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과학

근궤적

근궤적과학
영문명
Root locus
변화시키는 값
피드백 루프의 이득
표시 대상
폐루프 극점
표현 평면
연속 시간에서는 복소 s 평면
근궤적은 피드백 시스템의 이득을 바꿀 때 폐루프 극점들이 복소평면에서 어떻게 이동하는지 나타내는 궤적이다. 시간에 따른 출력값의 경로가 아니라 이득이라는 매개 변수에 따른 극점의 위치다. 음의 피드백인지와 사용한 개루프 전달함수를 함께 명시해야 한다.

특성방정식의 근을 추적한다

단위 음의 피드백에서 개루프 전달함수를 K G(s)로 두면 폐루프 전달함수는 K G(s)/(1+K G(s))다. 이득 K를 바꾸며 분모의 근을 계산해 점들을 연결한다. 루프의 부호가 달라지면 같은 방정식을 그대로 쓰지 않는다.

두 극점의 이동 예

G(s) = 1/(s(s+2))이면 폐루프 분모는 s²+2s+K다. K가 0.75일 때 근은 -0.5와 -1.5이고 K가 1이면 -1에서 중근이 된다. K가 2이면 -1+j와 -1-j의 복소 켤레 쌍이 된다.

출력 그래프와 다르다

앞의 궤적 위 한 점은 특정 이득에서의 극점이다. 그 점의 가로·세로 좌표를 출력 진폭과 시간으로 읽으면 안 된다. 같은 이득에서 얻은 극점들을 모아 해당 시스템의 계단 응답이나 주파수 응답을 별도로 계산한다.

설계에 사용할 때

극점 위치를 통해 감쇠와 응답 속도의 변화를 살펴볼 수 있지만 이득을 크게 한다고 모든 성능이 좋아지는 것은 아니다. 실제 입력 제한이나 측정 잡음 같은 조건도 따로 확인한다. 표시한 이득 범위와 관심 영역을 확인하고 궤적 밖으로 임의의 극점을 선택할 수 있다고 가정하지 않는다.

관련 문서

전달함수 / 감쇠비 / 계단 응답 / 보드 선도 / 나이퀴스트 선도 / 상태 공간 표현 / 정착 시간