诊断功能设计
交互式提取,可视化和排序特征从测量或模拟数据的机器诊断和预测
描述
的诊断功能设计应用程序允许您使用多功能图形界面完成预测性维护工作流的功能设计部分。您可以交互地设计和比较特征,然后确定哪些特征最能区分来自名义系统和故障系统的数据。最有效的特性最终成为故障诊断和预测的状态指示器。
使用这个应用程序,你可以:
从单个文件、集成文件或引用应用程序外部文件的集成数据存储中导入测量或模拟数据。
交互式可视化数据,以绘制您导入或您在应用程序中计算的集成变量。在图中按条件标签对数据进行分组,以便您可以清楚地看到成员数据是来自名义系统还是故障系统。
推导出新的变量,如时间同步平均信号或阶谱。应用程序用一个命令对所有集成成员执行处理。
从变量中生成特征,并使用直方图可视化它们的有效性。特性包括信号统计、非线性度量、旋转机械度量和光谱度量。您还可以创建自己的自定义功能。
对特征进行排序,以确定哪些特征最能区分数据中的行为差异。
使用带有标签的特征的监督排序来确定哪些特征最有可能区分名义行为和错误行为。
当您的数据没有条件变量或标签时,使用无监督排序来确定哪些特征表现出与其他特征的最佳聚类,并且最有可能指示不同的故障或操作条件。
使用从运行到故障数据中提取的特征进行预测排序,以确定哪些特征最有可能指示剩余使用寿命(RUL)。
直接导出您最有效的功能分类学习者以深入了解特征有效性和算法训练。
为您选择的特征生成代码,以便您可以在MATLAB中再现、自定义和自动化特征计算®函数。
要开始使用该应用程序,必须在MATLAB工作区中有来自系统的可用数据。有关组织导入到应用程序的数据的信息,请参见为诊断功能设计器组织系统数据.
有关预测性维护的状态指示器的详细信息,请参见用于监控、故障检测和预测的状态指标.
打开诊断功能设计器应用程序
MATLAB工具条:在应用程序选项卡,在控制系统设计与分析,单击应用程序图标。
MATLAB命令提示符:输入
diagnosticFeatureDesigner
.
例子
参数
功能设计选项卡新会话
-从MATLAB工作区导入数据集到app
按钮
通过将源数据从MATLAB工作区导入到应用程序中来启动一个新的应用程序会话。可以从表、时间表、单元格数组或矩阵导入数据。可以从组合多个集成成员的数据的单个源导入数据,也可以从单独的源导入单个集成成员。您还可以导入集成数据存储,其中包含允许应用程序与外部数据文件交互的信息。您的文件可以包含实际的或模拟的时域测量数据、光谱模型或表、变量名称、条件和操作变量,以及您之前生成的特征。诊断功能设计将所有成员数据合并为单个集成数据集。在这个数据集中,每个变量都是一个集合信号或模型,其中包含所有单独的成员值。
有关导入数据的详细信息,请参见将数据导入诊断功能设计器.
有关与数据集成相关术语的更多信息,请参见更多关于.
有关组织导入到应用程序的数据的更多信息,请参见为诊断功能设计器组织系统数据.
汽车的功能
-自动生成预定义的特性集
按钮
自动生成特征集并对其排序汽车的功能.当你选择一个或多个信号或光谱时,汽车的功能计算适合于变量类型的预定义特性集。自动计算包括:
导出用于特征提取的中间变量,如光谱和时间序列信号
从扩展的变量集中提取特征
对特征进行排序,绘制排名靠前的特征的直方图。
有关更多信息,请参见在诊断功能设计器中自动生成功能.
