Сгенерируйте datastore ансамбля симуляции данных, представляющих машину, действующую при условиях отказа путем симуляции модели Simulink® машины при варьировании параметра отказа.

Загрузите модель Simulink. Эта модель является упрощенной версией модели коробки передач, описанной в Использовании Simulink, чтобы Сгенерировать Данные об Отказе. В данном примере только один режим отказа моделируется, отказ зуба механизма.

mdl = 'TransmissionCasingSimplified';
open_system(mdl)

Отказ зуба механизма моделируется как воздействие в подсистеме Gear Tooth fault. Значением воздействия управляет образцовая переменная ToothFaultGain, где ToothFaultGain = 0 не соответствует никакому отказу зуба механизма (здоровая операция). Чтобы сгенерировать ансамбль данных об отказе, вы используете generateSimulationEnsemble, чтобы моделировать модель в различных значениях ToothFaultGain, в пределах от-2, чтобы обнулить. Эта функция использует массив объектов Simulink.SimulationInput сконфигурировать модель Simulink для каждого участника в ансамбле. Каждая симуляция генерирует отдельного члена ансамбля в его собственном файле данных. Создайте такой массив и используйте setVariable, чтобы присвоить значение усиления зубного отказа для каждого выполнения.

toothFaultValues  = -2:0.5:0; % 5 ToothFaultGain values 

for ct = numel(toothFaultValues):-1:1
    simin(ct) = Simulink.SimulationInput(mdl);
    simin(ct) = setVariable(simin(ct),'ToothFaultGain',toothFaultValues(ct));
end

В данном примере модель уже сконфигурирована, чтобы регистрировать определенные значения сигналов, Vibration и Tacho (см., что Данные сигнала Экспорта Используют Сигнал, Регистрирующий (Simulink)). generateSimulationEnsemble далее конфигурирует модель к:

Задайте местоположение для сгенерированных данных. В данном примере сохраните данные к папке под названием Data в вашей текущей папке. Индикатором status является 1 (TRUE) , если все симуляции завершаются без ошибки.

mkdir Data
location = fullfile(pwd,'Data');
[status,E] = generateSimulationEnsemble(simin,location);

[22-Feb-2019 01:55:22] Running simulations...
[22-Feb-2019 01:55:29] Completed 1 of 5 simulation runs
[22-Feb-2019 01:55:35] Completed 2 of 5 simulation runs
[22-Feb-2019 01:55:41] Completed 3 of 5 simulation runs
[22-Feb-2019 01:55:48] Completed 4 of 5 simulation runs
[22-Feb-2019 01:55:54] Completed 5 of 5 simulation runs

В папке Data исследуйте один из файлов. Каждым файлом является MAT-файл, содержащий следующие переменные MATLAB®:

Теперь можно создать datastore ансамбля симуляции с помощью сгенерированных данных. Получившийся объект simulationEnsembleDatastore указывает на сгенерированные данные. Списки объектов переменные данных в ансамбле, и по умолчанию все переменные выбраны для чтения. Исследуйте свойства DataVariables и SelectedVariables ансамбля подтвердить эти обозначения.

ensemble = simulationEnsembleDatastore(location)

ensemble = 
  simulationEnsembleDatastore with properties:

           DataVariables: [4x1 string]
    IndependentVariables: [0x0 string]
      ConditionVariables: [0x0 string]
       SelectedVariables: [4x1 string]
                ReadSize: 1
              NumMembers: 5
          LastMemberRead: [0x0 string]
                   Files: [5x1 string]

ensemble.DataVariables

ans = 4x1 string array
    "SimulationInput"
    "SimulationMetadata"
    "Tacho"
    "Vibration"

ensemble.SelectedVariables

ans = 4x1 string array
    "SimulationInput"
    "SimulationMetadata"
    "Tacho"
    "Vibration"

Можно теперь использовать ensemble, чтобы считать и анализировать сгенерированные данные в datastore ансамбля. Смотрите simulationEnsembleDatastore для получения дополнительной информации.

