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측정된 데이터가 있는 파일 앙상블 데이터저장소

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예측 정비 알고리즘을 설계할 때는 시스템의 다양한 작동 상태에서 수집한 대규모 데이터 세트로 작업하는 경우가 많습니다. fileEnsembleDatastore 객체를 사용하면 이러한 데이터를 관리하고 데이터와 상호 작용할 수 있습니다. 이 예제에서는 디스크에 있는 앙상블 데이터를 가리키는 fileEnsembleDatastore 객체를 만듭니다. 앙상블에서 데이터를 읽어 들이고 앙상블에 데이터를 쓰는 함수를 사용하여 이 객체를 구성합니다.

데이터 파일의 구조

이 예제에는 베어링 시스템의 정상 작동 데이터를 포함하는 두 개의 데이터 파일 baseline_01.mat와 baseline_02.mat가 있습니다. 동일한 시스템의 결함 데이터를 포함하는 세 개의 데이터 파일 FaultData_01.mat, FaultData_02.mat, FaultData_03.mat도 있습니다. 실제 현장에서는 훨씬 많은 데이터 파일을 사용하게 됩니다.

각 데이터 파일은 하나의 데이터 구조체 bearing을 포함합니다. 첫 번째 정상 데이터 세트에서 데이터 구조체를 불러와서 검토합니다. 

unzip fileEnsData.zip  % extract compressed files
load baseline_01.mat
bearing
bearing = struct with fields:
      sr: 97656
      gs: [5000x1 double]
    load: 270
    rate: 25

구조체는 가속도계 데이터로 구성된 벡터 gs, 데이터가 기록될 때의 샘플 레이트 sr과 기타 데이터 변수를 포함합니다.

파일 앙상블 데이터저장소 만들기 및 구성

이 데이터를 예측 정비 알고리즘 설계에 사용하려면 먼저 현재 폴더에 있는 데이터 파일을 가리키는 파일 앙상블 데이터저장소를 하나 만드십시오.

fensemble = fileEnsembleDatastore(pwd,'.mat');

앙상블에 있는 데이터와 상호 작용하려면 먼저 MATLAB® 작업 공간으로 변수를 읽어 들이고 파일에 다시 데이터를 쓰도록 데이터 파일을 처리하는 방법을 소프트웨어에 알려주는 함수를 만들어야 합니다. 이 예제에서는 다음과 같은 제공된 함수를 사용합니다.

  • readBearingData — 구조체 bearing에서 요청된 변수를 추출하고 파일에 저장된 기타 변수를 추출합니다. 이 함수는 또한 데이터의 결함 상태를 나타내기 위해 파일 이름을 구문 분석합니다. 함수는 요청된 각각의 변수에 대해 하나의 테이블 변수를 포함하는 테이블 행을 반환합니다.

  • writeBearingData — 구조체를 가져와서 그 변수를 개별적인 저장된 변수로 데이터 파일에 씁니다.

이들 함수를 앙상블 데이터저장소의 ReadFcn 속성과 WriteToMemberFcn 속성에 각각 할당합니다.

fensemble.ReadFcn = @readBearingData;
fensemble.WriteToMemberFcn = @writeBearingData;

마지막으로, 데이터 변수와 상태 변수를 식별하도록 앙상블의 속성을 설정합니다. 

fensemble.DataVariables = ["gs";"sr";"load";"rate"];
fensemble.ConditionVariables = ["label";"file"];

앙상블을 검토합니다. 함수와 변수 이름이 적합한 속성에 할당되었습니다.

fensemble
fensemble = 
  fileEnsembleDatastore with properties:

                 ReadFcn: @readBearingData
        WriteToMemberFcn: @writeBearingData
           DataVariables: [4x1 string]
    IndependentVariables: [0x0 string]
      ConditionVariables: [2x1 string]
       SelectedVariables: [0x0 string]
                ReadSize: 1
              NumMembers: 5
          LastMemberRead: [0x0 string]
                   Files: [5x1 string]

앙상블 멤버에서 데이터 읽기

할당한 함수는 앙상블 데이터저장소를 구성하는 데이터 파일과 상호 작용하는 방법을 read 명령과 writeToLastMemberRead 명령에 알려줍니다. 따라서 read 명령을 호출하면 이 명령은 readBearingData를 사용하여 fensemble.SelectedVariables의 모든 변수를 읽어 들입니다.

읽어 들일 변수를 지정한 다음 앙상블의 첫 번째 멤버에서 해당 변수를 읽어 들입니다. read 명령은 첫 번째 앙상블 멤버에서 MATLAB 작업 공간의 테이블 행으로 데이터를 읽어 들입니다. 소프트웨어는 어느 앙상블 멤버를 처음으로 읽을지 판단합니다.

fensemble.SelectedVariables = ["file";"label";"gs";"sr";"load";"rate"];
data = read(fensemble)
data=1×6 table
     label           file               gs            sr      load    rate
    ________    ______________    _______________    _____    ____    ____

    "Faulty"    "FaultData_01"    {5000x1 double}    48828     0       25

앙상블 멤버에 데이터 쓰기

가속도계 데이터 gs의 파워 스펙트럼을 계산하여 분석한 다음, 파워 스펙트럼 데이터를 다시 앙상블에 쓰려 한다고 가정하겠습니다. 이렇게 하려면 먼저 테이블에서 데이터를 추출하여 스펙트럼을 계산하십시오.

