Сгенерируйте simulation ensemble datastore данных, представляющих машину, работающую в условиях отказа, путем симуляции модели машины Simulink ® с изменением параметра отказа.

Загрузите модель Simulink. Эта модель является упрощенной версией модели коробки передач, описанной в Использовании Simulink для Генерации данных о неисправности. В этом примере моделируется только один режим отказа, отказ зубчатого колеса.

mdl = 'TransmissionCasingSimplified';
open_system(mdl)

Отказ зубчатого колеса моделируется как нарушение порядка в Gear Tooth fault подсистема. Величина нарушения порядка определяется переменной модели ToothFaultGain, где ToothFaultGain = 0 не соответствует отказу зубчатого зуба (исправная операция). Чтобы сгенерировать ансамбль данных о неисправностях, вы используете generateSimulationEnsemble для симуляции модели при различных значениях ToothFaultGain, в диапазоне от -2 до нуля. Эта функция использует массив Simulink.SimulationInput объекты для настройки модели Simulink для каждого представителя ансамбля. Каждая симуляция генерирует отдельный представитель ансамбля в собственном файле данных. Создайте такой массив и используйте setVariable для назначения значения усиления при отказе зуба 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 записать определенные значения сигналов, Vibration и Tacho (см. «Экспорт данных сигнала с использованием регистрации сигналов» (Simulink)). generateSimulationEnsemble далее конфигурирует модель так:

Укажите местоположение сгенерированных данных. В данном примере сохраните данные в папку с именем Data в текущей папке. Индикатор status равен 1 (true) если все симуляции выполняются без ошибок.

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

Внутри Data папка, исследуйте один из файлов. Каждый файл является MAT-файлом, содержащим следующие переменные MATLAB ® :

Теперь можно создать datastore ансамбля симуляции с помощью сгенерированных данных. Результат simulationEnsembleDatastore объект указывает на сгенерированные данные. Объект перечисляет переменные данных в ансамбле, и по умолчанию для чтения выбираются все переменные. Исследуйте DataVariables и SelectedVariables свойства ансамбля для подтверждения этих обозначений.

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"

Теперь можно использовать ensemble для чтения и анализа сгенерированных данных в ансамбле datastore. См. simulationEnsembleDatastore для получения дополнительной информации.

В целом вы используете read команда для извлечения данных из simulationEnsembleDatastore объект в рабочую область MATLAB ®. Часто ваш ансамбль содержит больше переменных, чем нужно использовать для конкретного анализа. Используйте SelectedVariables свойство simulationEnsembleDatastore объект, чтобы выбрать подмножество переменных для чтения.

В данном примере используйте следующий код для создания simulationEnsembleDatastore объект, использующий данные, ранее сгенерированные при запуске модели Simulink ®, с различными значениями отказа (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, чтобы полученный ансамбль содержал переменные, включая данные акселерометра, Vibration, и данные тахометра, Tacho. По умолчанию в simulationEnsembleDatastore объект определяет все эти переменные как переменные данных и выбранные переменные, как показано на 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, который вы хотите сделать, вам нужно только Vibration данные и Simulink.SimulationInput объект, который описывает условия, при которых были моделированы данные этого представителя. Задайте ensemble.SelectedVariables чтобы задать переменные, которые вы хотите считать. The read затем команда извлекает эти переменные из текущего представителя 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 который сохраняет времена симуляции и соответствующий сигнал вибрации. Теперь можно обработать эти данные по мере необходимости. Например, извлеките данные о вибрации из таблицы и постройте график.

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

При следующем звонке read на этом ансамбле последнее читаемое представителю обозначение переходит к следующему представителю ансамбля (см. Данные ансамбли для Условия мониторинга и прогнозирующего обслуживания). Прочитайте выбранные переменные от следующего представителя ансамбля.

data2 = read(ensemble)

data2=1×2 table
         Vibration                SimulationInput        
    ___________________    ______________________________

    {20215x1 timetable}    {1x1 Simulink.SimulationInput}

Чтобы подтвердить это data1 и data2 содержат данные от разных представителей ансамбля, исследуют значения переменного 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, что data1 от представителя ансамбля с ToothFaultGain = -2, и data2 от представителя с ToothFaultGain =-1.5 <reservedrangesplaceholder0>

Можно обработать данные в ансамблевом datastore и добавить производные переменные к представителям ансамбля. В данном примере обрабатывайте значение переменных, чтобы вычислить метку, которая указывает, содержит ли представитель ансамбля данные, полученные с присутствующим отказом. Затем вы добавляете эту метку в ансамбль.

