predictRUL

估计测试组件的剩余使用寿命

描述

predictRUL函数估计测试组件的剩余使用寿命(RUL),给出一个估计模型和关于其使用时间和退化情况的信息。在预测RUL之前,您必须首先使用历史数据来配置您的评估模型,这些历史数据是关于类似组件集成的健康状况的,例如按照相同规范生产的多台机器。要做到这一点,请使用适合函数。

使用predictRUL,你可以估计以下几种估计模型的剩余使用寿命:

  • 退化模型

  • 生存模型

  • 相似模型

有关演示RUL预测的基本示例,请参见当数据到达时更新RUL预测

有关使用这些模型预测剩余使用寿命的一般信息,请参见RUL估计使用RUL估算模型

例子

estRUL= predictRUL (mdl,数据)使用相似性模型估计组件的剩余使用寿命mdl以及退化特性概要数据数据包含从组件的生命周期到当前生命周期的特性度量。

estRUL= predictRUL (mdl,数据,界限)估计的剩余使用寿命用于使用相似性模型和在所指定的特征的边界的分量界限

例子

estRUL= predictRUL (mdl,)使用退化模型估计组件的RULmdl和当前生命时间变量值存储在mdl。RUL是模型预测响应达到阈值前的剩余时间

例子

estRUL= predictRUL (mdl,usageTime)使用可靠性生存模型估计组件的RULmdl以及组件的当前使用时间。

例子

estRUL= predictRUL (mdl,协变量)使用协变量生存模型估计一个组件的RULmdl和组件的当前协变量值。

例子

estRUL= predictRUL (___,名称,值)使用一个或多个名-值对参数指定其他选项。

(estRUL,ciRUL)= predictRUL (___)返回与RUL估计相关联的置信区间。

例子

(estRUL,ciRUL,pdfRUL)= predictRUL (___)返回的RUL估计的概率密度函数。

(estRUL,ciRUL,pdfRUL,histRUL)= predictRUL (___)返回在使用相似度模型估计RUL时组件相似度得分的直方图。

例子

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负荷训练数据。

负载(“pairwiseTrainVectors.mat”)

训练数据是列向量的单元数组。每个列向量都是一个组件的退化特性概要。

使用默认设置创建成对的相似度模型。

mdl = pairwiseSimilarityModel;

利用训练数据训练相似模型。

fit (mdl pairwiseTrainVectors)

负载观测数据。

负载('linTestData.mat',“linTestData1”)

对于本例,假设训练数据不是历史数据,而是组件条件的实时观察。

基于降解功能限制的知识,定义阈值条件指示符值,表示结束的寿命的部件的。

阈值= 60;

创建一个线性退化模型任意先验分布数据和指定的噪声方差。另外,指定观测数据的生命周期和数据变量名。

mdl = linearDegradationModel (“θ”,1“ThetaVariance”1 e6,“NoiseVariance”,0.003,“LifeTimeVariable”,“时间”,“DataVariables”,“条件”,'LifeTimeUnit',“小时”);

观察该组件条件50小时,每次观测后更新退化模型。

我= 1:50更新(mdl linTestData1(我,:));结束

50时,使用模型中存储的当前生命时间值预测组件的RUL。

estRUL = predictRUL (mdl阈值)
estRUL =持续时间50.301人力资源

估计RUL约为60小时,它表示总的预计寿命110个小时。

负荷训练数据。

负载(“expTrainTables.mat”)

训练数据是表的单元数组。每个表都是一个组件的降级功能配置文件。中的生命时间度量值“小时”变量和相应的退化特征测量“条件”变量。

创建指数退化模型,指定寿命时间变量单位。

mdl = exponentialDegradationModel ('LifeTimeUnit',“小时”);

利用训练数据训练退化模型。指定生命时间和数据变量的名称。

fit (mdl expTrainTables,“时间”,“条件”)

负载测试数据,这是测试组件从运行到故障的降级概要。测试数据是一个与训练数据具有相同生命周期和数据变量的表。

负载(“expTestData.mat”)

基于降解功能限制的知识,定义阈值条件指示符值,表示结束的寿命的部件的。

阈值= 500;

假设你测量部件状态指示符每个小时150小时。更新与每个测量训练的退化模型。然后,预测部件的剩余使用寿命,在150小时。该RUL是预测时间处的降解特征将通过指定阈值。

