JP4209266B2 - リアルタイムシミュレーション装置およびリアルタイムシミュレーション方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、計算機上で構築された装置モデルをソフトウェア上で模擬動作させ、演算結果をリアルタイムで出力するリアルタイムシミュレーションに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
制御信号で動作する装置の計算機を用いたリアルタイムシミュレーションは、上記装置を計算機上で模擬して装置モデルを構築し、制御信号を取り込んで装置モデルをソフトウェア上で模擬動作させ、演算結果をリアルタイムで出力するものである。計算機では通常ディジタル処理が行なわれるため、外部から入力されるアナログ信号である制御信号はＡ／Ｄ変換によりディジタル信号に変換されて用いられる。シミュレーションの精度を向上させるため、可能な限り高速にアナログ信号をサンプリングしてＡ／Ｄ変換することが重要であるが、このサンプリング周期は計算機の性能で制約されているため、サンプリングの高速化には限界がある。
このようなサンプリング周期の制約がある場合にも信号を正確に検出する従来の方法には、Ａ／Ｄ変換器で測定波形をディジタル信号に変換したデータに対して、測定波形の周期を再生するためのリサンプリングを行うものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平２−２３３００５号公報（第１−４頁）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のシミュレーション方法では、正弦波のような周期を有した連続波形の場合には有効であるが、高速にオン／オフ動作するパルス幅変調信号（ＰＷＭ信号）の場合は、波形を正確に検出することができない。このため、ＰＷＭ信号により駆動制御される電力変換装置をリアルタイムシミュレーションする場合、計算機上で取り込まれるＰＷＭ信号に基づくディジタル信号が精度の低い信号となり、電力変換装置の装置モデルを用いて行うリアルタイムシミュレーションを信頼性良く高精度に行うことは困難であった。
【０００５】
この発明は、上記のような問題点を解消するために成されたものであって、サンプリング周期の制約がある場合にも、計算機上で電力変換装置の模擬動作に用いるためにＰＷＭ信号を精度良く模擬した信号を生成することを目的とする。また、ＰＷＭ信号により駆動制御される電力変換装置を計算機を用いて、ソフトウェア上で信頼性良く高精度にリアルタイムシミュレーションすることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るリアルタイムシミュレーション装置は、入力される波形信号を所定のサンプリング周期でＡ／Ｄ変換してディジタル制御信号を生成し、該ディジタル制御信号に基づいてリアルタイムシミュレーションを行う装置であって、上記波形信号としてＰＷＭ信号を入力し、該ＰＷＭ信号を上記サンプリング周期でＡ／Ｄ変換する処理に先立って、上記ＰＷＭ信号をリアルタイムに模擬する信号に変成する信号生成手段を備える。そして、上記信号生成手段は、上記サンプリング周期毎の上記ＰＷＭ信号のパルス幅に応じて、該サンプリング周期毎に出力信号レベルが変動する矩形信号に、上記ＰＷＭ信号を変成するものである。
【０００７】
またこの発明に係るリアルタイムシミュレーション方法は、入力される波形信号を所定のサンプリング周期でＡ／Ｄ変換してディジタル制御信号を生成し、該ディジタル制御信号に基づいてリアルタイムシミュレーションを行う方法であって、上記波形信号としてＰＷＭ信号を入力し、上記ＰＷＭ信号を上記サンプリング周期でＡ／Ｄ変換する処理に先立って、該ＰＷＭ信号をリアルタイムに模擬する模擬信号に変成する処理を備える。そして、該模擬信号に変成する処理は、上記サンプリング周期より十分短い時間周期で上記ＰＷＭ信号のＯＮ／ＯＦＦ出力レベルを検出するステップと、該検出された出力レベルを上記サンプリング周期毎に平均化処理して出力信号レベルを繰り返し出力するステップと、上記繰り返し出力される出力信号レベルを該サンプリング周期の１周期間保持して順次更新して矩形信号を生成するステップとを有して、上記サンプリング周期毎の上記ＰＷＭ信号のパルス幅に応じて、該サンプリング周期毎に上記出力信号レベルが変動する上記矩形信号を、上記ＰＷＭ信号の模擬信号として出力するものである。
【０００８】
またこの発明に係るリアルタイムシミュレーション方法は、計算機上のソフトウェアで構築された装置モデルを用い、ディジタル制御信号に基づいて上記装置モデルをソフトウェア上で模擬動作させ、演算結果をリアルタイムで出力する方法である。また上記装置モデルとして、ＰＷＭ信号により駆動制御される電力変換装置を模擬したモデルを用い、上記模擬動作に先立って、上記ＰＷＭ信号を模擬する入力制御信号を生成する第１のステップと、該入力制御信号を所定のサンプリング周期でＡ／Ｄ変換して上記ディジタル制御信号を生成する第２のステップとを備える。また上記第１のステップは、上記所定のサンプリング周期より十分短い時間周期で上記ＰＷＭ信号のＯＮ／ＯＦＦ出力レベルを検出し、該検出された出力レベルを上記サンプリング周期毎に平均化処理することにより、該サンプリング周期毎の上記ＰＷＭ信号のパルス幅に応じて出力信号レベルを演算し、上記サンプリング周期毎に上記出力信号レベルが変動する矩形信号となる上記入力制御信号を生成するものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態を図について説明する。
図１は、この発明の実施の形態１によるリアルタイムシミュレーション装置を示す構成図である。
図に示すように、リアルタイムシミュレーション装置としてのリアルタイムシミュレータ１は、計算機としてのマイクロコンピュータ２と入出力手段としてのインターフェースボード８とで構成され、マイクロコンピュータなどで構成されＰＷＭ信号を発生するＰＷＭ制御装置とその制御対象である実機とを備えた電子機器９からのＰＷＭ信号を入力として、マイクロコンピュータ２上で計算された演算結果を出力して電子機器９へフィードバックする。マイクロコンピュータ２は、制御対象である実機をマイクロコンピュータ２上のソフトウェアで模擬した装置モデルを構築し、該装置モデルを模擬動作させる模擬動作手段３を備え、例えば電気車のインバータ、誘導電動機、ＬＣフィルタなどの、電力変換装置としての主回路装置をモデル化した装置モデルを動作させて演算結果を出力する。
