[제어공학] R L C 수동소자 이용 과도응답 특성 결정 회로 설계

소개글

MATLAB과 pspice를 이용한 제어공학 과도응답특성 설계입니다. 모터제어에 응용할 수 있고 기본툴인 matlab과 orcad, pspice의 활용을 배울수 있습니다.

목차

설계 목적
설계 사양
모델링 결과
설계 과정
시뮬레이션 결과
결과고찰 및 분석

본문내용

□ 설계 목적
수동소자인 R, L, C가 서로의 값에 따라 상이한 과도응답특성을 보인다는 것은 수업시간을 통해 알았다. 이제 실제로 원하는 반응을 보일 수 있는 회로를 설계할 준비가 되었다.
R, L, C의 소자값들은 회로에서 특히나 C의 충전과 방전 시간을 결정짓는다. 이는 특히 주파수와 함께 다루는 회로에서 중요하다고 생각한다. 예를 들어 Filter로 동작 할 경우에도 R과 C의 곱인 Time constant가 중요한 설계 Parameter가 된다. 이와 같이 특정한 주파수 대역을 Filter할 경우에도 설계과정에서 이 과도응답 특성을 고려한 설계가 되어야 한다.
R, L, C의 소자값들을 이용하여 발진 할 경우에도 Undamped의 과도응답 특성을 보이는 조건을 이용하여 쉽게 설계할 수 있다.
설계의 방향은 먼저 정한 사양에 의해 나머지 Parameter를 유도하고, 유도된 Parameter와 R, L, C회로의 전달함수와의 관계로 상수들의 수치를 설정 한 후, MATLAB으로 Simulation하는 순서로 진행 할 것이다. 나아가 PSpice를 이용하여 최종 Simulation한 후 전압이 어떻게 변화하는지 확인하고 마무리 정리하기로 계획하였다.
□ 설계 사양
Input : = 1 단위 계단 입력
Output : Capacitor에 걸리는 전압
= 10
= 30
Underdamped Transient response
위와 같은 설계 사양을 선택하였다. Amplitude가 최초로 1.02∼0.98의 범위에 들어오는 가 10이고 특성식의 근이 복소근인 Underdamped로 설계하기로 마음먹었다. 또한 Overshoot를 최종치의 130가 되게 할 것이다.
1의 단위 계단 입력과 Capacitor에 걸리는 전압를 출력으로 한다.

<중 략>

이는 안정도를 결정하는 조건에 만족하므로 Stable하다고 볼 수 있고, 복소근이기 때문에 Underdamped의 출력 특성을 갖는다는 것을 알 수 있다. 또한 출력된 그래프 상에서도 시간이 무한대로 감에 따라 최종치가 1로 수렴하기 때문에 Stable하다고 볼 수 있다.
정해진 틀에 의해 설계하여서 이런 정확한 결과를 얻는 것이 당연 할 수도 있지만, 수업시간에 이론으로 배운 것을 직접 시뮬레이션 함으로써 조금 더 거시적으로 제어공학을 공부 할 수 있는 계기가 되었다.
분명 이 과제를 통해 설계한 R, L, C 회로는 기본적인 것일 것이다. 하지만 모든 과정에는 단계가 있듯이 이번 과제를 통해서 시스템에 특성을 설계하는 과정의 기초를 탄탄히 한 것 같아 뿌듯했다. 앞으로의 더 복잡하고 커다란 시스템들을 설계 하게 될 것인데, 그 것들의 든든한 초석이 되었다.

참고 자료

없음