T = 1:150的更新(MDL,expTestData(T,:))结束estRUL = predictRUL (mdl阈值)
estRUL =持续时间136.63人力资源

估计RUL在附近137小时,它表示总的预计寿命287个小时。

负荷训练数据。

负载(“covariateData.mat”)

此数据包含电池放电次数及相关协信息。该协变量是:

  • 温度

  • 负载

  • 生产厂家

制造商信息是一个必须编码的分类变量。

创建一个协生存模型,并利用训练数据训练它。

mdl = covariateSurvivalModel (“LifeTimeVariable”,“DischargeTime”,'LifeTimeUnit',“小时”,“DataVariables”,(“温度”,“负载”,“制造商”]“EncodedVariables”,“制造商”);fit (mdl covariateData)
成功收敛:梯度范数小于选择。tolfun

假设你有一个由制造商生产的电池组B已经运行了30.个小时。创建一个包含使用时间的测试数据表,DischargeTime和测量到的环境温度,TestAmbientTemperature,并绘制电流,TestBatteryLoad

TestBatteryLoad = 25;TestAmbientTemperature = 60;DischargeTime =小时(30);TestData =时间表(TestBatteryLoad TestAmbientTemperature,“B”,'RowTimes'小时(30));TestData.Properties。VariableNames = {“温度”,“负载”,“制造商”};TestData.Properties。DimensionNames {1} ='DischargeTime';

预测电池的使用寿命。

TestData estRUL = predictRUL (mdl)
estRUL =持续时间38.657人力资源

绘制生存函数对电池的协变量数据。

情节(mdl TestData)

负荷训练数据。

负载(“reliabilityData.mat”)

这个数据是一个列向量持续时间表示电池放电时间的对象。

创建一个可靠性生存模型,指定生命时间变量和生命时间单位。

MDL = reliabilitySurvivalModel(“LifeTimeVariable”,“DischargeTime”,'LifeTimeUnit',“小时”);

使用训练数据训练生存模型。

fit (mdl reliabilityData)

预测新部件的寿命,并得到估计的概率分布函数。

[estRUL, ciRUL pdfRUL] = predictRUL (mdl);

画出概率分布。

酒吧(pdfRUL.RUL pdfRUL.ProbabilityDensity)包含(“剩余使用寿命(小时)”(40 [90]))xlim(小时)

通过为预测提供箱子的数量和箱子的大小来改进分布视图。

[estRUL, ciRUL pdfRUL] = predictRUL (mdl,“BinSize”,0.5,“NumBins”,500);酒吧(pdfRUL.RUL pdfRUL.ProbabilityDensity)包含(“剩余使用寿命(小时)”(40 [90]))xlim(小时)

预测已50小时工作的器件的RUL。

[estRUL, ciRUL pdfRUL] = predictRUL (mdl,小时(50),“BinSize”,0.5,“NumBins”,500);酒吧(pdfRUL.RUL pdfRUL.ProbabilityDensity)包含(“剩余使用寿命(小时)”40)xlim(小时([0]))

输入参数

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剩余使用寿命预测模型,指定为以下模型之一。

有关不同模型类型和何时使用它们的更多信息,请参见预测剩余使用寿命的模型

用于使用相似性模型估计RUL的退化特征概要,在组件的生命周期内测量,直到其当前的生命周期,具体如下:

  • (N+ 1)——-数字数组,N特征的个数和为特征度量值的个数。在每一行中,第一列包含使用时间,其余列包含相应的退化特性度量。特性的顺序必须与中指定的顺序匹配DataVariables的属性mdl

  • 表格时间表对象。表中必须包含具有与字符串匹配的名称的变量DataVariablesLifeTimeVariable的性质mdl

数据适用于当mdl是一个hashSimilarityModel,pairwiseSimilarityModel,或residualSimilarityModel,对象。

退化特性界限,指示组件的有效生命周期,指定为N2数组,N是退化特征的个数。为th特性,范围(我,1)特征和的下界是范围(我,2)是上界。特性的顺序必须与中指定的顺序匹配DataVariables的属性mdl

选择界限根据您对降级功能的允许范围的了解。

界限适用于当mdl是一个hashSimilarityModel,pairwiseSimilarityModel,或residualSimilarityModel对象。