インターフェースボード８は、平均化手段としての平均化処理要素５と保持手段としての保持回路６とを備えた、電子機器９のＰＷＭ制御装置からのＰＷＭ信号を入力するためのＰＷＭ信号取込みボード４、およびマイクロコンピュータ２から出力されたディジタル信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａボード７を備える。
【００１０】
次に、動作について説明する。
リアルタイムシミュレータ１では、電子機器９から出力されるＰＷＭ信号Ｕｐ、Ｖｐ、Ｗｐ、Ｘｐ、Ｙｐ、Ｚｐをインターフェースボード８に入力し、ＰＷＭ信号取込みボード４を介してマイクロコンピュータ２に入力する。マイクロコンピュータ２ではディジタル処理が行なわれるため、入力されたアナログのＰＷＭ信号は所定のサンプリング周期でのサンプリング処理によるＡ／Ｄ変換でディジタル信号に変換されて用いられる。
ＰＷＭ信号取込みボード４では、まず平均化処理要素５にて、入力されたＰＷＭ信号を、上記Ａ／Ｄ変換時の所定のサンプリング周期よりもはるかに短い時間幅（計算刻み幅Δｔ）の周期（計算刻み周期）で計測し、上記サンプリング周期毎に平均化処理を行う。次に保持回路６にて、平均化処理要素５によりサンプリング周期毎に繰り返し算出される平均値を次の平均値が出力するまでの間保持し、該平均値を出力信号レベルとした矩形信号を生成して、マイクロコンピュータ２に入力する。即ち、ＰＷＭ信号取込みボード４では、後段のマイクロコンピュータ２にて設定されている所定のサンプリング周期を単位時間として、この単位時間毎に出力信号レベルが変動する連続波形である矩形信号に、入力されたＰＷＭ信号を変成する。
【００１１】
ＰＷＭ信号取込みボード４での処理を、図２に基づいて以下に詳述する。
図２（ａ）は、電子機器９から出力される実際のＰＷＭ信号１０、例えばＵ相ＰＷＭ信号Ｕｐを示し、図２（ｂ）は、平均化処理要素５によって平均化処理計算を行った後の平均値ａ（ｎ）を示し、図２（ｃ）は、保持回路６により保持された後のＰＷＭ信号である矩形信号１１を示す。また、図２（ｄ）は、サンプリングによる誤差１２を示すが、これについては後述する。
まず、電子機器９から出力されるＰＷＭ信号１０のオン状態（ＨＩＧＨ）とオフ状態（ＬＯＷ）とを、上記Ａ／Ｄ変換時の所定のサンプリング周期１３よりもはるかに短い計算刻み幅Δｔ１４の計算刻み周期で計測し、サンプリング期間Ａ（ｎ）に占めるオン状態（ＨＩＧＨ）期間１５の比を、式（１）により計算し、これを平均値ａ（ｎ）として出力する。
【００１２】
ａ（ｎ）＝ＴＨ／（ＴＬ＋ＴＨ） ・・・・（１）
但し、 ＴＨ：オン状態（ＨＩＧＨ）期間１５
ＴＬ：オフ状態（ＬＯＷ）期間１６
（ＴＬ＋ＴＨ）：サンプリング周期１３
【００１３】
上記平均化処理では、あるサンプリング期間Ａ（n）においてＰＷＭ信号１２のＯＮ／ＯＦＦ出力レベルを計算刻み周期で計測し、計算刻み幅Δｔを乗算して得たオン状態（ＨＩＧＨ）期間１５により、上式（１）の計算を行う。そして、計算した平均値ａ（ｎ）を次のサンプリング期間Ａ（ｎ＋１）の始点に出力する。同様に、サンプリング期間Ａ（n＋１）においてもＰＷＭ信号１２のＯＮ／ＯＦＦ出力レベルを計算刻み周期で計測して平均値ａ（ｎ＋１）を演算し、次のサンプリング期間Ａ（ｎ＋２）の始点に出力する。この繰り返し処理により、入力されＰＷＭ信号１２のサンプリング周期毎の平均値を計算する。
上記平均化処理要素５により計算された平均値ａ（ｎ）は、保持回路６に入力される。そして、保持回路６では、入力された平均値ａ（ｎ）を、次の平均値ａ（ｎ＋１）が入力されるまでその値を保持する。同様の処理をａ（ｎ＋１）、ａ（ｎ＋２）についても行い、連続波形化された矩形信号１１を生成する。
この保持回路６により連続波形化されたＰＷＭ信号（矩形信号）１１は、マイクロコンピュータ２に入力される。
【００１４】
平均化処理要素５及び保持回路６により、実際のＰＷＭ信号１０のサンプリング期間Ａ（ｎ）内の、パルス幅と高さ（１）とで決まる面積１７を、矩形信号１１のサンプリング期間Ａ（n＋１）内の、サンプリング周期１３と高さとで決まる面積１８に一致させることができる。即ち、実際のＰＷＭ信号１０のサンプリング期間Ａ（ｎ）内のパルス幅は、矩形信号１１のサンプリング期間Ａ（n＋１）内の出力信号レベルに読み替えられる。
【００１５】
ＰＷＭ信号取込みボード４で変成されたＰＷＭ信号（矩形信号）１１は、マイクロコンピュータ２に入力され、サンプリング処理によるＡ／Ｄ変換でディジタル信号に変換される。そして、このディジタル信号を制御信号として、上述したように模擬動作手段３により装置モデルが模擬動作される。
矩形信号１１のサンプリング期間毎に変動する出力信号レベルは、実際のＰＷＭ信号１０のパルス幅を示しているため、マイクロコンピュータ２に入力された矩形信号１１は、Ａ／Ｄ変換でのサンプリング処理によりＰＷＭ信号１０のパルス幅と同等の情報を有するディジタル制御信号に変換されて模擬動作手段３に用いられる。図２（ｄ）のサンプリングによる誤差１２は、ＰＷＭ信号１０のパルス幅が、上記Ａ／Ｄ変換でのサンプリング処理により正確に検出されたかを示す誤差であり、誤差はほぼ０である。
なお、例えばＵ相ＰＷＭ信号Ｕｐを用いて示したが、その他のＰＷＭ信号Ｖｐ、Ｗｐ、Ｘｐ、Ｙｐ、Ｚｐについても同様の処理を行うものとする。
【００１６】
マイクロコンピュータ２内の模擬動作手段３は模擬的に制御対象の主回路装置の役割を実現し、模擬対象物の内部情報（電流等）を計算し、計算された演算結果をインターフェースボード８のＤ／Ａボード７に出力する。Ｄ／Ａボード７はマイクロコンピュータ２の演算結果をデジタル信号からアナログ信号に変換し、電子機器９にフィードバックする。
【００１７】
この実施の形態では、ＰＷＭ制御装置からのＰＷＭ信号１０は、リアルタイムに矩形信号１１に模擬され、この矩形信号１１はＡ／Ｄ変換されて模擬動作手段３に取り込まれる際、ＰＷＭ信号１０のパルス幅と同等の情報を有するディジタル制御信号に変換される。これにより、模擬動作手段３は制御対象の装置モデルを用いて行うリアルタイムシミュレーションを信頼性良く高精度に行うことができる。また、ＰＷＭ制御装置とその制御対象である実機とを備えた電子機器９の検証を信頼性良く行える。
【００１８】
実施の形態２．
