유도전동기 방사소음 재구성을 위한 모드확장법의 데이터 기반 모드선정

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확장요약문

모드확장법은 유한요소 모드형상을 기저로 측정 가속도에서 모드 참여가중치를 추정하여 측정하지 않은 표면의 진동과 방사소음을 재구성한다. 정확도는 모드 조합에 좌우되나, 기존 GL(global/local index) 순위는 구조 해석만으로 모드를 하나씩 평가하므로 개수와 구성에 근거를 주지 못한다. 이 연구는 모드선정을 같은 운전 조건의 실측 음압 오차를 최소화하는 조합 탐색 문제로 정식화하였다.

모드 조합이 바뀌면 참여가중치와 표면 진동이 함께 바뀌므로 기존에는 조합마다 음향 해석을 다시 해야 했다. 이를 피하기 위해 공기 영역의 음향 모델은 하나로 두고 표면 진동 입력만 모드형상으로 바꿔 가며 50 개 후보 모드의 방사음압을 각각 계산해 두었고, 임의 조합의 음압은 가중치를 곱해 더하는 후처리로 얻었다. 이로써 학습 음압 5 점의 1/3 옥타브 밴드 오차를 목적함수로 한 순차 전진·후진·부동 선택(SFS, SBS, SFFS)이 가능해졌다. 모드 개수 K는 학습 5 점 내부 교차검증의 1-표준오차 구간이 세 전략에서 겹치는 15~20 의 중앙값 17 로 정하였다.

무부하 운전 시 가속도 40 점으로 가중치를 산정하고, 음압 7 점 중 2 점과 ISO 3744 음향파워는 선정에 쓰지 않고 검증에만 썼다. 검증 지점의 밴드 레벨 오차는 기존 방식 7.04 dB에서 4.27~6.04 dB로, 음향파워는 4.87 dB에서 3.33~3.74 dB로 줄었다(Table 1). 제안 방식의 내부 교차검증 오차는 K에 둔감하여(Fig. 1) 이 구간 어디서나 검증 오차가 기존 방식보다 작았다. 음압 7 점을 하나씩 제외한 교차검증(기존 5.35 dB, 제안 3.84~4.06 dB)에서 세 전략 간 차이는 표준오차보다 작으므로, 개선은 특정 전략이 아니라 데이터 기반 조합 평가에서 비롯된다.