faultBandMetrics

パワースペクトル密度 (PSD) の指定した故障周波数帯域のスペクトルメトリクス

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構文

spectralMetrics = faultBandMetrics(psd,freqGrid,FB)

spectralMetrics = faultBandMetrics(X,FB)

spectralMetrics = faultBandMetrics(T,FB)

spectralMetrics = faultBandMetrics(___,Name,Value)

[spectralMetrics,info] = faultBandMetrics(___)

説明

spectralMetrics = faultBandMetrics(psd,freqGrid,FB) は、FB の各故障周波数範囲について、freqGrid で指定された周波数で定義されるパワースペクトル密度 (PSD) データ psd の一連のスペクトルメトリクス spectralMetrics を返します。

出力 spectralMetrics には、FB で指定された各周波数範囲のピーク振幅、ピーク周波数、および帯域パワーとすべての周波数帯域の合計帯域パワーが含まれます。

例

spectralMetrics = faultBandMetrics(X,FB) は、cell 配列 X で指定された PSD と周波数グリッドのデータについての一連のスペクトルメトリクス spectralMetrics を返します。faultBandMetrics は、X の各 cell の最後のデータ列に周波数グリッドが格納され、最初の列に PSD データが格納されていると仮定します。データが同じ順序でない場合は、名前と値のペアの引数 'SpectrumColumn' と 'FrequencyColumn' をそれぞれ使用して PSD データと周波数グリッドの列の番号または名前を指定します。出力 spectralMetrics には、cell 配列 X の長さと同じ数の行が含まれます。

例

spectralMetrics = faultBandMetrics(T,FB) は、データセット T で指定された PSD と周波数グリッドのデータについての一連のスペクトルメトリクス spectralMetrics を返します。

T は table/timetable またはアンサンブルにすることができます。行列または table のメンバー変数に 1 つの実験に対応する PSD データを格納する必要があります。メンバー変数の最後のデータ列に周波数グリッドが格納され、最初の列に PSD データが格納されている必要があります。

T が同じ順序でない場合は、名前と値のペアの引数 'SpectrumColumn' と 'FrequencyColumn' をそれぞれ使用して PSD データと周波数グリッドの列の番号または名前を指定します。出力 spectralMetrics には、データセット T の行数と同じ数の行が含まれます。

例

spectralMetrics = faultBandMetrics(___,Name,Value) では、1 つ以上の名前と値のペアの引数を使用して追加のパラメーターを指定できます。

例

[spectralMetrics,info] = faultBandMetrics(___) は、spectralMetrics の計算に使用された table または fileEnsembleDatastore オブジェクトの変数に関する追加の情報を含む構造体 info も返します。

例

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ギア列の周波数帯域とスペクトルメトリクス

ライブスクリプトを開く

この例では、入力シャフトの 8 歯のピニオンが出力シャフトの 42 歯の平ギアと噛み合う簡単なギアセットについて考えます。入力シャフトは 20 Hz で駆動されるものと仮定します。データセット motorSignal.mat には、1500 Hz でサンプリングされたギアの噛み合いの振動データが格納されています。

まず、ギアセットの物理的特性を使用してギアの噛み合いの周波数帯域を構成します。最初の 3 つの側波帯を含めて周波数帯域を構成します。

Ni = 8;
No = 42;
FR = 20;
FB = gearMeshFaultBands(FR,Ni,No,'Sidebands',1:3)

FB = 15×2

   19.0000   21.0000
    2.8095    4.8095
   79.0000   81.0000
   99.0000  101.0000
  119.0000  121.0000
  139.0000  141.0000
  179.0000  181.0000
  199.0000  201.0000
  219.0000  221.0000
  147.5714  149.5714
  151.3810  153.3810
  155.1905  157.1905
  162.8095  164.8095
  166.6190  168.6190
  170.4286  172.4286
      ⋮

FB は一次周波数とそれらの側波帯を含む 15 行 2 列の配列になります。

振動データを読み込み、pspectrum を使用して PSD と周波数グリッドを計算します。周波数分解能には 0.5 を使用します。

load('motorSignal.mat','C');
fs = 1500;
[psd,freqGrid] = pspectrum(C,fs,'FrequencyResolution',0.5);

