(57)【要約】【課題】正確な実機挙動を模擬することができるシミュレーション装置を提供する。【解決手段】開発対象の制御装置と、制御装置により制御する対象の装置を模擬するリアルタイムシミュレーション装置とからなるシミュレーション装置であって、制御装置は、リアルタイムシミュレーション装置が出力する状態量を入力する状態量入力手段と、状態量に基づいて、所定の制御指令を演算して求める演算手段と、制御指令をリアルタイムシミュレーション装置へ出力する制御指令出力手段とを備え、リアルタイムシミュレーション装置は、制御装置の制御指令出力が確定した後に、該制御指令を入力する制御指令入力手段と、制御指令に基づいて、制御対象の装置の動作を模擬する演算を行う模擬手段と、模擬した動作に応じて、状態量を制御装置の状態量入力が実行される前に該状態量を制御装置に対して出力する態量出力手段とを備えた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
開発対象の制御装置と、前記制御装置により制御する対象の装置を模擬するリアルタイムシミュレーション装置とからなるシミュレーション装置であって、
前記制御装置は、
前記リアルタイムシミュレーション装置が出力する状態量を入力する状態量入力手段と、
前記状態量に基づいて、所定の制御指令を演算して求める演算手段と、
前記制御指令を前記リアルタイムシミュレーション装置へ出力する制御指令出力手段とを備え、
前記リアルタイムシミュレーション装置は、
前記制御装置の制御指令出力が確定した後に、該制御指令を入力する制御指令入力手段と、
前記制御指令に基づいて、制御対象の装置の動作を模擬する演算を行う模擬手段と、
前記模擬した動作に応じて、前記状態量を前記制御装置の状態量入力が実行される前に該状態量を前記制御装置に対して出力する状態量出力手段と
を備えたことを特徴とするシミュレーション装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、開発対象の制御装置と、制御装置により制御する対象の装置を模擬するリアルタイムシミュレーション装置とからなるシミュレーション装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、開発対象である制御装置と、制御装置により制御する対象の装置を模擬するリアルタイムシミュレーション装置の接続にあたり、制御出力と装置状態量の物理的信号の受け渡しは、インターフェイスを介して行われるのが一般的である。このとき、制御装置は、デジタルコントローラが利用されることが一般的であり、通常、一定の制御サンプリング時間周期で制御対象の状態量を入力した後に、この状態量に基づいて制御指令値の演算を実行して、この制御指令値を次期の制御サンプリングタイミングにおいて、シミュレーション装置に対して出力される。一方、リアルタイムシミュレーション装置についても制御装置と同様にデジタル演算装置が利用されるのが一般的であり、一定サンプリング時間周期で、制御指令値に基づいて装置を模擬した応答計算を行うことにより状態量を求めて、この状態量を制御装置へ出力する。
【０００３】
なお、先行技術として、製品である制御装置のマイクロコンピュータを使用する電子機器のソフトウエア並びにハードウェアを開発する時間の短縮、検証する時間の短縮、検証する内容の充実を図ることができるリアルタイムシミュレータが知られている（例えば、特許文献１参照）。これは、マイクロコンピュータ上で被模擬対象物をモデル化したプログラムを動作させて模擬し、この被模擬対象物に関連した実機をモデル化し実現する模擬手段と、マイクロコンピュータ上でソフトウエアによって計算時間を補償する要素を構成し、マイクロコンピュータの計算時間の遅れを補償する補償手段と、模擬手段および補償手段と被模擬対象物の間に設けられ、被模擬対象物に関連した外部信号を授受するＤ／Ａボード、Ａ／Ｄボードからなるインターフェースボードとを備えたものである。
【特許文献１】特開２００２−３５４８８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、模擬対象の実機装置は、図１３に示すように、制御対象は実際の機械装置類であるため、制御装置の出力に対する応答が制御装置入力として取り込まれる構成となっており連続時間の装置として実現される。一方、模擬動作を行うリアルタイムシミュレーション装置（以下、ＲＴＳと称する）は、一定のサンプリング時間周期で動作する離散時間の装置である。このため、制御装置と、ＲＴＳとからなるシミュレーション装置を構成する場合、制御装置側とＲＴＳ側のサンプリング周期が、常に完全に一致することが保証されていないとすれば、制御出力と装置状態量の物理的信号の受け渡しタイミングに起因して実機制御の状況を正しく再現できないという問題がある。図１４に示すように、入出力インターフェイス動作のタイミングによっては、ＲＴＳ内部で認識される制御装置からの出力信号は、実際に制御装置から出力される信号に対して、最大で１演算周期分だけ遅れた信号として扱われる。