図３は、この発明の実施の形態２によるリアルタイムシミュレーション装置を示す構成図である。この実施の形態２においても、リアルタイムシミュレーション装置としてのリアルタイムシミュレータ１は、計算機としてのマイクロコンピュータ２と入出力手段としてのインターフェースボード８とで構成され、電子機器９からのＰＷＭ信号を入力として、マイクロコンピュータ２上で計算された演算結果を出力して電子機器９へフィードバックする。インターフェースボード８は、平均化手段としての平均化処理要素５と保持手段としての保持回路６とを備えたＰＷＭ信号取込みボード４、およびマイクロコンピュータ２から出力されたディジタル信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａボード７を備える。ここでは、便宜上、ＰＷＭ信号取込みボード４のハードウェアの構成だけを図示する。その他の構成は、上記実施の形態１と同様であり同様に動作する。
【００１９】
図３に示すように、平均化処理要素５は、外部信号１９を入力として該外部信号１９の周波数を決定するためのカウンタ要素２１と、サンプリング周期Ｔと外部信号１９の周波数とのテーブル要素２２と、計算刻み幅Δｔと外部信号１９の周波数とのテーブル要素２３と、平均化処理を行う要素２４とを備える。
なお、２０は電子機器９から出力されるＰＷＭ信号、２５は外部信号１９の周波数、２６はテーブル２２により設定されたサンプリング周期Ｔ、２７はテーブル２３により設定された計算刻み幅Δｔ、２８は平均化処理によって出力される平均値、２９は保持回路６によって連続波形化されたＰＷＭ信号（矩形信号）である。
上述の２１〜２４の要素はすべてハードウェアによって実現するものである。
【００２０】
次に、動作について説明する。
リアルタイムシミュレータ１では、電子機器９から出力されるＰＷＭ信号Ｕｐ、Ｖｐ、Ｗｐ、Ｘｐ、Ｙｐ、Ｚｐをインターフェースボード８に入力し、ＰＷＭ信号取込みボード４を介してマイクロコンピュータ２に入力する。マイクロコンピュータ２ではディジタル処理が行なわれるため、入力されたアナログのＰＷＭ信号は所定のサンプリング周期でのサンプリング処理によるＡ／Ｄ変換でディジタル信号に変換されて用いられる。
上記実施の形態１では、サンプリング周期および計算刻み幅は固定の設定値としたが、この実施の形態２では、ＰＷＭ信号に関連した外部信号１９の周波数によって、サンプリング周期Ｔと計算刻み幅Δｔを可変に設定するようにした。また、これにより設定されたサンプリング周期Ｔは、上記Ａ／Ｄ変換でのサンプリング処理に用いられる。なお、ＰＷＭ信号に関連した外部信号１９は、例えば三角波比較法により生成されたＰＷＭ信号の搬送波信号が望ましい。
【００２１】
ＰＷＭ信号取込みボード４での処理を以下に詳述する。
カウンタ２１では、外部信号１９を入力として、外部信号１９の周波数２５を読み取り、テーブル２２、２３の双方に、外部信号１９の周波数２５が入力される。テーブル２２には、サンプリング周期Ｔと外部信号１９の周波数２５とのテーブルデータが予め設定され、テーブル２３には、計算刻み幅Δｔと外部信号１９の周波数２５とのテーブルデータが予め設定されている。これにより、外部信号１９の周波数２５に応じたサンプリング周期Ｔ２６と計算刻み幅Δｔ２７が出力され、平均化処理を実現する要素２４に入力される。
【００２２】
平均化処理を実現する要素２４では、外部信号１９の周波数２５に応じた計算刻み幅Δｔ２７で、入力されたＰＷＭ信号２０のオン状態（ＨＩＧＨ）の期間とオフ状態（ＬＯＷ）の期間を計測し、外部信号１９の周波数２５に応じたサンプリング周期Ｔ２６を有するサンプリング期間Ａ（ｎ）に占めるオン状態（ＨＩＧＨ）期間の比を、上記式（１）により計算し、これを平均値ａ（ｎ）２８として出力する。
この平均化処理では、あるサンプリング期間Ａ（n）においてＰＷＭ信号１２のＯＮ／ＯＦＦ出力レベルを計算刻み周期で計測し、計算刻み幅Δｔを乗算して得たオン状態（ＨＩＧＨ）期間により、上式（１）の計算を行う。そして、計算した平均値ａ（ｎ）２８を次のサンプリング期間Ａ（ｎ＋１）の始点に出力する。同様に、サンプリング期間Ａ（n＋１）においてもＰＷＭ信号２０のＯＮ／ＯＦＦ出力レベルを計算刻み周期で計測して平均値ａ（ｎ＋１）２８を演算し、次のサンプリング期間Ａ（ｎ＋２）の始点に出力する。この繰り返し処理により、入力されＰＷＭ信号２０のサンプリング周期毎の平均値２８を計算する。
【００２３】
平均化処理を実現する要素２４により計算された平均値ａ（ｎ）２８は、保持回路６に入力される。そして、保持回路６では、入力された平均値ａ（ｎ）２８を、次の平均値ａ（ｎ＋１）２８が入力されるまでその値を保持する。同様の処理をａ（ｎ＋１）、ａ（ｎ＋２）についても行い、連続波形化された矩形信号２９を生成する。
この保持回路６により連続波形化されたＰＷＭ信号（矩形信号）２９は、マイクロコンピュータ２に入力される。
これにより、上記実施の形態１と同様に、実際のＰＷＭ信号２０のサンプリング期間Ａ（ｎ）内のパルス幅は、矩形信号２９のサンプリング期間Ａ（n＋１）内の出力信号レベルに読み替えられる。
【００２４】
ＰＷＭ信号取込みボード４で変成されたＰＷＭ信号（矩形信号）２９は、マイクロコンピュータ２に入力され、サンプリング処理によるＡ／Ｄ変換でディジタル信号に変換される。そして、このディジタル信号を制御信号として、上述したように模擬動作手段３により装置モデルが模擬動作される。
矩形信号１１のサンプリング期間毎に変動する出力信号レベルは、実際のＰＷＭ信号２０のパルス幅を示しているため、マイクロコンピュータ２に入力された矩形信号２９は、Ａ／Ｄ変換でのサンプリング処理によりＰＷＭ信号２０のパルス幅と同等の情報を有するディジタル制御信号に変換されて模擬動作手段３に用いられる。
マイクロコンピュータ２内の模擬動作手段３は模擬的に制御対象の主回路装置の役割を実現し、模擬対象物の内部情報（電流等）を計算し、計算された演算結果をインターフェースボード８のＤ／Ａボード７に出力する。Ｄ／Ａボード７はマイクロコンピュータ２の演算結果をデジタル信号からアナログ信号に変換し、電子機器９にフィードバックする。
【００２５】
この実施の形態では、ＰＷＭ制御装置からのＰＷＭ信号２０は、リアルタイムに矩形信号２９に模擬され、この矩形信号２９はＡ／Ｄ変換されて模擬動作手段３に取り込まれる際、ＰＷＭ信号２０のパルス幅と同等の情報を有するディジタル制御信号に変換される。これにより、模擬動作手段３は制御対象の装置モデルを用いて行うリアルタイムシミュレーションを信頼性良く高精度に行うことができる。また、ＰＷＭ制御装置とその制御対象である実機とを備えた電子機器９の検証を信頼性良く行える。