gsdata = data.gs{1};
sr = data.sr;
[pdata,fpdata] = pspectrum(gsdata,sr);
pdata = 10*log10(pdata); % Convert to dB

주파수 벡터 fpdata와 파워 스펙트럼 pdata를 데이터 파일에 개별적인 변수로 쓸 수 있습니다. 먼저 앙상블 데이터저장소의 데이터 변수 목록에 새로운 변수를 추가합니다.

fensemble.DataVariables = [fensemble.DataVariables;"freq";"spectrum"];
fensemble.DataVariables
ans = 6x1 string
    "gs"
    "sr"
    "load"
    "rate"
    "freq"
    "spectrum"

다음으로, 마지막으로 읽은 앙상블 멤버에 대응되는 파일에 새로운 값을 씁니다. writeToLastMemberRead를 호출하면 데이터가 구조체로 변환되고 fensemble.WriteToMemberFcn이 호출되어 파일에 데이터가 기록됩니다. 

writeToLastMemberRead(fensemble,'freq',fpdata,'spectrum',pdata);

새로운 변수를 fensemble.SelectedVariables 또는 기타 속성에 추가하여 필요에 따라 변수를 식별할 수 있습니다.

read를 다시 호출하면 앙상블 데이터저장소의 다음 파일에서 데이터가 읽히고 fensemble.LastMemberRead 속성이 업데이트됩니다. 

data = read(fensemble)
data=1×6 table
     label           file               gs            sr      load    rate
    ________    ______________    _______________    _____    ____    ____

    "Faulty"    "FaultData_02"    {5000x1 double}    48828     50      25

테이블의 load 변수를 보고 이 데이터가 다른 멤버의 데이터인지 확인할 수 있습니다. 이 값은 50인 반면 이전에 읽은 멤버의 값은 0이었습니다.

모든 앙상블 멤버의 데이터 일괄 처리하기

처리 단계를 반복하여 이 앙상블 멤버의 스펙트럼을 계산하고 추가할 수 있습니다. 실제 현장에서는 데이터의 읽기, 처리, 쓰기 과정을 자동화하는 것이 더 유용합니다. 이렇게 하려면 앙상블 데이터저장소를 어떤 데이터도 읽히지 않은 상태로 재설정하십시오. (reset 연산은 이미 추가한 두 개의 새로운 변수를 포함하는 fensemble.DataVariables를 변경하지 않습니다.) 그런 다음 앙상블을 순환하면서 각 멤버에 대해 읽기, 처리, 쓰기 단계를 수행합니다. 

reset(fensemble)
while hasdata(fensemble)
    data = read(fensemble);
    gsdata = data.gs{1};
    sr = data.sr;
    [pdata,fpdata] = pspectrum(gsdata,sr);
    writeToLastMemberRead(fensemble,'freq',fpdata,'spectrum',pdata);
end

hasdata 명령은 앙상블의 모든 멤버가 읽혔으면 false를 반환합니다. 이제 앙상블의 각 데이터 파일은 해당 파일의 가속도계 데이터로부터 도출된 spectrum 변수와 freq 변수를 포함합니다. 예측 정비 알고리즘을 개발하는 과정에서 이 루프와 같은 기법을 사용하여 앙상블 파일에서 데이터를 추출하고 처리할 수 있습니다. 알고리즘 개발 과정에서 파일 앙상블 데이터저장소를 사용하는 방법을 상세히 보여주는 예제는 구름 요소 베어링 결함 진단 항목을 참조하십시오. 이 예제에서는 Parallel Computing Toolbox™를 사용하여 대규모 앙상블의 처리 속도를 높이는 방법도 보여줍니다.

파일 앙상블 데이터저장소에 도출된 변수가 있는지 확인하려면 첫 번째 앙상블 멤버와 두 번째 앙상블 멤버에서 그러한 변수를 읽어 들이십시오. 이렇게 하려면 앙상블을 다시 재설정한 다음 선택된 변수에 새로운 변수를 추가하십시오. 실제 현장에서는 도출된 값을 계산해 둔 후, 그 도출된 값만 읽어 들이는 것이 유용할 수 있습니다. 그러면 처리되지 않은 데이터까지 다시 읽어 들여 메모리의 많은 공간을 낭비하는 일을 방지할 수 있습니다. 이 예제에서는 새로운 변수를 포함한 선택된 변수를 읽어 들입니다. 처리되지 않은 데이터 gs는 선택된 변수에 포함되어 있지 않습니다.

reset(fensemble)
fensemble.SelectedVariables = ["label","load","freq","spectrum"];
data1 = read(fensemble)
data1=1×4 table
     label      load         freq             spectrum    
    ________    ____    _______________    _______________

    "Faulty"     0      {4096x1 double}    {4096x1 double}


data2 = read(fensemble)
data2=1×4 table
     label      load         freq             spectrum    
    ________    ____    _______________    _______________

    "Faulty"     50     {4096x1 double}    {4096x1 double}

참고 항목

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관련 항목