绘图选项
-为你在应用程序会话期间生成的所有情节指定默认绘图选项
按钮
为在应用程序会话期间生成的所有图形指定默认绘图选项。您可以在生成第一个图之前设置这些选项,也可以在会话期间的任何时候设置。新的设置只适用于设置选项后生成的图,而不适用于您先前生成的图。您可以临时覆盖绘图选项设置各个图,而不更改后续图的指定默认值。当你点击绘图选项,打开一个对话框,允许您在以下窗格中设置选项。
一般-这些选项适用于所有信号和频谱图。
集团—根据条件变量标签对数据进行分组。该应用程序使用颜色来区分标签组。例如,如果你的条件变量是
faultCode
与标签健康的
而且退化
,该应用程序使用一种颜色的成员数据健康的
标签和成员数据的另一种颜色退化
标签数量的曲线—指定绘图的成员数量。当您有大量的集成成员并且您只想绘制成员中的一个子集时,请设置此选项。使用此选项可以减少绘图时间,并允许您更容易地评估单个成员的行为。
光谱-这些选项只适用于光谱图。
要标记的峰数—指定要标记的峰值数量。设置此选项以限制标记的光谱峰值的数量,只突出显示最显著的峰值。
整体总结-这些选项只适用于集合汇总图,这是一个特殊的图,显示集合作为一个整体的平均值和标准差。
标准差数-指定集合汇总图显示的标准偏差数。
显示最小和最大边界—是否显示实际合成器最小值和最大值的边界。
情节
-生成集合变量或特征图
情节类型
生成集合变量或特征表的图形。要生成图形,首先从数据浏览器中选择一个变量或特征表。剧情图库显示兼容剧情类型的图标。下表描述了每种选择类型的地块类型。
框架的政策
—指定数据处理方式、帧大小和速率
按钮
当您希望对信号的连续段执行数据处理,而不是一次对整个信号执行数据处理时,请指定帧策略。帧策略由帧大小和帧速率组成。帧大小是帧数据被收集的间隔。帧速率是帧开始时间之间的时间间隔。
有关基于框架的处理的更多信息,请参见数据处理模式和帧策略.
选项
—选择自变量并指定并行计算
按钮
如果要修改以下一个或两个设置,请指定选项。
独立变量-使用自变量(IV)。导入数据时,可以为一个信号指定多个自变量。例如,如果你的信号是基于时间的,你可能还需要一个自变量作为样本索引。在完成导入之后,您可以更改应用程序用于特定绘图或计算的自变量。当您选择选项>独立变量,应用程序显示可用的自变量列表。你的选择改变了所有适用的信号或光谱的IV。有关指定替代IV的更多信息,请参见中的“指定作为替代IV的样本索引”将数据导入诊断功能设计器.
使用并行计算-并行处理集成成员。使用并行计算可以显著减少大型集成的处理时间。此选项仅在安装了并行计算工具箱™并获得许可时可用。
数据处理
—按类别选择数据处理选项
滤波平均|残差产生|谱估计
选择将数据处理为新信号的选项。使用这些新信号作为其他处理选项的输入,或作为特征生成的输入。大多数处理选项操作于每个集成成员。您还可以执行集成级别的处理,以查看集成作为一个整体是如何表现的。每个选项选择为您的规范打开一个新选项卡。选择一个选项也打开了一般数据处理选项卡,如果该选项卡尚未打开。的数据处理TAB提供了关于输入信号的信息。
若要指定要处理的信号,请在选择数据处理选项之前从变量窗格中选择一个变量。要在打开选项选项卡后更改信号,请关闭选项选项卡并在变量窗格中或从信号列表中数据处理选项卡。
有关处理选项和可为每个选项设置的参数的更多信息,请参见:
过滤和平均
残留一代
谱估计
时域特征
—计算时域特性
信号特性
|时间序列特征
|基于模型的特征
|旋转机械特性
|非线性特性
|自定义特性
计算时域特征。信号特性适用于任何信号。时间序列特征是从平稳时间序列中提取的特征。基于模型的特征是使用自回归(AR)模型提取的特征。旋转机械特性是适用于传动装置的专门指标。非线性特性提供表征振动信号中混沌行为的指标。自定义特性您可以添加现有的MATLAB函数或使用模板创建新函数,然后生成和排名功能与内置的应用程序功能
若要为功能部件指定信号源,请在选择时域功能部件选项之前从变量窗格中选择信号变量。要在打开选项选项卡后更改信号,请关闭选项选项卡并在变量窗格中或从信号菜单的时域特征选项卡。
有关时域功能选项和可为每个选项设置的参数的更多信息,请参见:
频域特性
—计算频域特征
光谱特性
|轴承故障特性
|齿轮啮合故障特征
|自定义故障特征
|自定义特性
计算频域特征。光谱特性是适用于任何频谱的一般指标,例如在整个指定频率范围内的峰值振幅。轴承故障特性,齿轮啮合故障特征,自定义故障特征是旋转机械的专门指标,关注特定故障频带内的频谱行为,该故障频带限定了系统组件的特征频率(故障可能发生的地方)。自定义特性是通过向应用程序添加自定义函数来定义的功能。您可以添加现有的MATLAB函数或使用模板创建新函数,然后生成功能,并将其与内置的应用程序功能并排排列。
有关频域特性的更多信息,请参见
等级特性
——排序功能
功能表
打开特性排名选项卡,对所选的特性表执行有监督、无监督或预测排名。有关更多信息,请参见排名功能选项卡.
