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リアルタイムシミュレーションとは

シミュレーションシステム

リアルタイムシミュレーションとは?

リアルタイムシミュレーションとは、コンピュータの中と外が一体となって一緒の時間を共有して動くシミュレーションを指します。


実機試験の時間の流れ
実機環境
リアルタイム・シミュレーション中での経過時間

[制御機器]
実時間

連携可能

[制御対象]
実時間
両者共に実機なので、両者は実時間上で連携できる
実機試験では自然時間のうえでテストが行われます。


PC上でのシミュレーション
一般的なPC上でのシミュレーション
シミュレーション中での経過時間 (ケース 1)

[実機]
実時間

連携不可能

[シミュレーション]
大規模・複雑なモデル
(実時間より遅すぎる)
シミュレーション中での経過時間 (ケース 2)

[実機]
実時間

連携不可能

[シミュレーション]
小規模・シンプルなモデル
(実時間より速すぎる)
実機とシミュレーションは連携できない
PC上でのシミュレーションはCPUもパフォーマンスやモデルの大小、複雑さに依存して時間の進み方が変わります。


リアルタイムシミュレーション
シミュレーションと実機の連携
リアルタイム・シミュレーション中での経過時間

[実機]
実時間

連携可能

[リアルタイムシミュレータ]
リアルタイムシミュレーション
(実時間と同期)
シミュレーションの中での経過時間と実時間の同期を 保ち続けることにより、実機とシミュレーションの間で 信号や情報の連携が可能
リアルタイムシミュレーションでは、リアルタイムシミュレータは自然時間に沿った演算周期ごとにレスポンスを返すことで、コンピュータの中(リアルタイムシミュレータ)と外(実機システム)が一緒の時間を共有できるようになり、両者は繋がって相互に連携し合いながら動く事が出来ます。



リアルタイムシミュレータの歴史

リアルタイムシミュレータの歴史は、大きく分けてアナログシミュレータとデジタルシミュレータから成り立っています。

初期のリアルタイムシミュレータとしては、アナログシミュレータが使われており、電力会社などでは主流になっていました。
しかし、非常に高価で一部の研究部門で使われるだけでした。

その後のリアルタイムシミュレータの進歩はコンピュータ技術の発展に常に支えられてきました。
1970年代にカナダのハイドロケベックの研究所でアナログシミュレータの発電機部分をマイクロコンピュータを使ったディジタルモデルに置き換えたハイブリッドシミュレータが開発されました。OPAL-RTの創業者はその開発チームの一員でした。

ハイブリッドから完全ディジタルシミュレータへの流れは、前述のハイドロケベックの研究所による高速演算コンピュータによる高速汎用プラットフォームを用いたデジタル高速汎用コンピュータシミュレータとマニトバHVDCリサーチセンターによるカスタムハードウエアによる小規模演算部分モデルを多数組み合わせることで高速化を志向したデジタルカスタ仕様ムシミュレータという大きく2つがあり、それぞれ大きく発展してきました。

汎用のPCが高速になり、4コア・8コアという並列処理に近いCPU技術の進展で従来は専用のワークステーションでしか出来なかった高速な演算処理がデスクサイドで簡単に出来るようになりました。
汎用プラットフォームの流れから発展してきたOPAL-RT社は、それらの技術革新を活用し、高性能で安価なリアルタイムシミュレータを実現しました。
さらにFPGAを用いたオンチップシミュレータを業界に先駆けて実現しました。
さらにMATLAB/Simulink などの数値演算ツールの広がりに伴い、従来は専門家しか出来なかった数値解析処理が個々のエンジニアで可能になり、リアルタイムシミュレータが一層広く使われるようになってきました。


リアルタイムシミュレータ技術の進化



リアルタイムシミュレーションのしくみ

リアルタイムシミュレータではモデル化された部分と 実際の装置が混在して使われます。
リアルタイムシミュレータでは、実機の挙動は実時間で模擬され、1秒で行なわれる動作は1秒をかけてシミュレーションされます(リアルタイム)。

非リアルタイムシミュレーション(オフラインシミュレーション)の場合のComputation(CPU演算の時間軸)

リアルタイムより速い場合
演算が速く終わりすぎる為に演算周期(以下TS)1単位に対して2TS分の演算結果が来てしまっています。
これはリアルタイムになりません。


リアルタイムより遅い場合
演算が遅すぎる為に2TSかけてようやく1TS分の演算結果が来ています。
これはリアルタイムになりません。


リアルタイムシミュレーションの場合のComputation(CPU演算の時間軸)

1TS毎に1つの演算結果が来ています。
この状態になることで、はじめてリアルタイム・シミュレーションが可能となります。


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

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