K-Means 군집화 알고리즘을 이용한 주기 변동 랜덤 신호의 정렬 및 이벤트 추출

Abstract

본 연구는 주기적으로 반복되지만 시간에 따라 주기가 임의적으로 변화하는 주기 변동 신호에 대해 K-Means 알고리즘을 사용해 군집 신호를 추출하고, 추출된 군집 신호를 이용해 실제 주기를 추정하는 신호 정렬 및 추출 알고리즘에 대한 연구 결과를 소개한다. 대상 신호는 왕복 또는 회전 사이클 운동에 의해 주기성을 가지나, 기계적인 특성으로 사이클 길이(주기)가 변화하는 기계 진동 신호가 대표적이다. 제안된 알고리즘은 신호가 일정한 임계값 이하로 작아지는 경우 신호의 값을 0으로 치환하게 되면, 남은 신호가 군집화되는 원리에 착안하여K-Means 알고리즘을 이용해 군집화를 진행하였다. 이 때, 각 군집의 파형은 각 사이클마다 랜덤하지만 평균 전력은 유사하게 유지되는 점을 이용하여 기준이 되는 군집을 선정하고, 기준 군집 사이의 간격을 측정하여 주기를 추정하였다. 제안된 알고리즘을 실제 선박 엔진의 진동 신호에 적용하여 사이클 길이를 추정하였으며, 이를 엔진 사양의 표시 회전수에 의한 사이클 길이와 비교하여 알고리즘 수행 결과의 유효성을 확인하였다.