simulationEnsembleDatastore
generateSimulationEnsemble または Simulink でのシミュレーション データのログ記録によって生成されるアンサンブル データの管理
説明
simulationEnsembleDatastore オブジェクトは、シミュレーション データを使用した状態監視と予知保全のアルゴリズム開発に特化したデータストアです。
このオブジェクトは、MATLAB® データ ファイル (MAT ファイル) のコレクションに格納されたデータ変数、独立変数、および状態変数を指定します。データ ファイルには、Simulink® モデルのシミュレーション中に記録された結果のログ データを格納する Simulink.SimulationData.Dataset 変数が含まれています。
シミュレートされたアンサンブル データストアの使用の詳細な例については、シミュレーション データ アンサンブルの生成と使用を参照してください。Predictive Maintenance Toolbox™ におけるデータ アンサンブルの一般的な情報については、状態監視と予知保全のためのデータ アンサンブルを参照してください。
作成
simulationEnsembleDatastore オブジェクトを作成するには、次のようにします。
Simulink モデルからシミュレーション データを生成してログを記録します。これは、
generateSimulationEnsembleのほか、シミュレーションのログをディスクに記録する任意の方法で実行できます。生成されたシミュレーション データを指す
simulationEnsembleDatastoreオブジェクトをsimulationEnsembleDatastoreコマンドを使用して作成します (以下で説明します)。
以前に generateSimulationEnsemble または他の方法で生成されたシミュレーション データがある場合は、作成関数 simulationEnsembleDatastore を使用して新しいシミュレーション アンサンブル データストア オブジェクトをいつでも作成できます。
構文
説明
ensemble = simulationEnsembleDatastore(location)generateSimulationEnsemble を使用して生成されたデータから location で指定されたフォルダーにシミュレーション アンサンブルを作成します。生成された MAT ファイルに格納されている情報から、生成されたデータ内のアンサンブル変数が識別されます。それらのアンサンブル変数の名前が ensemble の DataVariables プロパティと SelectedVariables プロパティに取り込まれます。
入力引数
プロパティ
オブジェクト関数
関数 read および writeToLastMemberRead は、Predictive Maintenance Toolbox アンサンブル データに特化しています。reset および hasdata など、その他の関数は、MATLAB の datastore オブジェクトで使用される関数と同一です。特定のアンサンブル メンバーを、より小規模か、より特化したアンサンブル データストアに抽出するには、subset を使用します。1 つのコマンドですべてのメンバー データを table または cell 配列に転送するには、readall を使用します。アンサンブル データストアを分割するには、関数 partition の partition(ds,n,index) 構文を使用します。
read | アンサンブル データストアからメンバー データを読み取り |
writeToLastMemberRead | アンサンブル データストアのメンバーにデータを書き込み |
subset | 既存のアンサンブル データストアのサブセットから新しいアンサンブル データストアを作成 |
reset | データストアの初期状態へのリセット |
hasdata | データが読み取り可能かどうかを判別 |
progress | 読み取ったデータ量の判定 |
readall | データストアのすべてのデータの読み取り |
numpartitions | データストアの区画数 |
partition | データストアを分割する |
tall | tall 配列の作成 |
transform | データストアの変換 |
isPartitionable | データストアが分割可能かどうかを判別 |
isShuffleable | データストアがシャッフル可能かどうかを判別 |
例
故障パラメーターを変化させながら機械の Simulink® モデルをシミュレートすることにより、故障状態下での機械の動作を表すデータのシミュレーション アンサンブル データストアを生成します。
Simulink モデルを読み込みます。このモデルは、Simulink を使用した故障データの生成で説明されているギアボックス モデルの簡易版です。この例では、故障モードがギア歯の故障の 1 つだけモデル化されています。
mdl = 'TransmissionCasingSimplified';
open_system(mdl)ギア歯の故障は Gear Tooth fault サブシステムでの外乱としてモデル化されます。外乱の大きさは、モデル変数 ToothFaultGain によって制御されます。ここで、ToothFaultGain = 0 はギア歯の故障がない状態 (健全動作) に対応します。故障データのアンサンブルを生成するには、generateSimulationEnsemble を使用して、モデルを -2 ～ 0 の範囲にある異なる ToothFaultGain 値でシミュレートします。この関数は、Simulink.SimulationInput オブジェクトの配列を使用してアンサンブルの各メンバーの Simulink モデルを構成します。各シミュレーションで別個のアンサンブル メンバーがそれぞれのデータ ファイルに生成されます。こうした配列を作成し、setVariable を使用して実行ごとにギア歯の故障のゲイン値を割り当てます。