退化模型的数据变量阈值限制,指定为标量值。剩余使用寿命是模型预测响应达到阈值前的剩余时间。

的迹象θ的属性mdl指示降解生长方向。如果θ是:

  • 积极的,然后是一个上限的降解特征

  • 负的,然后是下界降解特征

选择根据您对降级特性的允许范围的了解。

适用于当mdl是一个linearDegradationModelexponentialDesgradationModel对象。

组件的当前使用时间,指定为标量值或持续时间对象。的单位usageTime必须与?兼容LifeTimeUnit的属性mdl

组件的当前协变量值和使用时间,指定为:

  • 行向量,其第一列包含使用时间。其余的列只指定组件协变量值,而不指定生命时间值。协变量值的数量必须与估计时使用的协变量数据列的数量和顺序匹配mdl使用适合

  • 表格时间表与一排。该表必须包含在指定的变量LifeTimeVariable,DataVariables,CensorVariable的性质mdl

如果协变量数据包含编码的变量,则必须指定协变量使用一个表格时间表

名称-值对的观点

指定可选的逗号分隔的对名称,值参数。的名字参数名和价值是对应的值。的名字必须出现在引号内。可以以任意顺序指定多个名称和值对参数名1,值1,...,NameN,值N

例:阿尔法,0.2将预测置信区间设置为0.2 / 21-0.2/2百分位的地区。

计算的置信水平ciRUL,指定为逗号分隔的对,由“α”以及0-1范围内的标量值。predictRUL将置信区间计算为α/ 21 -α/ 2百分位的地区。

箱数来评价pdfRUL,指定为逗号分隔的对,由“NumBins”一个正整数。这个论证适用于mdl是退化模型还是生存模型。

滨大小来确定计算寿命pdfRUL,指定为逗号分隔的对,由“BinSize”要么是正的标量,要么是a持续时间对象。这个论证适用于mdl是退化模型或可靠性生存模型。

生存函数转换法,用于生成协变量生存模型的概率密度函数,指定为逗号分隔对组成“方法”以下内容之一:

  • “经验”——生成pdfRUL通过求经验累积分布函数的梯度。累积分布函数为1 -年代(t),在那里年代(t)是生存函数。

  • “韦伯”——生成pdfRUL通过拟合生存函数的威布尔分布。

有关生存函数的更多信息,请参见covariateSurvivalModel

输出参数

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组件剩余使用寿命的估计值,以标量形式返回。方法所示的生命时间变量的单位LifeTimeUnit的属性mdl

置信区间estRUL,作为双元素行向量返回。使用以下命令指定置信区间的百分位数α

RUL概率密度函数,返回为a时间表的生命时间变量mdl是基于时间的,还是作为一个表格否则。

所使用的寿命predictRUL在计算概率密度函数时,取决于您指定的RUL模型的类型。如果mdl是一个:

  • 退化模型,则寿命为[usageTimeusageTime+BinSize*NumBins]。

  • 可靠性生存模型,则寿命为[TT+BinSize*NumBins),T是否指定了使用时间usageTime

  • 协变量生存模型,则寿命为linspace (T1, T2,NumBins),在那里(T1, T2)组件的寿命范围是否由BaslineCumulativeHazard的属性mdl

  • 相似的模式,那么寿命取决于由搜索算法找到最近的邻居的寿命。例如,如果NumNearestNeighbors的属性mdl1010个最近的邻居的生命周期在10个月到3年之间,然后在这个范围内找到失败时间的柱状图。predictRUL然后使用核平滑方法将概率密度函数拟合到原始直方图数据中。

直方图绘制的原始相似度评分,返回为a时间表的生命时间变量mdl是基于时间的,还是作为一个表格否则。histRUL有以下变量:

  • “原则”-用于拟合参数的历史组件的剩余有用寿命值mdl

  • “NormalizedDistanceScore”-通过将测试组件与用于拟合参数的历史组件进行比较得到的相似性得分mdl

数据的直方图histRUL的未安装版本pdfRUL。在MATLAB中绘制直方图®命令行中,键入:

栏(histRUL.RUL histRUL.NormalizedDistanceScore)

histRUL返回的时候mdl是一个hashSimilarityModel,pairwiseSimilarityModel,或residualSimilarityModel对象。

兼容性的考虑

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不建议从R2018b开始

介绍了R2018a