出口
-导出特征和数据或生成MATLAB代码
导出特性到MATLAB工作区
|向分类学习者输出特征
|导出数据集到MATLAB工作区
|特征生成函数
|生成函数…
导出特征,或您的整个数据集,以使用它们或在应用程序之外共享它们。生成代码,在MATLAB函数中再现您的特征计算。
对于特性导出,这两个选项都会打开一个特性列表。
如果你还没有对你的功能进行排名,应用程序会按名称对列表进行排序,默认情况下会按导出标记所有功能。如果您只想导出特定的特性,则可以细化选择。
如果你已经对你的特征进行了排序,应用程序会根据你的排序规范的排名功能选项卡.使用选择高级功能根据指定的特性数量,只导出排名最高的特性。您可以通过选择将排序顺序更改为字母顺序
的名字
在功能按列表。通过任意一种排序顺序,您都可以单独选择或清除要导出的特性。
当您导出到MATLAB工作空间时,您可以对这些特性使用命令行技术。当导出到分类学习者,你打开一个分类学习者会话,它使用所选特性作为输入。
对于代码生成,第一个选项是
特征生成函数
,允许您生成MATLAB代码,其中包含一组简单的特征表规范、排序算法和特征数量。当您希望仅根据排名为功能部件生成代码,或者希望为所有功能部件生成代码时,请使用此选项。第二个代码生成选项,
生成函数…
,允许您自定义要包含在功能中的项的选择。例如,可以根据输入或输出文本等条件筛选所选内容。您可以包含在所选特征中未使用的信号和光谱。选择生成函数…
打开已生成的所有信号、特性和排名表的可选择列表。生成函数…
也打开了代码生成选项卡,它为列表提供过滤功能。使用过滤器只查看满足过滤条件的项。您可以使用不同的过滤器来选择所需的输出。若要查看所有选择,而不考虑过滤器,请单击排序选择.该选项列出所有可用的输出,其中您选择的项位于最上方。有关更多信息,请参见代码生成选项卡.如果您指定了基于框架的数据(请参阅选项),点击
生成函数…
首先打开一个列表,其中包含您所使用的框架规格的选择。生成的代码中的项必须全部操作在完整的信号上,或者全部使用相同的帧规范。有关如何在应用程序中生成代码的更多信息,请参见用MATLAB生成的代码自动提取特征而且在诊断特征设计器中生成MATLAB函数.
有关的更多信息出口选项,请参阅:
淘洗沙金的人
-控制区规模和x轴范围
On(默认)| off
使用淘洗沙金的人将重点放在指定的x轴范围内的数据段上,并更改图的刻度。的淘洗沙金的人提供主情节下面的条状情节。要集中在主情节的一部分,移动手柄。中选择一个选项,即可更改绘图的比例规模.
分组,编号…,Show Min and Max Boundaries
-覆盖默认的绘图选项
On | off |正标量
的第一列中的选项视图控件中的默认值绘图选项规范。可用的选项因地块类型而异。在plot选项卡中更改这些设置时,仅针对当前的plot更改它们。有关这些选项的更多信息,请参见绘图选项.