次に、周波数帯域と PSD データを使用してスペクトルメトリクスを計算します。

spectralMetrics = faultBandMetrics(psd,freqGrid,FB)

spectralMetrics=1×46 table
    PeakAmplitude1    PeakFrequency1    BandPower1    PeakAmplitude2    PeakFrequency2    BandPower2    PeakAmplitude3    PeakFrequency3    BandPower3    PeakAmplitude4    PeakFrequency4    BandPower4    PeakAmplitude5    PeakFrequency5    BandPower5    PeakAmplitude6    PeakFrequency6    BandPower6    PeakAmplitude7    PeakFrequency7    BandPower7    PeakAmplitude8    PeakFrequency8    BandPower8    PeakAmplitude9    PeakFrequency9    BandPower9    PeakAmplitude10    PeakFrequency10    BandPower10    PeakAmplitude11    PeakFrequency11    BandPower11    PeakAmplitude12    PeakFrequency12    BandPower12    PeakAmplitude13    PeakFrequency13    BandPower13    PeakAmplitude14    PeakFrequency14    BandPower14    PeakAmplitude15    PeakFrequency15    BandPower15    TotalBandPower
    ______________    ______________    __________    ______________    ______________    __________    ______________    ______________    __________    ______________    ______________    __________    ______________    ______________    __________    ______________    ______________    __________    ______________    ______________    __________    ______________    ______________    __________    ______________    ______________    __________    _______________    _______________    ___________    _______________    _______________    ___________    _______________    _______________    ___________    _______________    _______________    ___________    _______________    _______________    ___________    _______________    _______________    ___________    ______________

      0.0054125             19          0.0051216        0.55167             4.25          0.41848        0.0022699             81          0.0029792       0.0012756           99.438        0.0019134       0.0023457           119.25        0.0032812       0.0030216           139.75        0.0036398       0.0015424           180.06        0.0021249       0.0023163           200.81        0.0029269        0.013511            221           0.012079        0.0037697           148.06          0.003914         0.0020528           151.56          0.0025637        0.0021721            156.5          0.0022927        0.0020822           162.81          0.0015729        0.0015305           168.25          0.001575         0.0010234           170.44          0.0013135        0.46577

spectralMetrics は、FB の各周波数範囲の計算されたピーク振幅、ピーク周波数、および帯域パワーを含む 1 行 46 列の table になります。spectralMetrics の最後の列は、FB の 15 個のすべての周波数全体で計算された合計帯域パワーです。

ボールベアリングの周波数帯域とスペクトルメトリクス

ライブスクリプトを開く

この例では、ピッチの直径が 12 cm で 10 個の転動体をもつボールベアリングについて考えます。各転動体の直径は 0.5 cm です。内輪が 25 Hz で駆動される間、外輪は静止状態を保ちます。ボールの接触角は 0 度です。データセット bearingData.mat には、ベアリング振動信号についてのパワースペクトル密度 (PSD) とそれぞれの周波数データが table に格納されています。

まず、ボールベアリングの物理的特性を使用して最初の 3 つの側波帯を含むベアリング周波数帯域を構成します。

FR = 25;
NB = 10;
DB = 0.5;
DP = 12;
beta = 0;
FB = bearingFaultBands(FR,NB,DB,DP,beta,'Sidebands',1:3)

FB = 14×2

  118.5417  121.0417
   53.9583   56.4583
   78.9583   81.4583
  103.9583  106.4583
  153.9583  156.4583
  178.9583  181.4583
  203.9583  206.4583
  262.2917  264.7917
  274.2708  276.7708
  286.2500  288.7500
  310.2083  312.7083
  322.1875  324.6875
  334.1667  336.6667
   10.7292   13.2292
      ⋮

FB は一次周波数とそれらの側波帯を含む 14 行 2 列の配列になります。

PSD データを読み込みます。bearingData.mat の table X には、1 列目に PSD、2 列目に周波数グリッドがそれぞれ cell 配列として格納されています。

load('bearingData.mat','X')
X

X=1×2 table
          Var1                Var2      
    ________________    ________________