さらにＰＷＭ信号２０の搬送波信号を外部信号１９として入力し、予めテーブル２２、２３を設定して備えることで、外部信号１９の周波数２５に基づいて、サンプリング周期Ｔと計算刻み幅Δｔを設定するようにした。このため、例えば搬送波周波数が高いときなど、ＰＷＭ信号２０が高速なオン・オフ信号となる場合でも、より細かくＰＷＭ信号２０のオン状態とオフ状態を計測することができ、ＰＷＭ信号２０の状態に応じて平均化処理の精度を向上することができる。これにより、より信頼性の高いリアルタイムシミュレーションが行える。
【００２６】
なお、上記実施の形態では、外部信号１９の周波数２５に基づいて、サンプリング周期Ｔと計算刻み幅Δｔを設定するようにしたが、サンプリング周期あるいは計算刻み幅Δｔのいずれか一方のみを可変にして、外部信号１９の周波数２５に基づいて設定してもよい。
【００２７】
【発明の効果】
以上のように、この発明に係るリアルタイムシミュレーション装置は、ＰＷＭ信号をサンプリング周期でＡ／Ｄ変換する処理に先立って、上記ＰＷＭ信号をリアルタイムに模擬する信号に変成する信号生成手段を備え、該信号生成手段は、上記サンプリング周期毎の上記ＰＷＭ信号のパルス幅に応じて、該サンプリング周期毎に出力信号レベルが変動する矩形信号に、上記ＰＷＭ信号を変成するものであるため、上記サンプリング周期毎の上記ＰＷＭ信号のパルス幅情報を有する矩形信号をＰＷＭ信号の模擬信号として生成できる。
【００２８】
またこの発明に係るリアルタイムシミュレーション方法は、ＰＷＭ信号をサンプリング周期でＡ／Ｄ変換する処理に先立って、該ＰＷＭ信号をリアルタイムに模擬する模擬信号に変成する処理を備え、該模擬信号に変成する処理は、上記サンプリング周期より十分短い時間周期で上記ＰＷＭ信号のＯＮ／ＯＦＦ出力レベルを検出するステップと、該検出された出力レベルを上記サンプリング周期毎に平均化処理して出力信号レベルを繰り返し出力するステップと、上記繰り返し出力される出力信号レベルを該サンプリング周期の１周期間保持して順次更新して矩形信号を生成するステップとを有して、上記サンプリング周期毎の上記ＰＷＭ信号のパルス幅に応じて、該サンプリング周期毎に上記出力信号レベルが変動する上記矩形信号を、上記ＰＷＭ信号の模擬信号として出力するものであるため、上記サンプリング周期毎の上記ＰＷＭ信号のパルス幅情報を有する矩形信号を、ＰＷＭ信号の模擬信号として高精度に信頼性良く生成できる。
【００２９】
またこの発明に係るリアルタイムシミュレーション方法は、計算機上のソフトウェアで構築された装置モデルを用い、ディジタル制御信号に基づいて上記装置モデルをソフトウェア上で模擬動作させ、演算結果をリアルタイムで出力する方法である。また上記装置モデルとして、ＰＷＭ信号により駆動制御される電力変換装置を模擬したモデルを用い、上記模擬動作に先立って、上記ＰＷＭ信号を模擬する入力制御信号を生成する第１のステップと、該入力制御信号を所定のサンプリング周期でＡ／Ｄ変換して上記ディジタル制御信号を生成する第２のステップとを備える。また上記第１のステップは、上記所定のサンプリング周期より十分短い時間周期で上記ＰＷＭ信号のＯＮ／ＯＦＦ出力レベルを検出し、該検出された出力レベルを上記サンプリング周期毎に平均化処理することにより、該サンプリング周期毎の上記ＰＷＭ信号のパルス幅に応じて出力信号レベルを演算し、上記サンプリング周期毎に上記出力信号レベルが変動する矩形信号となる上記入力制御信号を生成するものである。これにより、ＰＷＭ信号により駆動制御される電力変換装置を模擬した装置モデルを用いたリアルタイムシミュレーションが高精度に信頼性良く行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１によるリアルタイムシミュレーション装置を示す構成図である。
【図２】 この発明の実施の形態１によるリアルタイムシミュレーション装置の動作を説明する図である。
【図３】 この発明の実施の形態２によるリアルタイムシミュレーション装置を示す構成図である。
【符号の説明】
１ リアルタイムシミュレータ、２ マイクロコンピュータ、
３ 模擬動作手段、５ 平均化処理要素、６ 保持回路、
１０，２０ ＰＷＭ信号、１１，２９ 矩形信号、
１３，２６ サンプリング周期、１４，２７ 計算刻み幅、
１９ 外部信号（搬送波信号）、２８ 平均値。
【発明の属する技術分野】
この発明は、計算機上で構築された装置モデルをソフトウェア上で模擬動作させ、演算結果をリアルタイムで出力するリアルタイムシミュレーションに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
制御信号で動作する装置の計算機を用いたリアルタイムシミュレーションは、上記装置を計算機上で模擬して装置モデルを構築し、制御信号を取り込んで装置モデルをソフトウェア上で模擬動作させ、演算結果をリアルタイムで出力するものである。計算機では通常ディジタル処理が行なわれるため、外部から入力されるアナログ信号である制御信号はＡ／Ｄ変換によりディジタル信号に変換されて用いられる。シミュレーションの精度を向上させるため、可能な限り高速にアナログ信号をサンプリングしてＡ／Ｄ変換することが重要であるが、このサンプリング周期は計算機の性能で制約されているため、サンプリングの高速化には限界がある。
このようなサンプリング周期の制約がある場合にも信号を正確に検出する従来の方法には、Ａ／Ｄ変換器で測定波形をディジタル信号に変換したデータに対して、測定波形の周期を再生するためのリサンプリングを行うものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平２−２３３００５号公報（第１−４頁）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のシミュレーション方法では、正弦波のような周期を有した連続波形の場合には有効であるが、高速にオン／オフ動作するパルス幅変調信号（ＰＷＭ信号）の場合は、波形を正確に検出することができない。このため、ＰＷＭ信号により駆動制御される電力変換装置をリアルタイムシミュレーションする場合、計算機上で取り込まれるＰＷＭ信号に基づくディジタル信号が精度の低い信号となり、電力変換装置の装置モデルを用いて行うリアルタイムシミュレーションを信頼性良く高精度に行うことは困難であった。
