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7. 주파수 영역에서의 제어기 설계

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7. 주파수 영역에서의 제어기 설계

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제어 시스템의 구조

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제어기 설계 과정

• 제어 시스템의 요구 사항 설정

• 센서와 구동기의 선정

• 제어 대상의 모델링

• 제어기의 설계

• 제어 시스템의 시뮬레이션

• 제어 시스템의 실험

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PD 제어기의 설계

( )( ) 1 dD s K T s= +

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예제 7-1

1( )( 1)

G ss s

=+

0lim

( 1)v s

KK s Ks s→

= =+

1 1ss

v

eK K

= =

( ) 100(1 0.1 )D s s= +

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예제 7-1

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예제 7-1

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진상 제어기의 설계

1( )1

TsD s KTsα+

=+

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진상 제어기의 설계

( ) ( )1 11 tan tan1

jT T Tj T

ωφ ω α ωα ω

− −⎛ ⎞+= ∠ = −⎜ ⎟+⎝ ⎠

10 max 10 101 1 1log log log2 T T

ωα

⎛ ⎞= +⎜ ⎟⎝ ⎠

max1

α=

1 1max

1tan tanφ αα

− −= −

max1tan2

αφα

−= max

1sin1

αφα

−=

+max

max

1 sin1 sin

φαφ

−=

+

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진상 제어기의 설계

10 max max 10120log ( ) ( ) 0.5 20logKG j H jω ωα

= − ×

max

1Tω α

=

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예제 7-2

( )100.5 20log 1/ 9dBα× =

max

1 1 0.1716.7 0.13

Tω α

= = =

1 0.17 1( ) 1001 0.13(0.17 ) 1

Ts sD s KTs sα+ +

= =+ +

max 50φ = ° 0.13α =

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예제 7-2

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예제 7-2

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예제 7-31( )

( 1)( / 5 1)G s

s s s=

+ +

0lim

( 1)( / 5 1)v s

KK s Ks s s→

= =+ +

1 1ss

v

eK K

= =

max 55φ = ° 0.1α = ( )100.5 20log 1/ 10dBα× =

max

1 1 0.674.73 0.1

Tω α

= = =

1 0.67 1( ) 101 0.1(0.67 ) 1

Ts sD s KTs sα+ +

= =+ +

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예제 7-3

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예제 7-3

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예제 7-3

max 32φ = ° 0.3α =

( )100.5 20log 1/ 5.2dBα× =

max

1 1 0.276.75 0.3

Tω α

= = =

0.67 1 0.27 1( ) 100.1(0.67 ) 1 0.3(0.27 ) 1

s sD ss s+ +

= ⋅+ +

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PI 제어기의 설계

1( ) 1i

D s KT s

⎛ ⎞= +⎜ ⎟

⎝ ⎠

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예제 7-4

1( )( 1)( / 5 1)

G ss s

=+ +

0.6( ) 10 1D ss

⎛ ⎞= +⎜ ⎟⎝ ⎠

3( ) 10 1D ss

⎛ ⎞= +⎜ ⎟⎝ ⎠

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예제 7-4

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예제 7-4

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지상 제어기의 설계

1( )1

TsD s KTsα+

=+

( ) ( )1 11 tan tan1

jT T Tj T

ωφ ω α ωα ω

− −⎛ ⎞+= ∠ = −⎜ ⎟+⎝ ⎠

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지상 제어기의 설계

10 1020 log ( ) ( ) 20lognew newc cKG j H jω ω α=

110

newc

=

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예제 7-5

1( )( 1)( / 5 1)

G ss s

=+ +

1018.8 20log α=

( )18.8/ 2010 8.7α = =

10 10 1.56.75new

c

= = =

1.5 1( ) 1008.7(1.5 ) 1

sD ss+

=+

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예제 7-5

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예제 7-5

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PID 제어기와 진상-지상 제어기

( ) id

KD s K K ss

= + +

( )1( ) 1 1 di

D s K T sT s

⎛ ⎞= + +⎜ ⎟

⎝ ⎠

1 2

1 1 2 2

1 1( )1 1

T s T sD s KT s T sα α+ +

= ⋅+ +

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예제 7-6

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예제 7-6

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예제 7-7

max 35φ = ° 0.27α =

( )100.5 20log 1/ 5.7dBα× =

max

1 1 0.210 0.27

Tω α

= = =

0.2 1 1.5 1( ) 1000.27(0.2 ) 1 8.7(1.5 ) 1

s sD ss s+ +

= ⋅+ +

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예제 7-7

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예제 7-7