В целом вы используете команду read, чтобы извлечь данные из объекта simulationEnsembleDatastore в рабочую область MATLAB®. Часто, ваш ансамбль содержит больше переменных, чем необходимо использовать для конкретного анализа. Используйте свойство SelectedVariables объекта the simulationEnsembleDatastore выбрать подмножество переменных для чтения.

В данном примере используйте следующий код, чтобы создать объект simulationEnsembleDatastore с помощью данных, ранее сгенерированных путем выполнения модели Simulink® в различном отказе значения (См. generateSimulationEnsemble.). Ансамбль включает данные моделирования для пяти различных значений параметра модели, ToothFaultGain. Из-за объема данных операция unzip занимает несколько минут.

unzip simEnsData.zip  % extract compressed files
ensemble = simulationEnsembleDatastore(pwd,'logsout')

ensemble = 
  simulationEnsembleDatastore with properties:

           DataVariables: [5x1 string]
    IndependentVariables: [0x0 string]
      ConditionVariables: [0x0 string]
       SelectedVariables: [5x1 string]
                ReadSize: 1
              NumMembers: 5
          LastMemberRead: [0x0 string]
                   Files: [5x1 string]

Модель, которая сгенерировала данные, TransmissionCasingSimplified,, была сконфигурирована таким образом, что получившийся ансамбль содержит переменные включая данные об акселерометре, Vibration, и данные о тахометре, Tacho. По умолчанию объект simulationEnsembleDatastore определяет все эти переменные и как переменные данных и как выбранные переменные, как показано в свойствах DataVariables и SelectedVariables.

ensemble.DataVariables

ans = 5x1 string array
    "PMSignalLogName"
    "SimulationInput"
    "SimulationMetadata"
    "Tacho"
    "Vibration"

ensemble.SelectedVariables

ans = 5x1 string array
    "PMSignalLogName"
    "SimulationInput"
    "SimulationMetadata"
    "Tacho"
    "Vibration"

Предположим, что для анализа вы хотите сделать, вам нужны только данные Vibration и объект Simulink.SimulationInput, который описывает условия, при которых моделировались эти членские данные. Установите ensemble.SelectedVariables задавать переменные, которые вы хотите считать. Команда read затем извлекает те переменные от текущего члена ансамбля.

ensemble.SelectedVariables = ["Vibration";"SimulationInput"];
data1 = read(ensemble)

data1=1×2 table
         Vibration                SimulationInput        
    ___________________    ______________________________

    [20202x1 timetable]    [1x1 Simulink.SimulationInput]

data.Vibration является массивом ячеек, содержащим один timetable, который хранит времена симуляции и соответствующий сигнал вибрации. Можно теперь обработать эти данные по мере необходимости. Например, извлеките данные о вибрации из таблицы и постройте его.

vibdata1 = data1.Vibration{1};
plot(vibdata1.Time,vibdata1.Data)
title('Vibration - First Ensemble Member')

В следующий раз, когда вы вызываете read на этом ансамбле, считанное в последний раз членское обозначение переходит к следующему члену ансамбля (см. Ансамбли Данных для Мониторинга состояния и Прогнозирующего Обслуживания). Считайте выбранные переменные от следующего члена ансамбля.

data2 = read(ensemble)

data2=1×2 table
         Vibration                SimulationInput        
    ___________________    ______________________________

    [20215x1 timetable]    [1x1 Simulink.SimulationInput]

Чтобы подтвердить, что data1 и data2 содержат данные от различных членов ансамбля, исследуйте значения отличавшегося параметра модели, ToothFaultGain. Для каждого ансамбля это значение хранится в поле Variables переменной SimulationInput.

data1.SimulationInput{1}.Variables

ans = 
  Variable with properties:

         Name: 'ToothFaultGain'
        Value: -2
    Workspace: 'global-workspace'

data2.SimulationInput{1}.Variables

ans = 
  Variable with properties:

         Name: 'ToothFaultGain'
        Value: -1.5000
    Workspace: 'global-workspace'

Этот результат подтверждает, что data1 от члена ансамбля с ToothFaultGain = –2, и data2 от участника с ToothFaultGain = –1.5.

