JP2021179768A - シミュレーション装置およびシミュレーション方法 - Google Patents

Abstract

【課題】シミュレータ間の同期回数を減らすことができるシミュレーション装置等を提供する。【解決手段】マイコンシミュレータ１０１（第１シミュレータ）は、信号圧縮処理部１０４（第１信号圧縮処理部）、送信バッファ１０５（第１送信バッファ）を備える。信号圧縮処理部１０４は、送信信号の値が変化するタイミングを２以上含む期間（第１期間）の送信信号から圧縮データを生成する。送信バッファ１０５は、圧縮データを一時的に記憶し、同期スケジューラ１１０からの同期開始指示に従って圧縮データをプラント・回路シミュレータ１０２（第２シミュレータ）へ送信する。【選択図】図１

Description

本発明は、シミュレーション装置およびシミュレーション方法に関する。

従来、複数のシミュレータを連動させた協調シミュレーションシステムにおいては、シミュレーションの速度を向上させる技術が提案されている。

一例として、特許文献１では、シミュレータ間またはシミュレータ内の各論理ブロック間に存在する、許容可能な遅延時間を元に、同期間隔を長くしても正確に動作する範囲を求め、最大の同期間隔を設定して同期回数を削減することで、シミュレーションの動作速度を向上させる仕組みが記載されている。

特開２０１１−２２７０２号公報

協調シミュレーションシステムでは、シミュレータ間の同期処理の計算負荷は大きいため、同期回数を減らすことで、シミュレータの動作速度を向上させる技術が求められる。

特許文献１では、シミュレータ間で受け渡すデータのサンプリング時間と同期タイミングは同じである為、サンプリング時間を短くする必要があるデータがあると、同期タイミングも短くなり、結果同期回数が増えるという欠点を持つ。

そこで、本発明では、シミュレータ間の同期回数を減らすことができるシミュレーション装置及びシミュレーション方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一例は、第１シミュレータと、第２シミュレータと、前記第１シミュレータと前記第２シミュレータの同期を制御する同期スケジューラを備えたシミュレーション装置であって、前記第１シミュレータは、送信信号の値が変化するタイミングを２以上含む第１期間の前記送信信号から圧縮データを生成する第１信号圧縮処理部と、前記圧縮データを一時的に記憶し、前記同期スケジューラからの同期開始指示に従って前記圧縮データを前記第２シミュレータへ送信する第１送信バッファと、を備える。

本発明によれば、シミュレータ間の同期回数を減らすことができる。上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本実施形態に関わるシミュレーション装置の全体の構成図の例である。 本実施形態に関わるシミュレーション装置の信号の送信部の処理の流れを説明するフローチャートの例である。 本実施形態に関わるシミュレーション装置の信号の受信部の処理の流れを説明するフローチャートの例である。 本実施形態に関わるシミュレーション装置の同期スケジューラの処理の流れを説明するフローチャートの例である。 本実施形態に関わる送信信号を説明する例である。 本実施形態に関わる信号圧縮処理部の処理を説明する例である。 本実施形態に関わる送信バッファの処理を説明する例である。 本実施形態に関わる送信用のパケットを説明する例である。 本実施形態に関わる受信バッファの処理を説明する例である。 本実施形態に関わる波形生成処理部を説明する例である。 本実施形態に関わる送信タイミングを説明する例である。

以下、図面を用いて本実施形態に関わるシミュレーション装置の構成及び動作を説明する。本実施形態の目的は、前述した発明の目的と一部重複するが、サンプリング時間を維持したまま、シミュレータ間の同期回数を減らすことができるシミュレーション装置を提供することにある。

図１は、本実施形態の協調シミュレーションシステム１００（シミュレーション装置）の全体構成の一例を示す図である。協調シミュレーションシステム１００は、マイコンシミュレータ１０１とプラント・回路シミュレータ１０２の異なるシミュレータを、同期スケジューラ１１０が同期制御することで動作する。

マイコンシミュレータ１０１は、マイコンモデル１０３、信号圧縮処理部１０４、送信バッファ１０５、同期タイマ１０６、読み出しタイマ１０７、波形生成処理部１０８、受信バッファ１０９で構成される。これらの構成要素は、一例として、プロセッサ、メモリ、通信回路等が協働することによって実現される。

信号圧縮処理部１０４は、通信するデータ量を削減することを目的とし、マイコンモデル１０３から送信された信号に対して圧縮処理を行う。送信バッファ１０５は、信号圧縮処理部１０４から受け取った圧縮データを格納し、パケットに変換してから送信する。同期タイマ１０６は、同期スケジューラ１１０から指示を受け、信号圧縮処理部１０４と送信バッファ１０５に対して信号の送信指示を送る。