【０００５】
この発明は、上記のような問題点を解消するために成されたものであって、サンプリング周期の制約がある場合にも、計算機上で電力変換装置の模擬動作に用いるためにＰＷＭ信号を精度良く模擬した信号を生成することを目的とする。また、ＰＷＭ信号により駆動制御される電力変換装置を計算機を用いて、ソフトウェア上で信頼性良く高精度にリアルタイムシミュレーションすることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るリアルタイムシミュレーション装置は、入力される波形信号を所定のサンプリング周期でＡ／Ｄ変換してディジタル制御信号を生成し、該ディジタル制御信号に基づいてリアルタイムシミュレーションを行う装置であって、上記波形信号としてＰＷＭ信号を入力し、該ＰＷＭ信号を上記サンプリング周期でＡ／Ｄ変換する処理に先立って、上記ＰＷＭ信号をリアルタイムに模擬する信号に変成する信号生成手段を備える。そして、上記信号生成手段は、上記サンプリング周期毎の上記ＰＷＭ信号のパルス幅に応じて、該サンプリング周期毎に出力信号レベルが変動する矩形信号に、上記ＰＷＭ信号を変成するものである。
【０００７】
またこの発明に係るリアルタイムシミュレーション方法は、入力される波形信号を所定のサンプリング周期でＡ／Ｄ変換してディジタル制御信号を生成し、該ディジタル制御信号に基づいてリアルタイムシミュレーションを行う方法であって、上記波形信号としてＰＷＭ信号を入力し、上記ＰＷＭ信号を上記サンプリング周期でＡ／Ｄ変換する処理に先立って、該ＰＷＭ信号をリアルタイムに模擬する模擬信号に変成する処理を備える。そして、該模擬信号に変成する処理は、上記サンプリング周期より十分短い時間周期で上記ＰＷＭ信号のＯＮ／ＯＦＦ出力レベルを検出するステップと、該検出された出力レベルを上記サンプリング周期毎に平均化処理して出力信号レベルを繰り返し出力するステップと、上記繰り返し出力される出力信号レベルを該サンプリング周期の１周期間保持して順次更新して矩形信号を生成するステップとを有して、上記サンプリング周期毎の上記ＰＷＭ信号のパルス幅に応じて、該サンプリング周期毎に上記出力信号レベルが変動する上記矩形信号を、上記ＰＷＭ信号の模擬信号として出力するものである。
【０００８】
またこの発明に係るリアルタイムシミュレーション方法は、計算機上のソフトウェアで構築された装置モデルを用い、ディジタル制御信号に基づいて上記装置モデルをソフトウェア上で模擬動作させ、演算結果をリアルタイムで出力する方法である。また上記装置モデルとして、ＰＷＭ信号により駆動制御される電力変換装置を模擬したモデルを用い、上記模擬動作に先立って、上記ＰＷＭ信号を模擬する入力制御信号を生成する第１のステップと、該入力制御信号を所定のサンプリング周期でＡ／Ｄ変換して上記ディジタル制御信号を生成する第２のステップとを備える。また上記第１のステップは、上記所定のサンプリング周期より十分短い時間周期で上記ＰＷＭ信号のＯＮ／ＯＦＦ出力レベルを検出し、該検出された出力レベルを上記サンプリング周期毎に平均化処理することにより、該サンプリング周期毎の上記ＰＷＭ信号のパルス幅に応じて出力信号レベルを演算し、上記サンプリング周期毎に上記出力信号レベルが変動する矩形信号となる上記入力制御信号を生成するものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態を図について説明する。
図１は、この発明の実施の形態１によるリアルタイムシミュレーション装置を示す構成図である。
図に示すように、リアルタイムシミュレーション装置としてのリアルタイムシミュレータ１は、計算機としてのマイクロコンピュータ２と入出力手段としてのインターフェースボード８とで構成され、マイクロコンピュータなどで構成されＰＷＭ信号を発生するＰＷＭ制御装置とその制御対象である実機とを備えた電子機器９からのＰＷＭ信号を入力として、マイクロコンピュータ２上で計算された演算結果を出力して電子機器９へフィードバックする。マイクロコンピュータ２は、制御対象である実機をマイクロコンピュータ２上のソフトウェアで模擬した装置モデルを構築し、該装置モデルを模擬動作させる模擬動作手段３を備え、例えば電気車のインバータ、誘導電動機、ＬＣフィルタなどの、電力変換装置としての主回路装置をモデル化した装置モデルを動作させて演算結果を出力する。
インターフェースボード８は、平均化手段としての平均化処理要素５と保持手段としての保持回路６とを備えた、電子機器９のＰＷＭ制御装置からのＰＷＭ信号を入力するためのＰＷＭ信号取込みボード４、およびマイクロコンピュータ２から出力されたディジタル信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａボード７を備える。
【００１０】
次に、動作について説明する。
リアルタイムシミュレータ１では、電子機器９から出力されるＰＷＭ信号Ｕｐ、Ｖｐ、Ｗｐ、Ｘｐ、Ｙｐ、Ｚｐをインターフェースボード８に入力し、ＰＷＭ信号取込みボード４を介してマイクロコンピュータ２に入力する。マイクロコンピュータ２ではディジタル処理が行なわれるため、入力されたアナログのＰＷＭ信号は所定のサンプリング周期でのサンプリング処理によるＡ／Ｄ変換でディジタル信号に変換されて用いられる。
ＰＷＭ信号取込みボード４では、まず平均化処理要素５にて、入力されたＰＷＭ信号を、上記Ａ／Ｄ変換時の所定のサンプリング周期よりもはるかに短い時間幅（計算刻み幅Δｔ）の周期（計算刻み周期）で計測し、上記サンプリング周期毎に平均化処理を行う。次に保持回路６にて、平均化処理要素５によりサンプリング周期毎に繰り返し算出される平均値を次の平均値が出力するまでの間保持し、該平均値を出力信号レベルとした矩形信号を生成して、マイクロコンピュータ２に入力する。即ち、ＰＷＭ信号取込みボード４では、後段のマイクロコンピュータ２にて設定されている所定のサンプリング周期を単位時間として、この単位時間毎に出力信号レベルが変動する連続波形である矩形信号に、入力されたＰＷＭ信号を変成する。
【００１１】
ＰＷＭ信号取込みボード４での処理を、図２に基づいて以下に詳述する。
図２（ａ）は、電子機器９から出力される実際のＰＷＭ信号１０、例えばＵ相ＰＷＭ信号Ｕｐを示し、図２（ｂ）は、平均化処理要素５によって平均化処理計算を行った後の平均値ａ（ｎ）を示し、図２（ｃ）は、保持回路６により保持された後のＰＷＭ信号である矩形信号１１を示す。また、図２（ｄ）は、サンプリングによる誤差１２を示すが、これについては後述する。