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
この例では、モデルが Vibration と Tacho の特定の信号値をログに記録するよう既に構成されています (信号ログを使用した信号データの保存 (Simulink)を参照)。generateSimulationEnsemble は、モデルをさらに次のように構成します。
ログ データを指定のフォルダー内のファイルに保存する。
信号のログに
timetable形式を使用する。各
Simulink.SimulationInputオブジェクトを対応するログ データとともに保存ファイル内に格納する。
生成されるデータの場所を指定します。この例では、現在のフォルダー内の Data というフォルダーにデータを保存します。シミュレーションがすべてエラーなしで完了した場合、インジケーター status が 1 (true) になります。
mkdir Data location = fullfile(pwd,'Data'); [status,E] = generateSimulationEnsemble(simin,location);
[09-Aug-2025 10:18:37] Running simulations... [09-Aug-2025 10:18:41] Completed 1 of 5 simulation runs [09-Aug-2025 10:18:43] Completed 2 of 5 simulation runs [09-Aug-2025 10:18:45] Completed 3 of 5 simulation runs [09-Aug-2025 10:18:47] Completed 4 of 5 simulation runs [09-Aug-2025 10:18:49] Completed 5 of 5 simulation runs
Data フォルダー内でファイルの 1 つを確認します。各ファイルは次の MATLAB® 変数を含む MAT ファイルです。
SimulationInput— ファイル内のデータを生成するためにモデルの構成に使用されたSimulink.SimulationInputオブジェクト。これを使用して、このシミュレーションが実行された状態 (故障か健全かなど) に関する情報を抽出できます。logsout— Simulink モデルがログに記録するよう構成されている対象データをすべて含むDatasetオブジェクト。PMSignalLogName— ログ データを含む変数の名前 (この例では'logsout')。simulationEnsembleDatastoreコマンドはこの名前を使用してファイル内のデータを解析します。SimulationMetadata— ファイル内に記録されたデータを生成したシミュレーションに関するその他の情報。
これで、生成されたデータを使ってシミュレーション アンサンブル データストアを作成することができます。結果の simulationEnsembleDatastore オブジェクトは生成されたデータを指します。オブジェクトはアンサンブル内のデータ変数をリストし、既定ではすべての変数が読み取り対象として選択されています。アンサンブルの DataVariables プロパティと SelectedVariables プロパティを確認して、それらの指定を確定します。
ensemble = simulationEnsembleDatastore(location)
ensemble =
simulationEnsembleDatastore with properties:
DataVariables: [4×1 string]
IndependentVariables: [0×0 string]
ConditionVariables: [0×0 string]
SelectedVariables: [4×1 string]
ReadSize: 1
NumMembers: 5
LastMemberRead: [0×0 string]
Files: [5×1 string]
ensemble.DataVariables
ans = 4×1 string
"SimulationInput"
"SimulationMetadata"
"Tacho"
"Vibration"
ensemble.SelectedVariables
ans = 4×1 string
"SimulationInput"
"SimulationMetadata"
"Tacho"
"Vibration"
これで、アンサンブル データストア内の生成データを ensemble を使用して読み取り、解析することができます。詳細については、simulationEnsembleDatastoreを参照してください。
一般に、read コマンドは、simulationEnsembleDatastore オブジェクトから MATLAB® ワークスペースにデータを抽出するために使用します。多くの場合、アンサンブルには特定の解析に使用する必要がある変数よりも多くの変数が格納されています。読み取る変数のサブセットを選択するには、 simulationEnsembleDatastore オブジェクトの SelectedVariables プロパティを使用します。