Можно обработать данные в datastore ансамбля и добавить выведенные переменные в членов ансамбля. В данном примере обработайте значение переменных, чтобы вычислить метку, которая указывает, содержит ли член ансамбля данные, полученные с существующим отказом. Вы затем добавляете что метка в ансамбль.

В данном примере используйте следующий код, чтобы создать объект simulationEnsembleDatastore с помощью данных, ранее сгенерированных путем выполнения модели Simulink® в различном отказе значения. (См. generateSimulationEnsemble.) Ансамбль включает данные моделирования для пяти различных значений параметра модели, ToothFaultGain. Модель была сконфигурирована, чтобы регистрировать данные моделирования к переменной под названием logsout в MAT-файлах, которые хранятся для этого примера в simEnsData.zip. Из-за объема данных операция unzip может занять минуту или два.

unzip simEnsData.zip  % extract compressed files
ensemble = simulationEnsembleDatastore(pwd,'logsout')

ensemble = 
  simulationEnsembleDatastore with properties:

           DataVariables: [5x1 string]
    IndependentVariables: [0x0 string]
      ConditionVariables: [0x0 string]
       SelectedVariables: [5x1 string]
                ReadSize: 1
              NumMembers: 5
          LastMemberRead: [0x0 string]
                   Files: [5x1 string]

Считайте данные от первого участника в ансамбле. Программное обеспечение определяет, какой ансамбль является первым участником и обновляет свойство ensemble.LastMemberRead отразить имя соответствующего файла.

data = read(ensemble)

data=1×5 table
    PMSignalLogName           SimulationInput                   SimulationMetadata                   Tacho                Vibration     
    _______________    ______________________________    _________________________________    ___________________    ___________________

       'logsout'       [1x1 Simulink.SimulationInput]    [1x1 Simulink.SimulationMetadata]    [20202x1 timetable]    [20202x1 timetable]

По умолчанию все переменные, сохраненные в данных ансамбля, определяются как SelectedVariables. Поэтому возвращенная строка таблицы включает все переменные ансамбля, включая переменную SimulationInput, которая содержит объект Simulink.SimulationInput, который конфигурировал моделирование для этого члена ансамбля. Тот объект включает значение ToothFaultGain, используемое для члена ансамбля, сохраненного в структуре данных в ее свойстве Variables. Исследуйте то значение. (Для получения дополнительной информации о том, как настройка симуляции хранится, смотрите Simulink.SimulationInput.)

data.SimulationInput{1}

ans = 
  SimulationInput with properties:

          ModelName: 'TransmissionCasingSimplified'
       InitialState: [0x0 Simulink.op.ModelOperatingPoint]
      ExternalInput: []
    ModelParameters: [0x0 Simulink.Simulation.ModelParameter]
    BlockParameters: [0x0 Simulink.Simulation.BlockParameter]
          Variables: [1x1 Simulink.Simulation.Variable]
          PreSimFcn: []
         PostSimFcn: []
         UserString: ''

Inputvars = data.SimulationInput{1}.Variables;
Inputvars.Name

ans = 
'ToothFaultGain'

Inputvars.Value

ans = -2

Предположим, что вы хотите преобразовать значения ToothFaultGain для каждого члена ансамбля в бинарный индикатор того, присутствует ли зубной отказ. Предположим далее, что вы знаете на основе своего опыта с системой, что значения усиления зубного отказа меньше чем 0,1 в значении являются достаточно маленькими, чтобы быть рассмотренными здоровой операцией. Преобразуйте значение усиления для этого ансамбля в индикатор, который является 0 (никакой отказ) для –0.1 <усиление <0.1, и 1 (отказ) в противном случае.

sT = abs(Inputvars.Value) < 0.1;

Чтобы добавить новый индикатор зубного отказа к соответствующим данным ансамбля, сначала расширьте список переменных данных в ансамбле, чтобы включать переменную для индикатора.

ensemble.DataVariables = [ensemble.DataVariables; "ToothFault"];
ensemble.DataVariables

ans = 6x1 string array
    "PMSignalLogName"
    "SimulationInput"
    "SimulationMetadata"
    "Tacho"
    "Vibration"
    "ToothFault"