    {12001×1 double}    {12001×1 double}

table X の PSD データと FB の周波数帯域を使用してスペクトルメトリクスを計算します。

spectralMetrics = faultBandMetrics(X,FB)

spectralMetrics=1×43 table
    PeakAmplitude1    PeakFrequency1    BandPower1    PeakAmplitude2    PeakFrequency2    BandPower2    PeakAmplitude3    PeakFrequency3    BandPower3    PeakAmplitude4    PeakFrequency4    BandPower4    PeakAmplitude5    PeakFrequency5    BandPower5    PeakAmplitude6    PeakFrequency6    BandPower6    PeakAmplitude7    PeakFrequency7    BandPower7    PeakAmplitude8    PeakFrequency8    BandPower8    PeakAmplitude9    PeakFrequency9    BandPower9    PeakAmplitude10    PeakFrequency10    BandPower10    PeakAmplitude11    PeakFrequency11    BandPower11    PeakAmplitude12    PeakFrequency12    BandPower12    PeakAmplitude13    PeakFrequency13    BandPower13    PeakAmplitude14    PeakFrequency14    BandPower14    TotalBandPower
    ______________    ______________    __________    ______________    ______________    __________    ______________    ______________    __________    ______________    ______________    __________    ______________    ______________    __________    ______________    ______________    __________    ______________    ______________    __________    ______________    ______________    __________    ______________    ______________    __________    _______________    _______________    ___________    _______________    _______________    ___________    _______________    _______________    ___________    _______________    _______________    ___________    _______________    _______________    ___________    ______________

         121               121            314.43          56.438            56.438          144.95          81.438            81.438          210.57          106.44            106.44          276.2           156.44            156.44          407.45          181.44            181.44          473.07          206.44            206.44          538.7           264.75            264.75          691.77          276.75            276.75          723.27          288.69             288.69           754.61           312.69             312.69           817.61           324.62             324.62           848.94           336.62             336.62           880.44           13.188             13.188           31.418           7113.4

spectralMetrics は、FB の各周波数範囲の計算されたピーク振幅、ピーク周波数、および帯域パワーを含む 1 行 43 列の table になります。spectralMetrics の最後の列は、FB の 14 個のすべての周波数全体で計算された合計帯域パワーです。

アンサンブルデータストアからの故障帯域メトリクスの計算

ライブスクリプトを開く

4 つのデータセットがまとめられた psdData.zip について考えます。ベアリングのタコメーター、振動、およびパワースペクトルのデータについての個別の table が各ファイルに格納されています。アンサンブル用の読み取りファイル hReadData.m も含まれています。

各データセットに 4 列の table spectrum が含まれています。最初の列 F に周波数グリッドデータが格納され、Pxx、Pyy、および Pzz という名前の他の 3 つの列にスペクトルデータが格納されています。

圧縮されたファイルを展開し、table のデータを読み取り、table のデータを使用して fileEnsembleDatastore オブジェクトを作成します。ファイルアンサンブルデータストアの作成の詳細については、fileEnsembleDatastoreを参照してください。

unzip psdData.zip;
ens = fileEnsembleDatastore(pwd,'.mat');
ens.ReadFcn = @hReadData;
ens.DataVariables = {'tach','vibration','spectrum'};
ens.SelectedVariables = ens.DataVariables;

故障帯域 FB を想定して、スペクトルメトリクスを計算します。使用するスペクトルの列、データ変数、および周波数の列を指定します。

FB = [10,20;40,50;60,70]

[spectralMetrics,info] = faultBandMetrics(ens,FB, ...
    'SpectrumColumn','Pxx', ...
    'FrequencyColumn','F', ...
    'DataVariable','spectrum');
size(spectralMetrics)

ans = 1×2

     4    10

出力 table spectralMetrics には、各行が 1 つのデータセットに対応した 4 行のメトリクスが含まれます。

info

info = struct with fields:
     SpectrumColumn: 'Pxx'
    FrequencyColumn: 'F'
       DataVariable: 'spectrum'

構造体 info には、メトリクスの計算に使用されたデータ変数、周波数の列、およびスペクトルの列に関する情報が格納されます。

入力引数

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`psd` — パワースペクトル密度データ
ベクトル | 配列

パワースペクトル密度 (PSD) データ。ベクトルまたは配列として指定します。psd に応じて次のようになります。

ベクトルの場合は、faultBandMetrics で列ベクトルに変換され、psd が単一チャネルとして扱われます。
配列の場合は、使用する PSD データの列を名前と値のペア 'SpectrumColumn' で指定します。指定した PSD データの列についてのみ、faultBandMetrics でスペクトルメトリクスが計算されます。

