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 Gear Tooth fault подсистема. Величиной воздействия управляет переменная ToothFaultGain модели, где ToothFaultGain = 0 не соответствует никакому отказу зуба механизма (здоровая операция). Чтобы сгенерировать ансамбль данных об отказе, вы используете generateSimulationEnsemble симулировать модель в различных значениях ToothFaultGain, в пределах от-2, чтобы обнулить. Эта функция использует массив Simulink.SimulationInput объекты сконфигурировать модель Simulink для каждого члена в ансамбле. Каждая симуляция генерирует отдельный член ансамбля в его собственном файле данных. Создайте такой массив и используйте setVariable чтобы присвоить зубной отказ получают значение для каждого запуска.

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. Индикатор status 1 (TRUE) если все симуляции завершаются без ошибки.

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

[22-Apr-2021 20:12:51] Running simulations...
[22-Apr-2021 20:13:12] Completed 1 of 5 simulation runs
[22-Apr-2021 20:13:29] Completed 2 of 5 simulation runs
[22-Apr-2021 20:13:52] Completed 3 of 5 simulation runs
[22-Apr-2021 20:14:24] Completed 4 of 5 simulation runs
[22-Apr-2021 20:14:41] Completed 5 of 5 simulation runs

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

Теперь можно создать datastore ансамбля симуляции с помощью сгенерированных данных. Получившийся simulationEnsembleDatastore возразите указывает на сгенерированные данные. Списки объектов переменные данных в ансамбле, и по умолчанию все переменные выбраны для чтения. Исследуйте DataVariables и SelectedVariables свойства 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
    "SimulationInput"
    "SimulationMetadata"
    "Tacho"
    "Vibration"

ensemble.SelectedVariables

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

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

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

В данном примере используйте следующий код, чтобы создать simulationEnsembleDatastore объект 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, unzip операция 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, был сконфигурирован таким образом, что получившийся ансамбль содержит переменные включая данные об акселерометре, Vibration, и данные о тахометре, Tacho. По умолчанию, simulationEnsembleDatastore объект определяет все эти переменные и как переменные данных и как выбранные переменные, как показано в DataVariables и SelectedVariables свойства.

ensemble.DataVariables

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

ensemble.SelectedVariables

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

Предположим, что для анализа вы хотите сделать, вам нужен только Vibration данные и Simulink.SimulationInput объект, который описывает условия, при которых были симулированы эти данные члена. Установите ensemble.SelectedVariables чтобы задать переменные, вы хотите читать. read команда 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 массив ячеек, содержащий один timetable это 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 вы вызываете read на этом ансамбле считанное в последний раз обозначение члена 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}

Подтвердить тот data1 и data2 содержите данные от различных членов ансамбля, исследуйте значения варьировавшегося параметра модели, ToothFaultGain. Для каждого ансамбля это значение хранится в Variables поле SimulationInput переменная.

data1.SimulationInput{1}.Variables

ans = 
  Variable with properties:

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

data2.SimulationInput{1}.Variables

ans = 
  Variable with properties:

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

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

Можно обработать данные в datastore ансамбля и добавить выведенные переменные в члены 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 simulationEnsembleDatastore объект 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, unzip операция 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 члена в ансамбле. Программное обеспечение определяет, какой ансамбль является первым членом 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, который содержит Simulink.SimulationInput возразите, что конфигурировал моделирование для этого члена ансамбля. Тот объект включает ToothFaultGain значение используется для члена ансамбля, сохраненного в структуре данных в ее Variables свойство. Исследуйте то значение. (Для получения дополнительной информации о том, как настройка симуляции хранится, смотрите Simulink.SimulationInput (Simulink).)

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 ToothFaultGain значения 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 величине малы достаточно, 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
    "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 члена, использующего writeToLastMemberRead.

writeToLastMemberRead(ensemble,'ToothFault',sT);

На практике вы хотите добавить индикатор зубного отказа каждому члену в ансамбле. Для этого сбросьте datastore ансамбля к его непрочитанному состоянию, так, чтобы следующая операция чтения запустилась в первом члене ансамбля. Затем цикл через все члены ансамбля, вычисляя ToothFault для каждого члена и добавления его. reset операция не изменяет ensemble.DataVariables, так "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 данные члена.

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

ans = 
"ToothFault"

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

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

Используйте следующий код, чтобы создать simulationEnsembleDatastore объект 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, unzip операция 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 ансамбле datastore возвращает таблицу одной строки, содержащую значения Vibration и SimulationInput переменные для первого члена ансамбля. Измените ReadSize свойство считать три члена 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 LastReadMember свойство datastore ансамбля к массиву строк, содержащему пути трех соответствующих файлов. Избегайте установки ReadSize к значению, столь большому, что оно рискнуть заканчиваться память при загрузке данных.

Если ансамбль содержит три или больше дополнительных члена, следующий read операция возвращает данные от четвертых, пятых, и шестых членов. Поскольку ансамбль этого примера содержит только пять общих количеств членов, следующий read операция возвращает только две строки.

data2 = read(ensemble)

data2=2×2 table
         Vibration                SimulationInput        
    ___________________    ______________________________

    {20213x1 timetable}    {1x1 Simulink.SimulationInput}
    {20224x1 timetable}    {1x1 Simulink.SimulationInput}