正常化Y轴
-将变量归一化到相同的尺度(仅限信号跟踪和集合摘要)
关闭(默认)|打开
使用正常化Y轴在绘制多个变量并希望以相同的[- 1,1]比例查看变量时。变量内的相对信号振幅不变。
显示信号(频谱)信息
-突出显示变量成员名和条件标签
On(默认)| off
在信号或频谱图中,通过将光标定位在成员轨迹上,可以突出显示单个成员。选择显示信号信息或显示频谱信息以显示您高亮显示的变量成员和该成员的条件标签。
合并轴
-将多个变量一起绘制在单独的图中或在一个图中
On(默认)| off
指定如何将多个变量绘制在一起。
选择此选项可创建覆盖所有轨迹并使用单一y轴刻度的单一图形。
清除以创建垂直显示的独立图,每个图具有独特的y轴缩放。
数据游标
-显示点的x和y值以及两点之间的距离
关闭(默认)|打开
选择数据游标显示信号中关键点的值。数据游标是在感兴趣的点(如峰值)上放置的水平和垂直条。游标显示x和y的位置。若要显示游标之间的距离,请选择显示信号信息.要锁定这些条以便它们一起移动,请选择其中一个锁间距选项。
选择功能
-选择特征来绘制
按钮(默认)
点击选择功能打开要绘制的可选择功能列表。使用选择功能例如,当您生成了许多特征,但您想专注于单个图面板中的一个子集时。
有关选择功能的更多信息,请参见功能选择器.
集团
—选择分组数据的条件变量
条件变量名称
选择条件变量作为特征直方图的基础。特征直方图使用颜色来可视化对条件变量具有不同标签的数据组的分离。
例子:faultCode
本设置
—指定直方图分辨率
汽车
(默认)|数值|装箱方法名称
指定直方图分辨率本宽度,本方法,数量的垃圾箱,本限制.bin设置适用于特征表的所有直方图。
垃圾箱设置不是独立的。应用程序直方图算法使用优先顺序来决定使用什么:
的装箱方法是bin宽度的默认驱动程序。
一个本宽度规范覆盖了Binning方法。
料仓宽度与之无关本限制驱动垃圾箱的数量。一个数量的垃圾箱的值时,规范才会生效集团是
没有一个
.有关解释和定制直方图的更多信息,请参见生成和自定义特征直方图.
监督排名
—选择有监督的分类排序方法
学习任务
|单向方差分析
|中华民国
|……
选择有监督的分类排序方法来评估每个特征如何有效地分离具有不同条件标签的数据。如果您已经对功能进行了排名,那么可以使用不同的方法再次进行排名,并将结果显示在一起。每种方法使用不同的统计方法。
该菜单区分了两类和多类的排名方法。
两类方法——当你的条件变量(CV)只有两个标签时使用,例如
健康的
而且错误的
.两个类方法的默认值为学习任务
.多类方法——当条件变量有两个或多个标签时使用,例如
健康的
,faultCode1
,faultCode2
.多类方法的默认值为单向方差分析
两类条件变量的默认排序方法,学习任务
,是最简单的方法,因为它只考虑两个标记组的均值是否相等。学习任务
主要用于识别要丢弃的无效特性。
下表列出了特定标准对排名方法选择的影响。
标准 | 排序法 |
---|---|
条件变量类型 |
|
功能评分标准 |
|
分布的形状 |
|
期望的方法的基础上 |
|
选择一个方法会激活一个名称与排序方法匹配的新选项卡。有关此方法激活选项卡的更多信息,请参见排名方法选项卡.
有关监督排名方法的更多信息,请参见:
单向方差分析,
anova1
Bhattacharyya -
bhattacharyyaDistance
克鲁斯卡尔-沃利斯-
kruskalwallis
中华民国,
perfcurve
Wilcoxon -
ranksum
t检验,
ttest2
无人监督的排名
—选择无监督分类排序算法
拉普拉斯算子的分数
|方差
选择一种无监督分类排序方法来评估在没有标记数据的情况下每个特性的执行效率。该应用程序提供了两个无监督的排名选项:
拉普拉斯分数——分数反映了特征与其他特征聚类形成不同分组的程度。
差异——分数反映特征的差异。具有低方差的特征倾向于向模型添加较少有用的信息。
选择一个方法会激活一个名称与排序方法匹配的新选项卡。有关此选项卡的更多信息,请参见排名方法选项卡.