換言すれば、協調シミュレーションシステム１００（シミュレーション装置）は、マイコンシミュレータ１０１（第１シミュレータ）と、プラント・回路シミュレータ１０２（第２シミュレータ）と、マイコンシミュレータ１０１とプラント・回路シミュレータ１０２の同期を制御する同期スケジューラ１１０を備える。マイコンシミュレータ１０１（第１シミュレータ）は、少なくとも信号圧縮処理部１０４（第１信号圧縮処理部）、送信バッファ１０５（第１送信バッファ）を備える。

詳細は後述するが、信号圧縮処理部１０４（第１信号圧縮処理部）は、送信信号の値が変化（０→１又は１→０）するタイミングを２以上含む期間（第１期間）の送信信号から圧縮データを生成する。送信バッファ１０５（第１送信バッファ）は、圧縮データを一時的に記憶し、同期スケジューラ１１０からの同期開始指示に従って圧縮データをプラント・回路シミュレータ１０２（第２シミュレータ）へ送信する。これにより、データの送信間隔が長くなるので、シミュレータ間の同期回数を減らすことができる。

本実施形態では、例えば、図１１に示すように、信号圧縮処理部１０４（第１信号圧縮処理部）は、送信信号の初期値（０又は１）と、送信信号の値が変化するタイミングとから圧縮データを生成する。これにより、送信するデータのサイズが小さくなる。また、送信信号の圧縮が容易となる。

図１に示す同期スケジューラ１１０は、マイコンシミュレータ１０１とプラント・回路シミュレータ１０２が同期するタイミングを制御する。なお、ここで示す同期スケジューラを使った同期制御は一例であって、これに限定するものではない。

プラント・回路シミュレータ１０２は、受信バッファ１１１、波形生成処理部１１２、読み出しタイマ１１３、同期タイマ１１４、送信バッファ１１５、信号圧縮処理部１１６、回路モデル１１７、インバータモデル１１８、モータモデル１１９である。

受信バッファ１１１は、パケットを受信し、そこに含まれる圧縮データを取り出して送信する。波形生成処理部１１２は、受信バッファ１１１から圧縮データを受け取ると、その圧縮データを復元して送信する。

詳細は後述するが、波形生成処理部１１２は、パケットに含まれる圧縮データを復元し、圧縮データに含まれる送信信号の初期値（例えば、０又は１）と、送信信号の値が変化するタイミングとから送信信号の波形（例えば、矩形波）を生成する。これにより、送信信号を容易に復元することができる。

読み出しタイマ１１３は、サンプリング時間に合わせて、波形生成処理部１１２の信号の送信タイミングを指示する。

なお、モデル（回路モデル１１７、インバータモデル１１８、モータモデル１１９）は、波形生成処理部１１２によって生成（復元）された送信信号の値がサンプリング時間に合わせて入力され、出力信号を出力する。信号圧縮処理部１１６（第２信号圧縮処理部）は、出力信号の値が変化するタイミングを２以上含む同期時間（第２期間）の出力信号から圧縮データを生成する。送信バッファ１１５（第２送信バッファ）は、同期スケジューラ１１０からの同期開始指示に従い、信号圧縮処理部１１６（第２信号圧縮処理部）によって生成された圧縮データをマイコンシミュレータ１０１（第１シミュレータ）へ送信する。同期タイマ１１４（第２タイマ）は、同期期間（第２期間）の経過後、同期タイミングに到達したことを同期スケジューラ１１０に通知する。同期スケジューラ１１０は、同期タイマ１０６（第１タイマ）と同期タイマ１１４（第２タイマ）からそれぞれの同期タイミングに到達したことを通知された場合、同期開始指示をマイコンシミュレータ１０１（第１シミュレータ）とプラント・回路シミュレータ１０２（第２シミュレータ）へ送信する。これにより、出力信号をマイコンシミュレータ１０１へフィードバックすることができる。

本実施形態では、２つのシミュレータの同期方法とマイコンシミュレータ１０１からプラント・回路シミュレータ１０２への受け渡しについて説明する。

次に、図２の本実施形態の協調シミュレーションシステム１００における、信号を送信するときの処理の流れを示すフローチャートを説明する。ここでの処理は、図１の信号圧縮処理部１０４、送信バッファ１０５、同期タイマ１０６が該当する。

