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과학

가제어성

가제어성과학
영문명
Controllability
대상
시스템의 내부 상태
선형 모형의 행렬
A와 B
판정 예
가제어성 행렬의 계수
가제어성은 입력을 적절히 선택해 시스템의 상태를 원하는 상태로 옮길 수 있는 성질이다. 여기서는 입력 크기의 제한을 두지 않는 선형 시불변 모형의 완전한 상태 가제어성을 다룬다. 출력을 관측해 내부 상태를 알아내는 가관측성과는 다른 개념이다.

입력의 연결을 본다

입력이 모든 상태에 직접 연결되어야만 가제어인 것은 아니다. 어떤 상태에 들어간 입력이 상태 사이의 동역학을 통해 다른 상태에도 영향을 줄 수 있다. 입력 행렬 B뿐 아니라 상태 변화 행렬 A를 함께 보는 이유다.

두 상태의 예

연속 시간에서 A의 첫 행이 0, 1이고 둘째 행이 0, 0이며 B가 세로로 0, 1이라고 하자. 식으로는 dx1/dt = x2, dx2/dt = u다. 입력은 두 번째 상태에 직접 작용하지만 그 상태가 첫 번째 상태의 변화율이므로 두 상태를 모두 움직일 수 있다.

행렬로 확인한다

두 상태의 가제어성 행렬은 B와 AB를 나란히 놓는다. 앞의 예에서는 첫 행이 0, 1이고 둘째 행이 1, 0이 되어 계수가 2다. 상태 수와 같으므로 가제어다. B를 1, 0으로 바꾸면 AB는 0이 되어 계수가 1이고 두 번째 상태를 입력으로 바꾸지 못한다.

실제 제어의 제한

모형이 가제어라고 실제 장치에서 아무 시간 안에 아무 상태로나 안전하게 이동할 수 있다는 뜻은 아니다. 허용 입력의 크기와 상태 제한, 모형 오차는 별도의 조건이다. 수치 계산에서 거의 종속인 열을 다룰 때는 계수 판정의 오차와 스케일도 확인한다.

관련 문서

상태 공간 표현 / 행렬 / 벡터 / 전달함수 / 근궤적 / 계단 응답 / 감쇠비