有关无监督排名评分的更多信息,请参见:
拉普拉斯算子,
fsulaplacian
方差-
var
无监督排名可在诊断功能设计,但不是在分类学习者.如果您计划将功能导出到分类学习者要训练模型,必须使用包含标签的集成数据。
预后排名
-选择要应用的预后排序算法
单调性
|Trendability
|Prognosability
选择一种预测排序方法来评估当您拥有运行到故障的数据时,每个特性如何有效地跟踪集成成员的退化。排名靠前的特性最能预测剩余使用寿命(RUL)。
该应用程序提供了三种预后排名方法,所有这些方法都在从0到1的范围内对特征进行评分。一个方法,单调性
,总是可用的。另外两种方法,Trendability
而且Prognosability
,只有在使用基于帧的数据时才可用。基于帧的数据中较小的数据段允许跟踪由退化引起的微小变化。
单调性描述一个特性在系统走向失败时的趋势。当系统逐渐接近故障时,合适的条件指示器具有单调的正或负趋势。有关更多信息,请参见
单调性
.Trendability提供在多个运行到故障实验中测量的特征轨迹之间的相似性度量。候选条件指标的趋势性定义为测量值之间的最小绝对相关性。有关更多信息,请参见
trendability
.Prognosability是对失效时特性的可变性的度量,该可变性相对于其初始值和最终值之间的范围。相对于其初始值和最终值之间的范围,一个更有预见性的特性在失效时的变化更小。有关更多信息,请参见
prognosability
.
选择一个方法会激活一个名称与排序方法匹配的新选项卡。有关此方法激活选项卡的更多信息,请参见排名方法选项卡.
有关在应用程序中使用预测排名的例子,请参见使用诊断特征设计器为降级系统执行预后特征排序.
排名的
—指定要使用的分类排序算法的条件变量
条件变量名称
选择为要使用的分类排序算法提供标签的条件变量。
排序
—当显示多种方式的查询结果时,指定排序方式
排序法
当比较不同排序方法的结果时,指定要排序的排序方法。当你使用单一的排名方法时,应用程序会按重要性的顺序显示结果,这是由该方法的排名分数所指示的。当比较多种方法的结果时,更改排序更改驱动排序顺序的方法。
删除成绩
—删除显示的排名分数
无选择(默认)|排序方法
指定此参数可消除特定方法的排名分数。例如,当比较多个排名的结果时,如果您希望通过消除不影响特性选择的排名来简化显示,则使用此参数。
出口
-从app中导出特征或生成MATLAB代码,以在命令行功能中再现您的特征计算
导出特性到MATLAB工作区
|导出特征到分类学习者
|特征生成函数
|生成函数…
导出功能来使用它们或在应用程序之外共享它们。这两个选项都打开一个按排名排序的可选列表供选择。当您导出到MATLAB工作空间时,您可以对这些特性使用命令行技术。当您导出到分类学习者,你打开一个分类学习者会话,它使用所选特性作为输入。
如果你想从应用程序中导出你的整个数据集,使用出口从功能设计选项卡。
您还可以为所选择的变量和特性生成重新计算的代码。的代码生成选项描述,以获取更多信息出口部分的功能设计选项卡。当您使用特征生成函数
从功能的排名选项卡,排序法默认为中指定的方法排序.
