계측 데이터 기반 부분 상태공간 시스템식별 기법

Abstract

4차 산업혁명 시대에서 재난 및 재해에 대한 구조물의 안전성을 향상시키기 위해 구조물의 상태를 실시간으로 확인하는 시스템 건전성 모니터링 기술의 연구 개발이 중요시되고 있다. 따라서 이 연구에서는 계측데이터를 이용하여 구조물의 동특성을 추정하는 시스템식별 기법을 제시한다. 이러한 기법 중에 계산의 정확도 및 효율성이 높은 N4SID(Numerical Algorithms for Subspace State Space System Identification)를 기반으로 시스템식별 알고리즘을 설계하였다. 대상구조물의 측정응답 및 입력신호 데이터를 이용해 block Hankel 행렬을 구성하고 이를 이용해 상태공간 시스템 행렬을 도출하여 구조물의 고유진동수, 모드형상, 감쇠비를 계산하는 동특성 추정 알고리즘을 설계하였다. 수치 모델의 응답데이터를 동특성 추정 알고리즘에 적용하여 구조물의 고유진동수 및 모드 형상을 추출하고 그 결과를 정해와 비교하여 알고리즘의 정확성을 검증하였다. 또한 ERA(Eigensystem Realization Algorithm) 기법을 적용한 결과와 비교하여 결과의 타당성을 제시하였다. 실교량인 금당교에서 측정된 가속도 데이터를 이용하여 동특성 추정 알고리즘의 적용성을 평가하였다. 그 결과, 구조물의 모드 식별과 감쇠비 추정을 위해 이 연구의 시스템식별 알고리즘을 사용할 수 있음을 확인하였다.