この例では、次のコードを使用して、前に Simulink® モデルをさまざまな故障値で実行して生成されたデータを使って simulationEnsembleDatastore オブジェクトを作成します (generateSimulationEnsembleを参照)。アンサンブルには、モデル パラメーター ToothFaultGain の 5 つの異なる値についてのシミュレーション データが含まれます。データのボリュームにより、unzip 操作には数分かかります。
unzip simEnsData.zip % extract compressed files ensemble = simulationEnsembleDatastore(pwd,'logsout')
ensemble =
simulationEnsembleDatastore with properties:
DataVariables: [5×1 string]
IndependentVariables: [0×0 string]
ConditionVariables: [0×0 string]
SelectedVariables: [5×1 string]
ReadSize: 1
NumMembers: 5
LastMemberRead: [0×0 string]
Files: [5×1 string]
データの生成元のモデル TransmissionCasingSimplified では、結果のアンサンブルに加速度計データ Vibration やタコメーター データ Tacho などの変数を格納するように構成していました。既定では、それらのすべての変数が simulationEnsembleDatastore オブジェクトでデータ変数および選択された変数の両方として指定され、DataVariables プロパティと SelectedVariables プロパティに表示されます。
ensemble.DataVariables
ans = 5×1 string
"PMSignalLogName"
"SimulationInput"
"SimulationMetadata"
"Tacho"
"Vibration"
ensemble.SelectedVariables
ans = 5×1 string
"PMSignalLogName"
"SimulationInput"
"SimulationMetadata"
"Tacho"
"Vibration"
目的の解析を行うには、Vibration データと、このメンバー データがシミュレートされた状態を記述する Simulink.SimulationInput オブジェクトのみが必要であると仮定します。ensemble.SelectedVariables を設定して読み取る変数を指定します。これにより、read コマンドで現在のアンサンブル メンバーからそれらの変数が抽出されます。
ensemble.SelectedVariables = ["Vibration";"SimulationInput"]; data1 = read(ensemble)
data1=1×2 table
Vibration SimulationInput
___________________ ______________________________
{20202×1 timetable} {1×1 Simulink.SimulationInput}
data.Vibration は、シミュレーション時間を格納する 1 つの timetable とそれに対応する振動信号を含む cell 配列です。これで、このデータを必要に応じて処理することができます。たとえば、table から振動データを抽出してプロットします。
vibdata1 = data1.Vibration{1};
plot(vibdata1.Time,vibdata1.Data)
title('Vibration - First Ensemble Member')
このアンサンブルに対して read を次に呼び出すと、最後に読み取られたメンバーの指定がアンサンブルの次のメンバーに進みます (状態監視と予知保全のためのデータ アンサンブルを参照)。選択した変数をアンサンブルの次のメンバーから読み取ります。
data2 = read(ensemble)
data2=1×2 table
Vibration SimulationInput
___________________ ______________________________
{20215×1 timetable} {1×1 Simulink.SimulationInput}
data1 と data2 に異なるアンサンブル メンバーからのデータが含まれることを確認するため、変化するモデル パラメーター ToothFaultGain の値を調べます。各アンサンブルで、この値は SimulationInput 変数の Variables フィールドに格納されています。
data1.SimulationInput{1}.Variablesans =
Variable with properties:
Name: 'ToothFaultGain'
Value: -2
Workspace: 'global-workspace'
Context: ''
Description: ""
data2.SimulationInput{1}.Variablesans =
Variable with properties:
Name: 'ToothFaultGain'
Value: -1.5000
Workspace: 'global-workspace'
Context: ''
Description: ""
この結果から、data1 は ToothFaultGain = –2 のアンサンブル メンバーから、data2 は ToothFaultGain = –1.5 のメンバーからのものであることが確認されます。