Эта операция концептуально эквивалентна добавлению столбца к таблице данных ансамбля. Теперь, когда DataVariables содержит новое имя переменной, присвойте полученное значение тому столбцу участника, использующего writeToLastMemberRead.

writeToLastMemberRead(ensemble,'ToothFault',sT);

На практике вы хотите добавить индикатор зубного отказа каждому участнику в ансамбле. Для этого сбросьте datastore ансамбля к его непрочитанному состоянию, так, чтобы следующая операция чтения запустилась в первом члене ансамбля. Затем цикл через всех членов ансамбля, вычисляя ToothFault для каждого участника и добавляя его. Операция reset не изменяет ensemble.DataVariables, таким образом, "ToothFault" все еще присутствует в том списке.

reset(ensemble);

sT = false; 
while hasdata(ensemble)
    data = read(ensemble);
    InputVars = data.SimulationInput{1}.Variables;
    TFGain = InputVars.Value;
    sT = abs(TFGain) < 0.1;
    writeToLastMemberRead(ensemble,'ToothFault',sT);
end

Наконец, определяйте новый индикатор зубного отказа как условную переменную в datastore ансамбля. Можно использовать это обозначение, чтобы отследить и относиться к переменным в данных ансамбля, которые представляют условия, при которых были сгенерированы членские данные.

ensemble.ConditionVariables = {"ToothFault"};
ensemble.ConditionVariables

ans = 
"ToothFault"

Можно добавить новую переменную в ensemble.SelectedVariables когда это необходимо, чтобы считать его для последующего анализа. Для примера, который показывает больше способов управлять и анализировать данные, хранимые в объекте simulationEnsembleDatastore, смотрите Используя Simulink, чтобы Сгенерировать Данные об Отказе.

Чтобы считать данные от нескольких членов ансамбля в одном вызове команды read, используйте свойство ReadSize datastore ансамбля. Этот пример использует simulationEnsembleDatastore, но можно использовать тот же метод для fileEnsembleDatastore.

Используйте следующий код, чтобы создать объект simulationEnsembleDatastore с помощью данных, ранее сгенерированных путем выполнения модели Simulink в различном отказе значения (см. generateSimulationEnsemble). Ансамбль включает данные моделирования для пяти различных значений параметра модели, ToothFaultGain. (Из-за объема данных операция unzip может занять минуту или два.) Задают некоторые переменные данных, чтобы читать.

unzip simEnsData.zip  % extract compressed files
ensemble = simulationEnsembleDatastore(pwd,'logsout');
ensemble.SelectedVariables = ["Vibration";"SimulationInput"];

По умолчанию вызов read на этом datastore ансамбля возвращает таблицу одной строки, содержащую значения переменных Vibration и SimulationInput для первого члена ансамбля. Измените свойство ReadSize считать трех участников целиком.

ensemble.ReadSize = 3;
data1 = read(ensemble)

data1=3×2 table
         Vibration                SimulationInput        
    ___________________    ______________________________

    [20202x1 timetable]    [1x1 Simulink.SimulationInput]
    [20215x1 timetable]    [1x1 Simulink.SimulationInput]
    [20204x1 timetable]    [1x1 Simulink.SimulationInput]

read возвращает таблицу с тремя строками, где каждая строка содержит данные от одного из первых, вторых, и третьих членов ансамбля. read также обновляет свойство LastReadMember datastore ансамбля к массиву строк, содержащему пути трех соответствующих файлов. Избегайте установки ReadSize к значению, столь большому, чтобы рискнуть заканчиваться память при загрузке данных.

Если ансамбль содержит трех или больше дополнительных участников, следующая операция read возвращает данные от четвертых, пятых, и шестых участников. Поскольку ансамбль этого примера содержит только пять членских общих количеств, следующая операция read возвращает только две строки.

data2 = read(ensemble)

data2=2×2 table
         Vibration                SimulationInput        
    ___________________    ______________________________

    [20213x1 timetable]    [1x1 Simulink.SimulationInput]
    [20224x1 timetable]    [1x1 Simulink.SimulationInput]