相关重要性
—降低冗余特性的排序
0(默认)|范围[0,1]的标量
相关性重要性设置允许您筛选出传递类似信息的高排名特性的特性。这种筛选为高层提供了更多样化的特征集。
筛选的标准是一个特征与排名更高的特征的相互关联系数集。两个特征之间的高度相互相关性意味着这两个特征都以相似的方式分离条件组,并提供冗余信息。默认值为0,应用程序不将功能冗余纳入排名得分。随着相关性重要性值的增加,应用程序会增加特征相互相关性对特征排名得分的影响。这种不断增加的影响逐渐降低了冗余特征的得分。
标准化方案
-对监督排名和非监督拉普拉斯排名在成员之间应用规范化
极大极小
(默认)|没有一个
|meanvar
|softmax
规范化方案对每个特性的成员执行独立的规范化。标准化允许在特性之间进行更直接的比较。该应用程序显示你选择的方案的定义方程直接在你的选择。
此选项仅适用于监督排序和非监督拉普拉斯排序方法。
拉普拉斯算子的分数
—设置拉普拉斯评分排序参数
参数值
指定定义用于计算拉普拉斯评分的关键值的参数,该值表示给定特征与其他特征聚类的好程度。拉普拉斯评分是基于从一个给定的特征到它最近的邻居的成对距离。
数量的邻居-用于计算分数的最近邻居的数量
距离度量—方法,例如
欧几里得
或cityblock
,用于计算每个成对距离内核规模-将成对距离转换为a的核的比例因子相似度图它提供了分数
此选项仅适用于无监督拉普拉斯排序方法。有关拉普拉斯排名的更多信息,请参见fsulaplacian
.
应用
-应用参数设置到新的排名计算
按钮
点击应用用指定的参数计算排序。的功能的排名TAB在绘图区域以图形和表格的方式显示结果。此显示还包括默认排序算法的结果,以及您之前计算的任何其他排序方法的结果。
一旦你计算出排名,该应用程序就会禁用应用直到你改变了一个参数。您可以多次计算一个选项卡内的排名。每次修改参数并计算排名时,新的结果将覆盖绘图区域选项卡中的以前的结果。
关闭
-关闭选项卡并返回到功能排名选项卡
按钮
在排名方法选项卡中完成排名后,关闭该选项卡以将控制权返回到功能的排名选项卡。的功能的排名当任何排序方法TAB被激活时禁用。
框架的政策
-特征表名称,帧大小和帧速率
功能表名,完整的信号
,没有一个
(默认)|特性表名,帧大小,帧速率
此属性是只读的。
帧策略信息反映了您在选择时所做的选择导出>生成函数…在功能设计选项卡。
筛选或排序
-定义标准以优化您的代码生成选择
空(默认)| string |输入、方法或分析类型
在为生成的函数选择项时,设置标准以优化选项。所有条件都允许您用字符串覆盖可选选项。字符串匹配不区分大小写。您的过滤器适用于所有输出项,包括信号、功能和排名表。标准包括:
输出-在输出名称中出现的字符串,它是为生成的函数选择的变量、特性或排名表的名称
输入-从输入信号中计算输出变量或特征,或从特征表中计算排序表
方法-产生输出项的计算,例如
运输安全管理局
或峰度
分析类型—数据处理、特征处理或特征排序
若要重置单个过滤器,请删除内容并单击应用程序中的任何位置。若要一次性重置所有过滤器,请单击重置过滤器.
排序选择
—显示所有选中的项目
按钮
一起显示所有选中的项目。使用排序选择特别是当您使用多个过滤器组合来组装代码原选择时。所有的选择都显示在一起。
使用并行计算
-生成使用并行计算的代码
|在
指定是否在生成的代码中使用并行计算。默认值是在选项.即使执行交互处理时不使用并行计算,也可以指定并行计算。如果您计划在一个更大的集成上运行生成的代码,而不是在开发特性时使用的集成上运行,那么这种方法可以帮助您的代码具有更强的可伸缩性。如果在开发特性时使用了并行计算,也可以关闭并行计算。
要在生成的代码中利用并行处理,用户必须安装并行计算工具箱并获得许可。但是,在没有工具箱的系统上,代码仍将以串行模式运行。
代码
-执行函数生成
生成函数按钮
单击生成函数按钮,完成配置您的选择。该应用程序打开一个函数,其中包含用于您选择的所有输出项的计算。
有关在应用程序中生成代码的更多信息,请参见用MATLAB生成的代码自动提取特征.
编程使用
更多关于
版本历史
介绍了R2019a