В данном примере используйте следующий код для создания simulationEnsembleDatastore объект использует данные, ранее сгенерированные запуском модели Simulink ® при различных значениях отказа. (См. generateSimulationEnsemble.) Ансамбль включает данные моделирования для пяти различных значений параметра модели, ToothFaultGain. Модель была сконфигурирована, чтобы записать данные моделирования в переменную с именем logsout в MAT-файлах, которые хранятся в данном примере в simEnsData.zip. Из-за объема данных unzip операция может занять минуту или две.

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 представителя ансамбля. Программа определяет, какой ансамбль является первым представителем, и обновляет свойство ensemble.LastMemberRead для отражения имени 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, хранящиеся в данных ансамбля, обозначаются как SelectedVariables. Поэтому строка возвращаемой таблицы включает все переменные ансамбля, включая переменную SimulationInput, который содержит Simulink.SimulationInput объект, который сконфигурировал симуляцию для этого представителя ансамбля. Этот объект включает в себя ToothFaultGain значение, используемое для представителя ансамбля, сохраненное в структуре данных в его Variables свойство. Исследуйте это значение. (Для получения дополнительной информации о том, как сохранено строение симуляции, см. 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 ансамбля представителя в двоичный индикатор наличия или отсутствия отказа зуба. Предположим далее, что вы знаете из своего опыта работы с системой, что значения усиления при отказе зуба менее 0,1 в величину достаточно малы, чтобы считаться здоровыми операциями. Преобразуйте значение усиления для этого ансамбля в индикатор 0 (без отказа) для -0,1 < коэффициент усиления < 0,1 и 1 (отказ) в противном случае.

sT = abs(Inputvars.Value) < 0.1;

Чтобы добавить новый индикатор отказа зуба к соответствующим данным ансамбля, сначала разверните список переменных данных в ансамбле, чтобы включить 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 в таблицу данных ансамбля. Теперь это DataVariables содержит новое имя переменной, присвойте производное значение этому столбцу представителя с помощью writeToLastMemberRead.

writeToLastMemberRead(ensemble,'ToothFault',sT);

На практике вы хотите добавить индикатор зубного разлома каждому представителю ансамбля. Для этого сбросьте ансамбль datastore в непрочитанное состояние, чтобы следующая операция чтения началась у первого представителя ансамбля. Затем прокрутите все представители ансамбля, вычисляя ToothFault для каждого представителя и добавления его. The reset операция не меняется ensemble.DataVariables, так "ToothFault" все еще присутствует в этом 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, определите новый индикатор отказа зуба как переменную условия в ансамбле datastore. Вы можете использовать это обозначение для отслеживания и обращения к переменным в данных ансамбля, которые представляют условия, при которых были сгенерированы данные представителя.

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

ans = 
"ToothFault"

Можно добавить новую переменную в ensemble.SelectedVariables когда вы хотите прочитать его для последующего анализа. Для примера, который показывает больше способов манипулировать и анализировать данные, хранящиеся в simulationEnsembleDatastore объект, см. Использование Simulink для генерации данных о отказе.

Чтение данных от нескольких представителей ансамбля за один вызов в read команда, используйте ReadSize свойство ансамбля datastore. Этот пример использует simulationEnsembleDatastore, но можно использовать тот же метод для fileEnsembleDatastore.

Используйте следующий код для создания simulationEnsembleDatastore объект, использующий данные, ранее сгенерированные при запуске модели Simulink, при различных значениях отказа (см generateSimulationEnsemble). Ансамбль включает данные моделирования для пяти различных значений параметра модели, ToothFaultGain. (Из-за объема данных unzip операция может занять минуту или две.) Задайте некоторые из считываемых переменных данных.

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

По умолчанию вызов read на этом ансамбле datastore возвращается таблица с одной строкой, содержащая значения Vibration и SimulationInput переменные для первого представителя ансамбля. Измените ReadSize свойство для чтения сразу трёх представителей.

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 представителей ансамбля. read также обновляет LastReadMember свойство datastore ансамбля для строковых массивов, содержащей пути трех соответствующих файлов. Избегайте установки ReadSize к такому большому значению, чтобы рисковать истощить память при загрузке данных.

Если ансамбль содержит три или более дополнительных представители, следующая read операция возвращает данные четвертых , пятых и шестых представителей. Поскольку ансамбль этого примера содержит всего пять представителей, следующая 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}