アンサンブル データストアのデータを処理し、派生した変数をアンサンブル メンバーに追加できます。この例では、変数の値を処理して、アンサンブル メンバーに故障ありで取得されたデータが含まれているかどうかを示すラベルを計算します。その後、そのラベルをアンサンブルに追加します。
この例では、次のコードを使用して、前に Simulink® モデルをさまざまな故障値で実行して生成されたデータを使って simulationEnsembleDatastore オブジェクトを作成します。(generateSimulationEnsembleを参照してください。)アンサンブルには、モデル パラメーター ToothFaultGain の 5 つの異なる値についてのシミュレーション データが含まれます。モデルは、この例のために simEnsData.zip に格納されている MAT ファイルの logsout という名前の変数にシミュレーション データを記録するように構成されています。データのボリュームにより、unzip 操作に 1 ～ 2 分かかることがあります。
unzip simEnsData.zip % extract compressed files ensemble = simulationEnsembleDatastore(pwd,'logsout')
ensemble =
simulationEnsembleDatastore with properties:
DataVariables: [5×1 string]
IndependentVariables: [0×0 string]
ConditionVariables: [0×0 string]
SelectedVariables: [5×1 string]
ReadSize: 1
NumMembers: 5
LastMemberRead: [0×0 string]
Files: [5×1 string]
アンサンブルの最初のメンバーからデータを読み取ります。最初のメンバーであるアンサンブルがソフトウェアで判定され、対応するファイルの名前を反映するように ensemble.LastMemberRead プロパティが更新されます。
data = read(ensemble)
data=1×5 table
PMSignalLogName SimulationInput SimulationMetadata Tacho Vibration
_______________ ______________________________ _________________________________ ___________________ ___________________
{'logsout'} {1×1 Simulink.SimulationInput} {1×1 Simulink.SimulationMetadata} {20202×1 timetable} {20202×1 timetable}
既定では、アンサンブル データに格納されているすべての変数が SelectedVariables として指定されます。そのため、返される table の行には、すべてのアンサンブル変数が含まれます。これには、このアンサンブル メンバーのシミュレーションについて構成した Simulink.SimulationInput オブジェクトを格納する変数 SimulationInput も含まれます。そのオブジェクトの Variables プロパティに、アンサンブル メンバーに使用される ToothFaultGain の値がデータ構造体として格納されています。その値を調べます。(シミュレーションの構成の格納方法の詳細については、Simulink.SimulationInput (Simulink)を参照してください。)
data.SimulationInput{1}ans =
SimulationInput with properties:
ModelName: 'TransmissionCasingSimplified'
InitialState: [0×0 Simulink.op.ModelOperatingPoint]
ExternalInput: []
ModelParameters: [0×0 Simulink.Simulation.ModelParameter]
BlockParameters: [0×0 Simulink.Simulation.BlockParameter]
Variables: [1×1 Simulink.Simulation.Variable]
PreSimFcn: []
PostSimFcn: []
UserString: ''
VariantConfiguration: ''
Inputvars = data.SimulationInput{1}.Variables;
Inputvars.Nameans = 'ToothFaultGain'
Inputvars.Value
ans = -2
各アンサンブル メンバー内の ToothFaultGain 値を、ギア故障の有無を示すバイナリ インジケーターに変換すると仮定します。さらに、システムの使用経験から、ギア歯故障のゲイン値の大きさが 0.1 より小さい場合は健全動作と見なすのに十分であることがわかっているとします。このアンサンブルのゲイン値を、–0.1 < ゲイン < 0.1 の場合は 0 (故障なし)、そうでない場合は 1 (故障あり) のインジケーターに変換します。
sT = abs(Inputvars.Value) < 0.1;
新しい歯の故障インジケーターを対応するアンサンブル データに追加するには、まずアンサンブルのデータ変数のリストを拡張して、インジケーターの変数を含めます。
ensemble.DataVariables = [ensemble.DataVariables; "ToothFault"];
ensemble.DataVariablesans = 6×1 string