まず、電子機器９から出力されるＰＷＭ信号１０のオン状態（ＨＩＧＨ）とオフ状態（ＬＯＷ）とを、上記Ａ／Ｄ変換時の所定のサンプリング周期１３よりもはるかに短い計算刻み幅Δｔ１４の計算刻み周期で計測し、サンプリング期間Ａ（ｎ）に占めるオン状態（ＨＩＧＨ）期間１５の比を、式（１）により計算し、これを平均値ａ（ｎ）として出力する。
【００１２】
ａ（ｎ）＝ＴＨ／（ＴＬ＋ＴＨ） ・・・・（１）
但し、 ＴＨ：オン状態（ＨＩＧＨ）期間１５
ＴＬ：オフ状態（ＬＯＷ）期間１６
（ＴＬ＋ＴＨ）：サンプリング周期１３
【００１３】
上記平均化処理では、あるサンプリング期間Ａ（n）においてＰＷＭ信号１２のＯＮ／ＯＦＦ出力レベルを計算刻み周期で計測し、計算刻み幅Δｔを乗算して得たオン状態（ＨＩＧＨ）期間１５により、上式（１）の計算を行う。そして、計算した平均値ａ（ｎ）を次のサンプリング期間Ａ（ｎ＋１）の始点に出力する。同様に、サンプリング期間Ａ（n＋１）においてもＰＷＭ信号１２のＯＮ／ＯＦＦ出力レベルを計算刻み周期で計測して平均値ａ（ｎ＋１）を演算し、次のサンプリング期間Ａ（ｎ＋２）の始点に出力する。この繰り返し処理により、入力されＰＷＭ信号１２のサンプリング周期毎の平均値を計算する。
上記平均化処理要素５により計算された平均値ａ（ｎ）は、保持回路６に入力される。そして、保持回路６では、入力された平均値ａ（ｎ）を、次の平均値ａ（ｎ＋１）が入力されるまでその値を保持する。同様の処理をａ（ｎ＋１）、ａ（ｎ＋２）についても行い、連続波形化された矩形信号１１を生成する。
この保持回路６により連続波形化されたＰＷＭ信号（矩形信号）１１は、マイクロコンピュータ２に入力される。
【００１４】
平均化処理要素５及び保持回路６により、実際のＰＷＭ信号１０のサンプリング期間Ａ（ｎ）内の、パルス幅と高さ（１）とで決まる面積１７を、矩形信号１１のサンプリング期間Ａ（n＋１）内の、サンプリング周期１３と高さとで決まる面積１８に一致させることができる。即ち、実際のＰＷＭ信号１０のサンプリング期間Ａ（ｎ）内のパルス幅は、矩形信号１１のサンプリング期間Ａ（n＋１）内の出力信号レベルに読み替えられる。
【００１５】
ＰＷＭ信号取込みボード４で変成されたＰＷＭ信号（矩形信号）１１は、マイクロコンピュータ２に入力され、サンプリング処理によるＡ／Ｄ変換でディジタル信号に変換される。そして、このディジタル信号を制御信号として、上述したように模擬動作手段３により装置モデルが模擬動作される。
矩形信号１１のサンプリング期間毎に変動する出力信号レベルは、実際のＰＷＭ信号１０のパルス幅を示しているため、マイクロコンピュータ２に入力された矩形信号１１は、Ａ／Ｄ変換でのサンプリング処理によりＰＷＭ信号１０のパルス幅と同等の情報を有するディジタル制御信号に変換されて模擬動作手段３に用いられる。図２（ｄ）のサンプリングによる誤差１２は、ＰＷＭ信号１０のパルス幅が、上記Ａ／Ｄ変換でのサンプリング処理により正確に検出されたかを示す誤差であり、誤差はほぼ０である。
なお、例えばＵ相ＰＷＭ信号Ｕｐを用いて示したが、その他のＰＷＭ信号Ｖｐ、Ｗｐ、Ｘｐ、Ｙｐ、Ｚｐについても同様の処理を行うものとする。
【００１６】
マイクロコンピュータ２内の模擬動作手段３は模擬的に制御対象の主回路装置の役割を実現し、模擬対象物の内部情報（電流等）を計算し、計算された演算結果をインターフェースボード８のＤ／Ａボード７に出力する。Ｄ／Ａボード７はマイクロコンピュータ２の演算結果をデジタル信号からアナログ信号に変換し、電子機器９にフィードバックする。
【００１７】
この実施の形態では、ＰＷＭ制御装置からのＰＷＭ信号１０は、リアルタイムに矩形信号１１に模擬され、この矩形信号１１はＡ／Ｄ変換されて模擬動作手段３に取り込まれる際、ＰＷＭ信号１０のパルス幅と同等の情報を有するディジタル制御信号に変換される。これにより、模擬動作手段３は制御対象の装置モデルを用いて行うリアルタイムシミュレーションを信頼性良く高精度に行うことができる。また、ＰＷＭ制御装置とその制御対象である実機とを備えた電子機器９の検証を信頼性良く行える。
【００１８】
実施の形態２．
図３は、この発明の実施の形態２によるリアルタイムシミュレーション装置を示す構成図である。この実施の形態２においても、リアルタイムシミュレーション装置としてのリアルタイムシミュレータ１は、計算機としてのマイクロコンピュータ２と入出力手段としてのインターフェースボード８とで構成され、電子機器９からのＰＷＭ信号を入力として、マイクロコンピュータ２上で計算された演算結果を出力して電子機器９へフィードバックする。インターフェースボード８は、平均化手段としての平均化処理要素５と保持手段としての保持回路６とを備えたＰＷＭ信号取込みボード４、およびマイクロコンピュータ２から出力されたディジタル信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａボード７を備える。ここでは、便宜上、ＰＷＭ信号取込みボード４のハードウェアの構成だけを図示する。その他の構成は、上記実施の形態１と同様であり同様に動作する。
【００１９】
図３に示すように、平均化処理要素５は、外部信号１９を入力として該外部信号１９の周波数を決定するためのカウンタ要素２１と、サンプリング周期Ｔと外部信号１９の周波数とのテーブル要素２２と、計算刻み幅Δｔと外部信号１９の周波数とのテーブル要素２３と、平均化処理を行う要素２４とを備える。
なお、２０は電子機器９から出力されるＰＷＭ信号、２５は外部信号１９の周波数、２６はテーブル２２により設定されたサンプリング周期Ｔ、２７はテーブル２３により設定された計算刻み幅Δｔ、２８は平均化処理によって出力される平均値、２９は保持回路６によって連続波形化されたＰＷＭ信号（矩形信号）である。
上述の２１〜２４の要素はすべてハードウェアによって実現するものである。
【００２０】
次に、動作について説明する。
リアルタイムシミュレータ１では、電子機器９から出力されるＰＷＭ信号Ｕｐ、Ｖｐ、Ｗｐ、Ｘｐ、Ｙｐ、Ｚｐをインターフェースボード８に入力し、ＰＷＭ信号取込みボード４を介してマイクロコンピュータ２に入力する。マイクロコンピュータ２ではディジタル処理が行なわれるため、入力されたアナログのＰＷＭ信号は所定のサンプリング周期でのサンプリング処理によるＡ／Ｄ変換でディジタル信号に変換されて用いられる。