PSD の計算の詳細については、pspectrum を参照してください。

`freqGrid` — 周波数グリッドデータ
ベクトル

psd に対応する周波数グリッドデータ。ベクトルとして指定します。スペクトル周波数の計算の詳細については、pspectrum を参照してください。

`FB` — 故障周波数帯域
`Nx2` 配列

故障周波数帯域。Nx2 の配列として指定します。ここで、N は故障周波数の数です。FB で指定する周波数帯域は、周波数グリッド freqGrid の範囲内に含まれていなければなりません。また、FB とベクトル freqGrid の値の周波数単位は同じでなければなりません。

`X` — PSD と周波数グリッドのデータセット
行列の cell 配列 | table の cell 配列

PSD と周波数グリッドのデータセット。行列または table の cell 配列として指定します。各 cell に 1 つの実験に対応する PSD データを含めます。faultBandMetrics は、各 cell の最後のデータ列に周波数グリッドが格納され、最初の列に PSD データが格納されていると仮定します。データが同じ順序でない場合は、名前と値のペアの引数 'SpectrumColumn' と 'FrequencyColumn' をそれぞれ使用して PSD データと周波数グリッドの列の番号または名前を指定します。

`T` — PSD と周波数グリッドのデータセット
timetable | table/timetable の table | `fileEnsembleDatastore` オブジェクト

PSD と周波数グリッドのデータセット。timetable、table/timetable の table、または fileEnsembleDatastore オブジェクトとして指定します。各メンバー変数に 1 つの実験に対応する PSD データを含めます。faultBandMetrics は、T のメンバー変数の最後のデータ列に周波数グリッドが格納され、最初の列に PSD データが格納されていると仮定します。T が同じ順序でない場合は、名前と値のペアの引数 'SpectrumColumn' と 'FrequencyColumn' をそれぞれ使用して PSD データと周波数グリッドの列の番号または名前を指定します。

名前と値の引数

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オプションの引数のペアを Name1=Value1,...,NameN=ValueN として指定します。ここで、Name は引数名で、Value は対応する値です。名前と値の引数は他の引数の後に指定しなければなりませんが、ペアの順序は重要ではありません。

R2021a 以前は、名前と値をそれぞれコンマで区切り、 Name を引用符で囲みます。

例: ...,'SpectrumColumn','Var1'

`SpectrumColumn` — 使用する PSD データの列
データセットの最初の列 (既定値) | 整数 | string

使用する PSD データの列。'SpectrumColumn' と整数または string で構成されるコンマ区切りのペアとして指定します。faultBandMetrics は、既定では最初のデータ列を使用します。PSD データが cell 配列 X またはデータセット T の最初の列にない場合は、'SpectrumColumn' を使用して PSD データの列の列番号または名前を指定します。

'DataVariable' を指定する場合、それに含まれるデータ列として 'SpectrumColumn' を指定する必要があります。

データセットが行列の cell 配列に含まれている場合は、'Var1' または 'Var2' などの列ベースの変数名を使用してスペクトルデータの列を指定できます。ソフトウェアは 'Varn' を cell 配列の各行列の n 番目の列として解釈します。

`FrequencyColumn` — 使用する周波数グリッドデータの列
データセットの最後の列 (既定値) | 整数 | string

使用する周波数グリッドデータの列。'FrequencyColumn' と整数または string で構成されるコンマ区切りのペアとして指定します。faultBandMetrics は、既定では最後のデータ列を使用します。周波数グリッドデータが cell 配列 X またはデータセット T の最後の列にない場合は、'FrequencyColumn' を使用して周波数グリッドデータの列の列番号または名前を指定します。

データセットが行列の cell 配列に含まれている場合は、'Var1' または 'Var2' などの列ベースの変数名を使用して周波数データの列を指定できます。ソフトウェアは 'Varn' を cell 配列の各行列の n 番目の列として解釈します。

`DataVariable` — PSD と周波数グリッドのデータを格納するデータ変数
`'Var1'` (既定値) | string

PSD と周波数グリッドのデータを格納するデータ変数。'DataVariable' と string で構成されるコンマ区切りのペアとして指定します。'DataVariable' は、入力データセットが table の cell 配列、table の table、行列の table/timetable、または fileEnsembleDatastore オブジェクトの場合に、PSD と周波数グリッドの両方のデータを格納するデータ変数を指定するために使用します。'DataVariable' は有効な table 変数の名前でなければなりません。