Ｓ２００では、送信信号をサンプリングタイミングで取り込み、データを圧縮する。

Ｓ２０１では、シミュレーションが、同期時間に到達したかどうかを判定する。成立ならばＳ２０２に進み、不成立ならばＳ２００に戻る。不成立判定になると、同期時刻に到達する（Ｓ２０１が成立になる）まで繰り返し、同期タイミングに送信する信号が増えていく。この同期時間は、許容可能なシミュレーション内の遅延時間を事前に計算しておき、その許容可能な遅延時間の分だけ、同期時間を長く設定することができる。

Ｓ２０２では、シミュレーションを停止する。

Ｓ２０３では、信号圧縮処理部１０４は、圧縮データを、送信バッファに送信する。

Ｓ２０４では、同期タイマ１０６は、同期スケジューラ１１０に同期時間到達を報告する。すなわち、同期タイマ１０６（第１タイマ）は、同期時間（第１期間）の経過後、同期タイミングに到達したこと同期スケジューラ１１０に通知する。

Ｓ２０５では、同期タイマ１０６が、同期スケジューラ１１０から同期開始指示を受け取ったかどうかを判定する。成立ならばＳ２０６に進み、不成立ならばＳ２０５を繰り返し、成立になるまで待ち状態となる。

Ｓ２０６では、送信バッファ１０５は、圧縮データをパケットにして送信する。

Ｓ２０７では、同期タイマ１０６は、同期スケジューラに同期完了を報告する。

Ｓ２０８では、同期スケジューラ１１０から、シミュレータ再開の指示を受けたかどうかを判定する。成立ならば、Ｓ２０８に進む。不成立ならばＳ２０８を繰り返し、成立になるまで待ち状態となる。

Ｓ２０９では、シミュレーションの動作時間が、終了時刻に到達したかどうかを判定する。成立ならば処理終了とする。不成立ならばＳ２１０に進み、シミュレーションを再開する。そして、Ｓ２００に戻り、一連の処理を繰り返す。

次に、図３の本実施形態の協調シミュレーションシステム１００における、信号を受信するときの処理の流れを示すフローチャートを説明する。ここでの処理は、図１の受信バッファ１１１、波形生成処理部１１２、読み出しタイマ１１３が該当する。

Ｓ３００は、マイコンシミュレータ１０１のシミュレーションが開始、または再開したかどうかを判定する。成立ならばＳ３０１に進み、不成立ならばＳ３００の処理を繰り返し、待ち状態となる。

Ｓ３０１では、受信バッファは、受信パケットを波形生成処理部に送信する。

Ｓ３０２では、波形生成処理部は、受信した圧縮データを復元する。

Ｓ３０３では、波形生成処理部からサンプリングタイミングでデータを読み出し、回路モデルに送信する。

Ｓ３０４では、波形生成処理部の信号は、全て送信が完了したかどうかを判定する。成立ならばＳ３０５に進み、不成立ならばＳ３０３に戻る。

Ｓ３０５では、シミュレーションの動作時間が、終了時刻に到達したかどうかを判定する。成立ならば処理終了とする。不成立ならばＳ３００に戻り、一連の処理を繰り返す。

次に、図４の本実施形態の協調シミュレーションシステム１００における、マイコンシミュレータとプラント・回路シミュレータを同期させる同期スケジューラ１１０の処理の流れを示すフローチャートを説明する。

Ｓ４００では、全てのシミュレータから、同期時間到達報告を受け取ったかどうかを判定する。成立ならばＳ４０１に移り、不成立ならばＳ４００を繰り返し、成立になるまで待ち状態となる。

Ｓ４０１では、各シミュレータの同期タイマに、同期開始指示を送る。

Ｓ４０２では、全てのシミュレータから、同期完了報告を受け取ったかどうかを判定する。成立ならばＳ４０３に移り、不成立ならばＳ４０２を繰り返し、成立になるまで待ち状態となる。

Ｓ４０３では、各シミュレータの同期タイマに、シミュレーション再開指示を送る。

Ｓ４０４では、シミュレーションの動作時間が、終了時刻に到達したかどうかを判定する。成立ならば処理終了とする。不成立ならばＳ４００に戻り、一連の処理を繰り返す。

次に、図５の送信信号の一例として、ＰＷＭ信号のＵ相、Ｖ相、Ｗ相を適用した例を説明する。ここでは、マイコンモデル１０３から信号圧縮処理部１０４に、ＰＷＭ信号のＵ相（ＰＷＭ＿Ｕ）、Ｖ相（ＰＷＭ＿Ｕ）、Ｗ相（ＰＷＭ＿Ｗ）を送る場合、サンプリング周期５００で各相のデジタル値（０又は１）を取得すると、サンプリング回数×信号本数のデータ量が必要となる。