"PMSignalLogName"
"SimulationInput"
"SimulationMetadata"
"Tacho"
"Vibration"
"ToothFault"
この操作は、概念的にはアンサンブル データの table に列を追加することと同じです。新しい変数の名前が DataVariables に格納されたので、メンバーのその列に writeToLastMemberRead を使用して派生値を代入します。
writeToLastMemberRead(ensemble,'ToothFault',sT);実際には、歯の故障インジケーターをアンサンブルのすべてのメンバーに追加することが望まれます。そのためには、アンサンブル データストアを未読の状態にリセットして、次回の読み取り操作が最初のアンサンブル メンバーから開始されるようにします。その後、すべてのアンサンブル メンバーをループ処理して各メンバーの ToothFault を計算し、これを追加します。reset 操作では ensemble.DataVariables は変更されないため、"ToothFault" はそのリストに存在したままになります。
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
最後に、新しい歯の故障インジケーターをアンサンブル データストア内に状態変数として指定します。この指定を使用して、メンバー データが生成された状態を表す変数をアンサンブル データ内で追跡および参照することができます。
ensemble.ConditionVariables = {"ToothFault"};
ensemble.ConditionVariablesans = "ToothFault"
新しい変数をさらなる解析のために読み取る場合は ensemble.SelectedVariables に追加できます。simulationEnsembleDatastore オブジェクトに格納されているデータを操作し解析するための他の方法を示す例については、Simulink を使用した故障データの生成を参照してください。
read コマンドの 1 回の呼び出しで複数のアンサンブル メンバーからデータを読み取るには、アンサンブル データストアの ReadSize プロパティを使用します。この例では simulationEnsembleDatastore を使用しますが、fileEnsembleDatastore にも同じ手法を使用できます。
次のコードを使用して、前に Simulink モデルをさまざまな故障値で実行して生成されたデータを使って simulationEnsembleDatastore オブジェクトを作成します (generateSimulationEnsembleを参照)。アンサンブルには、モデル パラメーター ToothFaultGain の 5 つの異なる値についてのシミュレーション データが含まれます。(データのボリュームにより、unzip 操作に 1 ～ 2 分かかることがあります。)一部のデータ変数を読み取るように指定します。
unzip simEnsData.zip % extract compressed files ensemble = simulationEnsembleDatastore(pwd,'logsout'); ensemble.SelectedVariables = ["Vibration";"SimulationInput"];
既定では、このアンサンブル データストアに対して read を呼び出すと、最初のアンサンブル メンバーの Vibration 変数と SimulationInput 変数の値を含む単一行の table が返されます。3 つのメンバーを一度に読み取るように ReadSize プロパティを変更します。
ensemble.ReadSize = 3; data1 = read(ensemble)
data1=3×2 table
Vibration SimulationInput
___________________ ______________________________
{20202×1 timetable} {1×1 Simulink.SimulationInput}
{20215×1 timetable} {1×1 Simulink.SimulationInput}
{20204×1 timetable} {1×1 Simulink.SimulationInput}
read は、1 番目、2 番目、および 3 番目の各アンサンブル メンバーからのデータを各行に含む 3 行の table を返します。さらに、read は、アンサンブル データストアの LastReadMember プロパティを 3 つの対応するファイルのパスを含む string 配列に更新します。データの読み込み中にメモリ不足になるリスクがあるため、ReadSize をあまり大きい値に設定することは避けてください。
アンサンブルに追加のメンバーが 3 つ以上含まれている場合は、次の read 操作で 4 番目、5 番目、および 6 番目のメンバーからのデータが返されます。この例のアンサンブルに含まれるメンバーは全部で 5 つだけであるため、次の read 操作では 2 行のみが返されます。
data2 = read(ensemble)
data2=2×2 table
Vibration SimulationInput
___________________ ______________________________
{20213×1 timetable} {1×1 Simulink.SimulationInput}
{20224×1 timetable} {1×1 Simulink.SimulationInput}
バージョン履歴
R2018a で導入
