+3))은 극점 3개라 가지 3개, K/(s²(s+1)²)은 극점 4개라 가지 4개다. 셋째 대칭 — 실계수 특성방정식의 복소근은 켤레쌍으로 나오므로 근궤적은 실수축을 기준으로 대칭이다.
jω축 교차의 뜻이 안정도 판정으로 이어진다. 근궤적이 s평면의 jω축과 교차한다는 것은 폐루프 극점이 실수부 0(순허수) 위치에 있다는 뜻으로, 감쇠가 없어 지속 진동을 하는 임계상태다. 교차를 넘어 우반평면으로 가면 불안정, 좌반평면에 머무르면 안정이다. 근궤적은 이렇게 절대안정도·상대안정도와 직결되므로 「안정도와 관계가 없다」는 서술은 틀린 보기다.
판별·카운트가 전부다. ① 출발 = 극점·도착 = 영점, k = 0 → 개루프 극점(−1, −2, −3). ② 가지 수 = 극점 수(분모 인수 세기 → 3·4). ③ jω축 교차 → 임계상태. ④ 실계수 → 실수축 대칭.
근궤적의 출발점 및 도착점과 관계되는 G(s)H(s)의 요소는? (단, K > 0 이다.)
정답 ② · 근궤적은 폐루프 극점의 이동 경로를 나타내며 K=0일 때 폐루프 극점은 열린루프 전달함수의 극점에서 시작한다. K→∞일 때 폐루프 극점은 열린루프의 영점으로 옮겨가거나 무한원으로 향한다.
근궤적 S평면의 jω축과 교차할 때 폐루프의 제어계는?
정답 ③ · 근궤적이 jω축을 교차한다는 것은 폐루프의 어떤 극점이 허수축상에 위치한다는 뜻으로, 그 경우 폐루프 시스템은 진동 경계상태에 있어 안정도 기준으로는 임계상태(한계안정)이다. 안정이면 모든 극점이 좌반평면에 있어야 하고 불안정이면 우반평면에 극점이 있으므로 jω 위에 있을 때는 임계상태로 본다.
특성방정식이 실수계수를 갖는 S의 유리함수일 때 근궤적은 무슨 축에 대하여 대칭인가?
정답 ① · 실수 계수를 가지는 특성방정식의 근은 복소수 쌍으로 나타날 때 켤레쌍으로 존재한다는 성질이 있다. 따라서 근들의 궤적은 허수부의 부호가 바뀐 켤레점까지 포함되어 실수축에 대해 대칭을 이룬다.
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