モータHILSシステム

モータHILSシステム

モータHILSは、パワエレ関係のリアルタイムシミュレーションで、最も広く使われています。

モータは駆動系の中では、エンジンなどに比べると古くから数値化が進んでおり、 シミュレーションも多く行われて来ています。
モータHILSが使われている目的のうち最も多いのが、インバータと組み合わせた制御アルゴリズムの検証です。
制御アルゴリズムの多くはSimulinkを使用して作られています。

モータHILS

モータHILSの要素

モータHILSはモータ・インバータを中心とする駆動系とPWM信号を発生させるコントローラの全体の動きをリアルタイムシミュレーションしようというものです。

モータHILSでは、モータモデルがどこまで実機に近い特性を持っているか、コントローラが制御するPWM信号(通常はnsecオーダーの精度が要求される)をどこまで精度良く再現できるか、電流や電圧をどこまで正しく計測できるかなどが重要な要素となります。

この為リアルタイムシミュレーション結果が理論的に合っているかだけではなく、実機データにどこまで近づけるかが大きな問題となります。


OPAL-RT社のモータHILSはこれらを実現する為の様々な仕組みを持っています。
モータHILSの性能を左右する要素として、ソフトではモデルとモデルの精度を高める為のソルバ(RT-EVENTS、ARTEMiS等)が用意されています。

ハードウエアでは、デジタルIOのクロック精度、アナログIOの分解能や時間遅れ(FPGA制御)などがあげられます。
OPAL-RT社のモータHILSは、モータ・インバータ・コントローラを含めた全ての分野で最高峰の性能をもったリアルタイムシミュレータです。

モータHILSの種類


モータHILSは大きく分けてRapidly Prototyped Controller と Hardware In the Loop Simulation の2種類に分けられます。
Rapidly Prototyped Controller
コントローラがバーチャル(モデル)、プラントが実機のシステムです。
実機がすでに存在する場合、コントローラのアルゴリズムを検証する場合に使われます。

Hardware In the Loop Simulation
コントローラが実機、プラントがバーチャル(モデル)のシステムです。
実機がまだ出来ていない場合にコントローラの動作検証をする場合に使われます。
モータHILSと言う場合はこの使い方が多く、一般的にモータHILSといった場合は、 この構成を指すことが多いようです。


モータHILSの考え方


Hardware In the Loop Simulation (HILS) は、一部分の機能に実機を用いることで、 実機とモデルを使ったリアルタイムシミュレーション(HILS)が可能です。

モータHILS装置を使うと、実際に装置を組み上げる前に、コンポーネントの評価とシステム全体の動きの確認を行なうことが出来ます。
EV車やHV車等では大まかに上記のようなブロックで構成されます。

コントローラ(ECU)のアルゴリズムを検証したい場合、モデルの内部/外部コントローラ切替(赤字のブロック)を内部に設定し、フィジカルモデル(モータ・インバータ)もコントロールモデル(コントローラ・PWM生成)も両方ともモデル(バーチャル)に設定します。

SILS(Software In the Loop)として 全体の動きを検証します。
次に、内部/外部コントローラ切替(赤字のブロック)を外部に設定し、フィジカルモデル(モータ・インバータ)はそのままで、コントロールモデルを実機コントローラと入れ替えます。
実際のコントローラを使用してバーチャルなインバータ・モータを駆動させ 制御アルゴリズムが正しく設計されているかを検証します。

モータHILSと精度

モータHILSの精度を保証する為には、ソフトウエア(モデル)とハードウエア(装置)との両面から仕様の検討が必要です。
OPAL-RT社ではモデリングを精度良く行う為に、いろいろなソルバが用意されています。

これらのソルバはPWM やスイッチングイベントの時間精度を保証したり、IGBTのデッドタイムを精度良く制御したりする為のモデル作成に役立ちます。
ハードウエアとしてはIOの制御をPCIではなく、FPGAから直接行なう仕組みを取り入れ、遅延がないIO制御を行なうことが可能です。


精度
  • 電力駆動のダイナミクスを確認できる高速なステップサイズ
  • 簡易的なモデルではなく、回路を考慮したモデルの利用
  • 高精度なモデリングツールの利用(FEAソフトウェア等)

拡張性
  • 様々な分野で使用できる事(電力、機械、電磁、流体、etc...)
  • マルチノード対応(並列処理による大規模モデルへの対応)
  • IOを多数用いた、複数のECUとの接続への対応

モデリング
  • BLDC, PMSM, IM, RSMなど様々なモータへの対応
  • インバータにおけるデッドタイムのシミュレーション
  • 回生モードのサポート
  • 様々な故障モードのサポート
  • 複数のモータの同時シミュレーションへの対応

OPAL-RTのモータ・インバータ対応リアルタイムシミュレータは RCP・HILSのどちらにも対応が可能です。
特にモータHILSにつきましては他社にない 様々な特長を持っています。


お問い合わせ先
株式会社 NEAT
愛知県名古屋市千種区池下1-11-21
TEL:052-764-3311FAX:052-764-3632

Opal-RT Technologies,Inc.
1751 Richardson, Suite 2525 Montreal, Quebec, Canada, H3K 1G6
TEL:+1-514-935-2323FAX:+1-514-935-4994

* 記載の会社名および製品名は、各社の登録商標および商標です。

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