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과학

정상 상태 오차

정상 상태 오차과학
영문명
Steady-state error
오차 정의
목표 신호에서 출력을 뺀 값
구분 대상
과도 오차와 지속되는 오차
판단 조건
입력 형태와 폐루프 안정성
정상 상태 오차는 제어 응답의 과도 변화가 지난 뒤에도 목표 신호와 출력 사이에 남는 차이다. 오차가 일정한 극한값으로 수렴할 때 그 값을 뜻한다. 같은 제어계라도 목표 신호의 형태에 따라 남는 오차가 달라질 수 있다.

안정해도 목표와 다를 수 있다

출력이 더 이상 변하지 않는 것과 목표값에 도달한 것은 다르다. 목표가 10인데 출력이 8에 머물면 오차는 2다. 반대로 목표가 계속 증가하는 신호라면 출력도 계속 변하면서 둘의 간격만 일정하게 남을 수 있다.

비례 피드백의 계산 예

제어 대상이 dy/dt = -y+u이고 입력을 u = K(r-y)로 정하자. 일정한 목표 r = 10에서 정상 상태는 0 = -y+K(10-y)를 만족한다. K = 4이면 y = 8, 오차는 2다. K = 9이면 y = 9, 오차는 1이다. 두 경우의 폐루프 극점은 각각 -5와 -10으로 이 예에서는 안정하다.

입력 형태를 먼저 정한다

단위 음의 피드백에서 개루프 전달함수를 L이라 쓰면 오차와 목표 사이의 전달함수는 1/(1+L)이다. 일정한 목표에 대한 오차 계산을 기울기가 있는 목표에 그대로 적용하면 안 된다. 적분 동작의 유무에 따른 추종 차이도 입력 종류와 함께 판단한다.

오차가 수렴하는지 확인한다

지속 진동하거나 발산하는 오차를 하나의 정상 상태 수치로 표시하면 응답을 잘못 설명할 수 있다. 최종값 정리를 사용할 때도 적용 조건을 먼저 확인한다. 위 계산에서 이득을 높여 오차가 줄었다는 결과가 모든 제어 대상에서 이득을 계속 높여도 된다는 뜻은 아니다.

관련 문서

정상 상태 / PID 제어 / 전달함수 / 계단 응답 / 근궤적 / 상태 피드백 / 적분 와인드업