上記実施の形態１では、サンプリング周期および計算刻み幅は固定の設定値としたが、この実施の形態２では、ＰＷＭ信号に関連した外部信号１９の周波数によって、サンプリング周期Ｔと計算刻み幅Δｔを可変に設定するようにした。また、これにより設定されたサンプリング周期Ｔは、上記Ａ／Ｄ変換でのサンプリング処理に用いられる。なお、ＰＷＭ信号に関連した外部信号１９は、例えば三角波比較法により生成されたＰＷＭ信号の搬送波信号が望ましい。
【００２１】
ＰＷＭ信号取込みボード４での処理を以下に詳述する。
カウンタ２１では、外部信号１９を入力として、外部信号１９の周波数２５を読み取り、テーブル２２、２３の双方に、外部信号１９の周波数２５が入力される。テーブル２２には、サンプリング周期Ｔと外部信号１９の周波数２５とのテーブルデータが予め設定され、テーブル２３には、計算刻み幅Δｔと外部信号１９の周波数２５とのテーブルデータが予め設定されている。これにより、外部信号１９の周波数２５に応じたサンプリング周期Ｔ２６と計算刻み幅Δｔ２７が出力され、平均化処理を実現する要素２４に入力される。
【００２２】
平均化処理を実現する要素２４では、外部信号１９の周波数２５に応じた計算刻み幅Δｔ２７で、入力されたＰＷＭ信号２０のオン状態（ＨＩＧＨ）の期間とオフ状態（ＬＯＷ）の期間を計測し、外部信号１９の周波数２５に応じたサンプリング周期Ｔ２６を有するサンプリング期間Ａ（ｎ）に占めるオン状態（ＨＩＧＨ）期間の比を、上記式（１）により計算し、これを平均値ａ（ｎ）２８として出力する。
この平均化処理では、あるサンプリング期間Ａ（n）においてＰＷＭ信号１２のＯＮ／ＯＦＦ出力レベルを計算刻み周期で計測し、計算刻み幅Δｔを乗算して得たオン状態（ＨＩＧＨ）期間により、上式（１）の計算を行う。そして、計算した平均値ａ（ｎ）２８を次のサンプリング期間Ａ（ｎ＋１）の始点に出力する。同様に、サンプリング期間Ａ（n＋１）においてもＰＷＭ信号２０のＯＮ／ＯＦＦ出力レベルを計算刻み周期で計測して平均値ａ（ｎ＋１）２８を演算し、次のサンプリング期間Ａ（ｎ＋２）の始点に出力する。この繰り返し処理により、入力されＰＷＭ信号２０のサンプリング周期毎の平均値２８を計算する。
【００２３】
平均化処理を実現する要素２４により計算された平均値ａ（ｎ）２８は、保持回路６に入力される。そして、保持回路６では、入力された平均値ａ（ｎ）２８を、次の平均値ａ（ｎ＋１）２８が入力されるまでその値を保持する。同様の処理をａ（ｎ＋１）、ａ（ｎ＋２）についても行い、連続波形化された矩形信号２９を生成する。
この保持回路６により連続波形化されたＰＷＭ信号（矩形信号）２９は、マイクロコンピュータ２に入力される。
これにより、上記実施の形態１と同様に、実際のＰＷＭ信号２０のサンプリング期間Ａ（ｎ）内のパルス幅は、矩形信号２９のサンプリング期間Ａ（n＋１）内の出力信号レベルに読み替えられる。
【００２４】
ＰＷＭ信号取込みボード４で変成されたＰＷＭ信号（矩形信号）２９は、マイクロコンピュータ２に入力され、サンプリング処理によるＡ／Ｄ変換でディジタル信号に変換される。そして、このディジタル信号を制御信号として、上述したように模擬動作手段３により装置モデルが模擬動作される。
矩形信号１１のサンプリング期間毎に変動する出力信号レベルは、実際のＰＷＭ信号２０のパルス幅を示しているため、マイクロコンピュータ２に入力された矩形信号２９は、Ａ／Ｄ変換でのサンプリング処理によりＰＷＭ信号２０のパルス幅と同等の情報を有するディジタル制御信号に変換されて模擬動作手段３に用いられる。
マイクロコンピュータ２内の模擬動作手段３は模擬的に制御対象の主回路装置の役割を実現し、模擬対象物の内部情報（電流等）を計算し、計算された演算結果をインターフェースボード８のＤ／Ａボード７に出力する。Ｄ／Ａボード７はマイクロコンピュータ２の演算結果をデジタル信号からアナログ信号に変換し、電子機器９にフィードバックする。
【００２５】
この実施の形態では、ＰＷＭ制御装置からのＰＷＭ信号２０は、リアルタイムに矩形信号２９に模擬され、この矩形信号２９はＡ／Ｄ変換されて模擬動作手段３に取り込まれる際、ＰＷＭ信号２０のパルス幅と同等の情報を有するディジタル制御信号に変換される。これにより、模擬動作手段３は制御対象の装置モデルを用いて行うリアルタイムシミュレーションを信頼性良く高精度に行うことができる。また、ＰＷＭ制御装置とその制御対象である実機とを備えた電子機器９の検証を信頼性良く行える。
さらにＰＷＭ信号２０の搬送波信号を外部信号１９として入力し、予めテーブル２２、２３を設定して備えることで、外部信号１９の周波数２５に基づいて、サンプリング周期Ｔと計算刻み幅Δｔを設定するようにした。このため、例えば搬送波周波数が高いときなど、ＰＷＭ信号２０が高速なオン・オフ信号となる場合でも、より細かくＰＷＭ信号２０のオン状態とオフ状態を計測することができ、ＰＷＭ信号２０の状態に応じて平均化処理の精度を向上することができる。これにより、より信頼性の高いリアルタイムシミュレーションが行える。
【００２６】
なお、上記実施の形態では、外部信号１９の周波数２５に基づいて、サンプリング周期Ｔと計算刻み幅Δｔを設定するようにしたが、サンプリング周期あるいは計算刻み幅Δｔのいずれか一方のみを可変にして、外部信号１９の周波数２５に基づいて設定してもよい。
【００２７】
【発明の効果】
以上のように、この発明に係るリアルタイムシミュレーション装置は、ＰＷＭ信号をサンプリング周期でＡ／Ｄ変換する処理に先立って、上記ＰＷＭ信号をリアルタイムに模擬する信号に変成する信号生成手段を備え、該信号生成手段は、上記サンプリング周期毎の上記ＰＷＭ信号のパルス幅に応じて、該サンプリング周期毎に出力信号レベルが変動する矩形信号に、上記ＰＷＭ信号を変成するものであるため、上記サンプリング周期毎の上記ＰＷＭ信号のパルス幅情報を有する矩形信号をＰＷＭ信号の模擬信号として生成できる。
【００２８】
またこの発明に係るリアルタイムシミュレーション方法は、ＰＷＭ信号をサンプリング周期でＡ／Ｄ変換する処理に先立って、該ＰＷＭ信号をリアルタイムに模擬する模擬信号に変成する処理を備え、該模擬信号に変成する処理は、上記サンプリング周期より十分短い時間周期で上記ＰＷＭ信号のＯＮ／ＯＦＦ出力レベルを検出するステップと、該検出された出力レベルを上記サンプリング周期毎に平均化処理して出力信号レベルを繰り返し出力するステップと、上記繰り返し出力される出力信号レベルを該サンプリング周期の１周期間保持して順次更新して矩形信号を生成するステップとを有して、上記サンプリング周期毎の上記ＰＷＭ信号のパルス幅に応じて、該サンプリング周期毎に上記出力信号レベルが変動する上記矩形信号を、上記ＰＷＭ信号の模擬信号として出力するものであるため、上記サンプリング周期毎の上記ＰＷＭ信号のパルス幅情報を有する矩形信号を、ＰＷＭ信号の模擬信号として高精度に信頼性良く生成できる。