出力引数

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`spectralMetrics` — スペクトルメトリクス
table

スペクトルメトリクス。n 行 m 列の table として返されます。ここで次のようになります。

n は、データセットが cell 配列 X の場合は行の数、データが table またはアンサンブル T に含まれている場合はメンバー (行) の数です。
m = 3*size(FB,1)+1 です。つまり、FB の周波数範囲ごとに 3 つのメトリクスと周波数範囲全体の合計帯域パワーが含まれます。

faultBandMetrics は、FB の各周波数範囲について次のスペクトルメトリクスを返します。

Peak Amplitude — FB の各周波数範囲のピーク振幅値。
Peak Frequency — FB の各周波数範囲のピーク周波数値。
Band Power — FB の各周波数範囲の平均パワー。帯域パワーの詳細については、bandpower を参照してください。
Total Band Power — FB の一連の周波数範囲における個々の帯域パワーの合計。

`info` — データ割り当て情報
構造体

データ割り当て情報。次のフィールドをもつ構造体として返されます。

DataVariable — X または T から使用されているデータ変数
FrequencyColumn — 周波数グリッドデータの列の名前
SpectrumColumn — PSD データの列の名前

拡張機能

すべて展開する

C/C++ コード生成
MATLAB® Coder™ を使用して C および C++ コードを生成します。

使用に関するメモと制限:

fileEnsembleDatastore オブジェクトおよび workspaceEnsemble オブジェクトに格納されたデータや tall 配列の形式のデータはサポートされません。

バージョン履歴

R2019b で導入

参考

bandpower | pspectrum | bearingFaultBands | faultBands | gearMeshFaultBands

トピック

ギア列故障検出のためのモーター電流シグネチャ解析

faultBandMetrics

構文

説明

例

ギア列の周波数帯域とスペクトル メトリクス

ボール ベアリングの周波数帯域とスペクトル メトリクス

アンサンブル データストアからの故障帯域メトリクスの計算

入力引数

psd — パワー スペクトル密度データ ベクトル | 配列

freqGrid — 周波数グリッド データ ベクトル

FB — 故障周波数帯域 Nx2 配列

X — PSD と周波数グリッドのデータ セット 行列の cell 配列 | table の cell 配列

T — PSD と周波数グリッドのデータ セット timetable | table/timetable の table | fileEnsembleDatastore オブジェクト

名前と値の引数

SpectrumColumn — 使用する PSD データの列 データ セットの最初の列 (既定値) | 整数 | string

FrequencyColumn — 使用する周波数グリッド データの列 データ セットの最後の列 (既定値) | 整数 | string

DataVariable — PSD と周波数グリッドのデータを格納するデータ変数 'Var1' (既定値) | string

出力引数

spectralMetrics — スペクトル メトリクス table

info — データ割り当て情報 構造体

拡張機能

C/C++ コード生成 MATLAB® Coder™ を使用して C および C++ コードを生成します。

バージョン履歴

参考

トピック

ギア列の周波数帯域とスペクトルメトリクス

ボールベアリングの周波数帯域とスペクトルメトリクス

アンサンブルデータストアからの故障帯域メトリクスの計算

`psd` — パワースペクトル密度データ
ベクトル | 配列

`freqGrid` — 周波数グリッドデータ
ベクトル

`FB` — 故障周波数帯域
`Nx2` 配列

`X` — PSD と周波数グリッドのデータセット
行列の cell 配列 | table の cell 配列

`T` — PSD と周波数グリッドのデータセット
timetable | table/timetable の table | `fileEnsembleDatastore` オブジェクト

`SpectrumColumn` — 使用する PSD データの列
データセットの最初の列 (既定値) | 整数 | string

`FrequencyColumn` — 使用する周波数グリッドデータの列
データセットの最後の列 (既定値) | 整数 | string

`DataVariable` — PSD と周波数グリッドのデータを格納するデータ変数
`'Var1'` (既定値) | string

`spectralMetrics` — スペクトルメトリクス
table

`info` — データ割り当て情報
構造体

C/C++ コード生成
MATLAB® Coder™ を使用して C および C++ コードを生成します。