次に、図６の本実施形態に関わる信号圧縮処理部１０４の処理を説明する。本実施形態では、圧縮する信号（送信信号）は、一例としてＰＷＭ信号のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の信号である。ここで示す圧縮データでは、初期値６０１と信号変化タイミング６０２を取得することで、データ量を削減する。なお、ここで説明した圧縮処理は一例であって、これに限定するものではなく、送信信号に合わせて効果的な可逆圧縮や非可逆圧縮等の圧縮処理を適用する。

次に、図７の送信バッファ１０５の処理を説明する。なお、送信する信号は、一例としてＰＷＭ信号のＵ相、Ｖ相、Ｗ相である。

送信バッファ１０５は、信号圧縮処理部１０４から送られた圧縮データを、圧縮データ格納バッファ７００に格納する。その格納した圧縮データをパケット生成処理部７０１に送り、パケットに変換して送信する。パケットの送信は、同期タイマ１０６から送信指示を受けてから行う。

次に、図８のパケット生成処理部７０１で生成するパケット８００を説明する。パケット８００は、送信宛先ID、送信元ID、シーケンス番号、同期時刻情報、送信データ長、送信データの各フィールドで構成される。送信データ８０１は、信号数８０２と、信号数８０２の数だけ圧縮データ長８０３と圧縮データ８０４が含まれている。例えば、送信する信号がＰＷＭ信号の場合、図８の信号数８０２は３となり、信号０、信号１、信号２がそれぞれＰＷＭ信号のＵ相、Ｖ相、Ｗ相に対応する。なお、ここで説明したパケットの構成は一例であって、これに限定するものではない。

本実施形態では、信号圧縮処理部１０４（第１信号圧縮処理部）は、互いに異なる２以上の送信信号（ＰＷＭ信号のＵ相、Ｖ相、Ｗ相）から圧縮データをそれぞれ生成する。送信バッファ１０５（第１送信バッファ）は、それぞれ生成された圧縮データを含むパケット８００を生成し、パケット８００をプラント・回路シミュレータ１０２（第２シミュレータ）へ送信する。これにより、互いに異なる２以上の送信信号のそれぞれの圧縮データをまとめて送信することができる。

次に、図９の受信バッファ１１１の処理を説明する。受信バッファ１１１に送信されるパケット８００は、パケット受信バッファ９００に格納する。そのパケットには複数の圧縮データが含まれており、圧縮データ取り出し処理部９０１で種類別に取り出し、送信する。

次に、図１０の波形生成処理部１１２の処理を説明する。波形生成処理部１１２に送信される圧縮データを、圧縮データ復元処理部１０００で復元する。その復元したデータは、データ取り出し処理部１００１に格納し、読み出しタイマ１１３がサンプリングタイミングに合わせて送信指示を出すことにより、送信する。

以上述べたように、本実施形態の手段によれば、複数のシミュレータを連動させる協調シミュレーションシステムにおいて、サンプリング時間を維持したまま、許容可能な遅延時間の分だけ同期タイミングを長く設定して同期回数を削減することを可能とし、シミュレーションの動作速度を向上させることができる。

なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。例えば、自動車、電動機、発電機、鉄道、ロボット、工作機械、医療機器、ＩｏＴ機器、複合領域物理モデルシミュレータ、車両運動シミュレータ、等にも適用可能である。

上記実施形態では、マイコンシミュレータ１０１、同期スケジューラ１１０、プラント・回路シミュレータ１０２は、例えば、１台のコンピュータで実行されるソフトウェアによって実現されるが、それぞれ別のコンピュータで実行されるソフトウェアによって実現されてもよい。

また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）等の記録装置、または、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に置くことができる。

また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、図面上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。

なお、本発明の実施形態は、以下の態様であってもよい。

（１）．異なる複数のシミュレータを連動する協調シミュレーションで、送信信号を圧縮する手段と、圧縮データを格納してパケットに変換してから送信するバッファと、同期タイミングを指示するタイマと、パケットを受信して圧縮データを取り出すバッファと、圧縮データを復元する手段と、サンプリング時間に合わせて信号の送信を指示するタイマと、を備え、シミュレーションの動作速度を向上させることを特徴とするシミュレーション装置。