【００２９】
またこの発明に係るリアルタイムシミュレーション方法は、計算機上のソフトウェアで構築された装置モデルを用い、ディジタル制御信号に基づいて上記装置モデルをソフトウェア上で模擬動作させ、演算結果をリアルタイムで出力する方法である。また上記装置モデルとして、ＰＷＭ信号により駆動制御される電力変換装置を模擬したモデルを用い、上記模擬動作に先立って、上記ＰＷＭ信号を模擬する入力制御信号を生成する第１のステップと、該入力制御信号を所定のサンプリング周期でＡ／Ｄ変換して上記ディジタル制御信号を生成する第２のステップとを備える。また上記第１のステップは、上記所定のサンプリング周期より十分短い時間周期で上記ＰＷＭ信号のＯＮ／ＯＦＦ出力レベルを検出し、該検出された出力レベルを上記サンプリング周期毎に平均化処理することにより、該サンプリング周期毎の上記ＰＷＭ信号のパルス幅に応じて出力信号レベルを演算し、上記サンプリング周期毎に上記出力信号レベルが変動する矩形信号となる上記入力制御信号を生成するものである。これにより、ＰＷＭ信号により駆動制御される電力変換装置を模擬した装置モデルを用いたリアルタイムシミュレーションが高精度に信頼性良く行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１によるリアルタイムシミュレーション装置を示す構成図である。
【図２】 この発明の実施の形態１によるリアルタイムシミュレーション装置の動作を説明する図である。
【図３】 この発明の実施の形態２によるリアルタイムシミュレーション装置を示す構成図である。
【符号の説明】
１ リアルタイムシミュレータ、２ マイクロコンピュータ、
３ 模擬動作手段、５ 平均化処理要素、６ 保持回路、
１０，２０ ＰＷＭ信号、１１，２９ 矩形信号、
１３，２６ サンプリング周期、１４，２７ 計算刻み幅、
１９ 外部信号（搬送波信号）、２８ 平均値。
Claims (6)
- 入力される波形信号を所定のサンプリング周期でＡ／Ｄ変換してディジタル制御信号を生成し、該ディジタル制御信号に基づいてリアルタイムシミュレーションを行うリアルタイムシミュレーション装置において、
上記波形信号としてＰＷＭ信号を入力し、該ＰＷＭ信号を上記サンプリング周期でＡ／Ｄ変換する処理に先立って、上記ＰＷＭ信号をリアルタイムに模擬する信号に変成する信号生成手段を備え、
上記信号生成手段は、上記サンプリング周期毎の上記ＰＷＭ信号のパルス幅に応じて、該サンプリング周期毎に出力信号レベルが変動する矩形信号に、上記ＰＷＭ信号を変成することを特徴とするリアルタイムシミュレーション装置。 - 上記信号生成手段は、上記サンプリング周期毎の上記ＰＷＭ信号を入力として、該サンプリング周期より十分短い時間周期で該ＰＷＭ信号のＯＮ／ＯＦＦ出力レベルを検出する検出手段と、該検出された出力レベルを上記サンプリング周期毎に平均化処理して上記出力信号レベルを出力する平均化手段と、該平均化手段から上記サンプリング周期毎に繰り返し出力される上記出力信号レベルを該サンプリング周期の１周期間保持して順次更新し、上記矩形信号を生成する保持手段とを備えたことを特徴とする請求項１に記載のリアルタイムシミュレーション装置。
- 上記ＰＷＭ信号により駆動制御される電力変換装置を計算機上のソフトウェアで模擬して構築された装置モデルを、上記ディジタル制御信号に基づいてソフトウェア上で模擬動作させ、演算結果をリアルタイムで出力する模擬動作手段を備えて、上記リアルタイムシミュレーションを行うことを特徴とする請求項１または２に記載のリアルタイムシミュレーション装置。
- 上記ＰＷＭ信号の生成に用いる搬送波信号を入力として該搬送波信号に基づいて上記サンプリング周期を決定する手段を備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のリアルタイムシミュレーション装置。
- 入力される波形信号を所定のサンプリング周期でＡ／Ｄ変換してディジタル制御信号を生成し、該ディジタル制御信号に基づいてリアルタイムシミュレーションを行うリアルタイムシミュレーション方法において、
上記波形信号としてＰＷＭ信号を入力し、
上記ＰＷＭ信号を上記サンプリング周期でＡ／Ｄ変換する処理に先立って、該ＰＷＭ信号をリアルタイムに模擬する模擬信号に変成する処理を備え、
該模擬信号に変成する処理は、
上記サンプリング周期より十分短い時間周期で上記ＰＷＭ信号のＯＮ／ＯＦＦ出力レベルを検出するステップと、該検出された出力レベルを上記サンプリング周期毎に平均化処理して出力信号レベルを繰り返し出力するステップと、上記繰り返し出力される出力信号レベルを該サンプリング周期の１周期間保持して順次更新して矩形信号を生成するステップとを有して、上記サンプリング周期毎の上記ＰＷＭ信号のパルス幅に応じて、該サンプリング周期毎に上記出力信号レベルが変動する上記矩形信号を、上記ＰＷＭ信号の模擬信号として出力することを特徴とするリアルタイムシミュレーション方法。 - 計算機上のソフトウェアで構築された装置モデルを用い、ディジタル制御信号に基づいて上記装置モデルをソフトウェア上で模擬動作させ、演算結果をリアルタイムで出力するリアルタイムシミュレーション方法において、上記装置モデルとして、ＰＷＭ信号により駆動制御される電力変換装置を模擬したモデルを用い、上記模擬動作に先立って、上記ＰＷＭ信号を模擬する入力制御信号を生成する第１のステップと、該入力制御信号を所定のサンプリング周期でＡ／Ｄ変換して上記ディジタル制御信号を生成する第２のステップとを備え、上記第１のステップは、上記所定のサンプリング周期より十分短い時間周期で上記ＰＷＭ信号のＯＮ／ＯＦＦ出力レベルを検出し、該検出された出力レベルを上記サンプリング周期毎に平均化処理することにより、該サンプリング周期毎の上記ＰＷＭ信号のパルス幅に応じて出力信号レベルを演算し、上記サンプリング周期毎に上記出力信号レベルが変動する矩形信号となる上記入力制御信号を生成することを特徴とするリアルタイムシミュレーション方法。
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