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전기기사 과도응답과 주파수응답 — 응답 곡선 읽기·근 위치와 진동 지속

시간응답은 정상 상태에 도달하기 전의 과도응답과 그 뒤의 정상응답으로 나뉜다. 곡선의 모양은 특성근 위치와 감쇠율 ζ가 정한다 — 허수축에 가까운 공액복소근은 진동이 오래 남고, ζ<0이면 발산한다. 곡선에서 읽는 특성치는 지연시간 50[%]·상승시간 10→90[%]·감쇠비(제2 오버슈트÷최대 오버슈트)다.

2026-10-20 기준 · 전기기사 대시보드

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시험에 이렇게 나온다

출제기준 단원 「과도응답과 주파수응답」의 공개 문제 7개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.

묻는 꼴문제 수무엇을 묻나
응답 성분 구분 판별1과도 vs 정상 판별
감쇠 형태 판별2ζ<0 발산·허수축 근 진동 지속 판별
감쇠비·오버슈트 정의 고르기3피크 비·틀린 정의 판별
시간 특성치 판별1상승시간 10→90% 판별

가장 자주 묻는 것은 감쇠비·오버슈트 정의 고르기입니다.

뜻

응답을 두 성분으로 나누는 데서 시작한다. 입력을 가한 순간부터 출력이 정상 상태에 들어설 때까지의 구간이 과도응답이고, 그 뒤 안정된 구간이 정상응답이다. 제어계의 성능은 이 과도 구간의 모양 — 얼마나 빨리 오르는가(상승시간), 얼마나 지연되는가(지연시간), 목표값을 얼마나 넘어서는가(오버슈트), 언제 안착하는가(응답시간) — 로 평가한다.

곡선이 진동하며 다가가는지, 진동 없이 다가가는지, 아예 발산하는지는 근과 감쇠율이 정한다. 감쇠율 ζ<0이면 진폭이 시간마다 커져 발산하고, ζ=0이면 무제동 진동, ζ=1 임계제동, ζ>1 과제동이다. 특성근이 공액복소근일 때 허수축에 가까울수록 실수부(감쇠 성분)가 작아 진동이 오래 지속되고 과도응답이 천천히 사라진다 — 허수축에서 먼 안정된 근은 응답이 빨리 없어진다. 감쇠가 약할수록 오버슈트가 크고 진동이 여러 번 이어지는 곡선이 된다.

곡선에서 특성치를 읽는 정의가 보기로 나온다. 지연시간은 응답이 최초로 목표값의 50[%]에 이르는 시간, 상승시간은 최종값의 10[%]에서 90[%]까지의 시간, 응답시간은 요구 오차 안에 정착하는 시간이다. 백분율 오버슈트는 최종 목표값에 대한 최대 오버슈트의 비를 [%]로 나타낸 것이고, 감쇠비는 진동하는 곡선의 이웃한 봉우리를 비교한 값 — 제2 오버슈트를 최대 오버슈트로 나눈다. 감쇠비를 최종 목표값과 최대 오버슈트의 비로 적어 놓은 보기는 틀린 정의로 골라내면 된다.

예제

판별 문항이 전부다. ① 성분: 정상 상태 도달 전 = 과도응답. ② 모양: ζ<0 발산 / 허수축 가까운 근 → 천천히 사라짐·진동 오래. ③ 특성치: 50[%] = 지연 / 10→90[%] = 상승 / 감쇠비 = 제2 오버슈트÷최대 오버슈트 / 백분율 오버슈트 = 최종값 기준.

대표 기출 3문항

안정된 제어계의 특성근이 2개의 공액복소근을 가질때이 근들이 허수축 가까이에 있는 경우 허수축에서 멀리 떨어져 있는 안정된 근에 비해 과도응답 영향은 어떻게 되는가?

  1. 천천히 사라진다.
  2. 영향이 같다
  3. 빨리 사라진다.
  4. 영향이 없다.
정답과 해설 보기

정답 ① · 문제는 공액복소근이 허수축에 가까울 때 과도응답의 감쇠 특성이 어떻게 변하는지 묻고 있다. 허수축에 가까울수록 실수부(감쇠율)가 작아져 감쇠가 느려지고 진동이 오래 지속된다.

어떤 제어계에서 입력신호를 가한 다음 출력신호가 정상 상태에 도달할 때까지의 응답은?

  1. 정상응답
  2. 선형응답
  3. 과도응답
  4. 시간응답
정답과 해설 보기

정답 ③ · 문제는 입력을 가한 뒤 출력이 정상 상태에 도달할 때까지의 응답을 묻고 있다. 입력 후 초기에서 정상 상태로 가는 과정 중의 응답은 과도응답(트랜지언트 응답)이라 부른다.

다음의 과도응답에 관한 설명 중 옳지 않은 것은?

  1. 지연 시간은 응답이 최초로 목표값의 50%가 되는 데 소요되는 시간이다.
  2. 백분율 오버슈트는 최종 목표값과 최대 오버슈트와의 비를 %로 나타낸 것이다.
  3. 감쇠비는 최종 목표값과 최대 오버슈트와의 비를 나타낸 것이다.
  4. 응답시간은 응답이 요구하는 오차 이내로 정착되는데 걸리는 시간이다.
정답과 해설 보기

정답 ③ · 문제는 과도응답 관련 용어의 올바른 정의를 묻는다. 지연 시간은 일반적으로 응답이 최초로 최종값의 50%에 도달하는 데 걸리는 시간으로 맞다.

자주 묻는 물음

시간응답을 나누는 두 성분은?
정상 상태에 도달할 때까지의 과도응답과 그 뒤의 정상응답입니다.
진동이 오래 지속되는 계는 어떤 근을 가지나요?
허수축에 가까운 공액복소근을 가진 계입니다. 감쇠 성분(실수부)이 작아 과도응답이 천천히 사라집니다.
감쇠율별 응답 모양은?
ζ<0 발산, ζ=0 무제동 진동, ζ=1 임계제동, ζ>1 과제동입니다.
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