（２）．同期タイミングに到達するまでサンプリングタイミングで送信データを取り込み、送信データを圧縮することを特徴とする（１）に記載のシミュレーション装置。

（３）．複数の圧縮データをパケットに変換し、同期タイミングで纏めて送信することを特徴とする（１）に記載のシミュレーション装置。

（４）．受信したパケットから圧縮データを取り出して復元することを特徴とする（１）に記載のシミュレーション装置。

（５）．サンプリング時間に合わせて、信号の送信を指示することを特徴とする（１）に記載のシミュレーション装置。

すなわち、（１）−（５）では、例えば、許容可能なシミュレーション内の遅延時間を事前に計算しておき、その許容可能な遅延時間の分だけ、同期タイミングを長く設定する。その同期タイミングに到達するまで、送信信号は送信バッファ１０５に格納され、同期タイミングで纏めて送信する。

上記（１）−（５）によれば、複数のシミュレータを連動した協調シミュレーションにおいて、サンプリング時間を維持したまま、シミュレータ間の同期回数を減らすことで、シミュレーションの動作速度を向上することが可能である。

１００…協調シミュレーションシステム、１０１…マイコンシミュレータ、１０２…プラント・回路シミュレータ、１０３…マイコンモデル、１０４…信号圧縮処理部、１０５…送信バッファ、１０６…同期タイマ、１１０…同期スケジューラ、１１１…受信バッファ、１１２…波形生成処理部、１１３…読み出しタイマ、１１７…回路モデル、１１８…インバータモデル、１１９…モータモデル

Claims (7)

1. 第１シミュレータと、第２シミュレータと、前記第１シミュレータと前記第２シミュレータの同期を制御する同期スケジューラを備えたシミュレーション装置であって、
   前記第１シミュレータは、
   送信信号の値が変化するタイミングを２以上含む第１期間の前記送信信号から圧縮データを生成する第１信号圧縮処理部と、
   前記圧縮データを一時的に記憶し、前記同期スケジューラからの同期開始指示に従って前記圧縮データを前記第２シミュレータへ送信する第１送信バッファと、を備えることを特徴とするシミュレーション装置。
2. 請求項１に記載のシミュレーション装置であって、
   前記第１信号圧縮処理部は、
   前記送信信号の初期値と、前記送信信号の値が変化するタイミングとから前記圧縮データを生成する
   ことを特徴とするシミュレーション装置。
3. 請求項２に記載のシミュレーション装置であって、
   前記第１信号圧縮処理部は、
   互いに異なる２以上の前記送信信号から前記圧縮データをそれぞれ生成し、
   前記第１送信バッファは、
   それぞれ生成された前記圧縮データを含むパケットを生成し、
   前記パケットを前記第２シミュレータへ送信する
   ことを特徴とするシミュレーション装置。
4. 請求項３に記載のシミュレーション装置であって、
   前記第２シミュレータは、
   前記パケットを受信する受信バッファと、
   前記パケットに含まれる前記圧縮データを復元し、前記送信信号の初期値と、前記送信信号の値が変化するタイミングとから前記送信信号の波形を生成する波形生成処理部と、を備える
   ことを特徴とするシミュレーション装置。
5. 請求項４に記載のシミュレーション装置であって、
   前記第１シミュレータは、
   前記第１期間の経過後、同期タイミングに到達したことを前記同期スケジューラに通知する第１タイマを備え、
   前記第２シミュレータは、
   前記波形生成処理部によって生成された前記送信信号の値がサンプリング時間に合わせて入力され、出力信号を出力するモデルと、
   前記出力信号の値が変化するタイミングを２以上含む第２期間の前記出力信号から圧縮データを生成する第２信号圧縮処理部と、
   前記同期スケジューラからの同期開始指示に従い、前記第２信号圧縮処理部によって生成された前記圧縮データを前記第１シミュレータへ送信する第２送信バッファと、
   前記第２期間の経過後、同期タイミングに到達したことを前記同期スケジューラに通知する第２タイマと、を備え、
   前記同期スケジューラは、
   前記第１タイマと前記第２タイマからそれぞれの同期タイミングに到達したことを通知された場合、同期開始指示を前記第１シミュレータと前記第２シミュレータへ送信する
   ことを特徴とするシミュレーション装置。
6. 請求項３に記載のシミュレーション装置であって、
   前記送信信号は、
   ＰＷＭ信号の各相の信号である
   ことを特徴とするシミュレーション装置。
7. 送信信号の値が変化するタイミングを２以上含む第１期間の前記送信信号から圧縮データを生成する第１信号圧縮処理工程と、
   前記圧縮データを一時的に記憶し、同期スケジューラからの同期開始指示に従って前記圧縮データを第１シミュレータから第２シミュレータへ送信する第１送信工程と、
   をプロセッサに実行させることを特徴とするシミュレーション方法。

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