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과학

파데 지연 근사

파데 지연 근사과학
대상
연속 시간의 순수 지연
정확한 표현
exp(-Ts)
근사 형태
분자와 분모 다항식의 비
주요 확인
주파수 범위와 시간 응답 오차
파데 지연 근사는 연속 시간의 순수 지연을 다항식의 비로 나타낸 전달함수로 근사하는 방법이다. 지연을 포함한 모형을 유한 차수의 유리 전달함수로 다룰 때 사용한다. 근사 모형의 응답과 실제 지연의 응답은 서로 구분해야 한다.

지연을 유리식으로 바꾼다

T초의 순수 지연은 입력을 그대로 T초 뒤에 내보낸다. 이를 나타내는 exp(-Ts)는 유한 다항식의 비가 아니다. 일차 파데 근사는 (1-Ts/2)/(1+Ts/2)다. s = 0에서의 값과 그 부근의 변화가 지연 표현과 맞도록 만든 근사다.

수치로 보는 일차 근사

T = 0.2초라면 근사식은 (1-0.1s)/(1+0.1s)다. 극점은 -10, 영점은 +10이다. s = j10에서 값은 -j로 위상은 -90도다. 같은 각주파수에서 실제 지연의 위상은 -2라디안, 약 -114.6도다. 크기가 모두 1이라고 위상까지 일치하지는 않는다.

계단 응답은 같지 않다

이 일차 근사에 단위 계단을 넣으면 t가 0 이상일 때 출력은 1-2exp(-10t)다. 시작값은 -1이고 이후 1로 접근한다. 실제 0.2초 지연의 출력은 처음 0이며 0.2초에 1로 바뀐다. 근사에서 생긴 초기 역방향 응답을 실제 지연 장치의 움직임으로 해석하면 안 된다.

차수와 사용 범위를 함께 고른다

차수를 높이면 모형의 차원도 늘어난다. 필요한 주파수 대역이나 과도 응답에서 충분한 정확도를 얻는지 원래 지연 모형과 비교한다. 단순히 지연이 식에서 사라졌다고 해서 지연의 영향이 제거된 것은 아니다.

관련 문서

시간 지연 / 전달함수 / 계단 응답 / 전역 통과 필터 / 보드 선도 / 위상 여유 / 상태 공간 표현