このため、制御対象の応答としてＲＴＳから出力される信号は、実際に制御対象を使用した状況の応答に対して、その分遅れが加わった応答として出力されるので、正確な実機挙動を模擬できないという問題がある。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、正確な実機挙動を模擬することができるシミュレーション装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、開発対象の制御装置と、前記制御装置により制御する対象の装置を模擬するリアルタイムシミュレーション装置とからなるシミュレーション装置であって、前記制御装置は、前記リアルタイムシミュレーション装置が出力する状態量を入力する状態量入力手段と、前記状態量に基づいて、所定の制御指令を演算して求める演算手段と、前記制御指令を前記リアルタイムシミュレーション装置へ出力する制御指令出力手段とを備え、前記リアルタイムシミュレーション装置は、前記制御装置の制御指令出力が確定した後に、該制御指令を入力する制御指令入力手段と、前記制御指令に基づいて、制御対象の装置の動作を模擬する演算を行う模擬手段と、前記模擬した動作に応じて、前記状態量を前記制御装置の状態量入力が実行される前に該状態量を前記制御装置に対して出力する状態量出力手段とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、制御装置とリアルタイムシミュレーション装置の双方における入出力インターフェイス動作を同期させることにより、実機制御時の応答に対しての遅れを小さくすることができるため、より実際の作動状態に即した状況の模擬が可能になるという効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の第１の実施形態によるシミュレーション装置を図面を参照して説明する。図１は第１の実施形態の構成を示すブロック図である。この図において、符号１は、開発対象の制御装置である。符号２は、制御装置１によって制御される装置を模擬したリアルタイムシミュレーション装置（ＲＴＳ）である。符号３は、制御装置１とＲＴＳ２の動作を同期させるための同期信号を出力する同期信号出力部である。
【０００９】
符号１１は、制御指令値を演算によって求める制御演算部である。符号１２は、制御演算部１１において求めた制御指令値の信号をＲＴＳ２に対して出力する出力信号用インターフェイス回路である。符号１３は、ＲＴＳ２から出力する状態量の信号を入力する入力信号用インターフェイス回路である。制御演算部１１、出力信号用インターフェイス回路１２及び入力信号用インターフェイス回路１３によって制御演算機能を実現する。符号１４は、同期信号出力部３から出力する同期信号に基づいて制御演算機能の動作を制御するプログラム動作コントロール部である。
【００１０】
符号２１は、制御指令値に基づいて、制御対象の装置の動作を模擬して状態値を計算によって求める制御対象モデル応答計算部である。符号２２は、制御装置１が出力する制御指令値の信号を入力する入力信号用インターフェイス回路である。符号２３は、制御対象モデル応答計算部２１において求めた状態量の信号を制御装置１に対して出力する出力信号用インターフェイス回路である。制御対象モデル応答計算部２１、入力信号用インターフェイス回路２２及び出力信号用インターフェイス回路２３によってモデル応答計算機能を実現する。符号２４は、同期信号出力部３から出力する同期信号に基づいてモデル応答計算機能の動作を制御するプログラム動作コントロール部である。
【００１１】
次に、図２を参照して、図１に示す装置の動作を説明する。まず、制御演算部１１は、初期状態における所定の設定処理や出力処理を実行する（ステップＳ１）。そして、同期信号出力部３から同期信号（同期タイミングトリガ）が入力されるまで待機する（ステップＳ２）。そして、同期信号が入力された時点で、制御演算部１１は、入力信号用インターフェイス回路１３を介して入力信号（状態量）を取り込み（ステップＳ３）、この入力信号に基づいて、出力するべき制御指令値を演算によって求める（ステップＳ４）。そして、制御演算部１１は、求めた制御指令値（制御操作量）の信号を出力信号用インターフェイス回路１２を介して出力する（ステップＳ５）。続いて、制御演算部１１は、次回の演算周期に到達するまで待機し、ステップＳ３に戻って同じ処理を繰り返す（ステップＳ６）。なお、ステップＳ３〜Ｓ６の処理時間は、毎回同時間となるようにステップＳ６の待機時間を調整するために、例えば、タイマ割り込み処理等によって処理時間を制御する。
【００１２】
一方、制御対象モデル応答計算部２１は、初期状態における所定の設定処理や出力処理を実行する（ステップＳ１１）。そして、同期信号出力部３から同期信号（同期タイミングトリガ）が入力されるまで待機する（ステップＳ１２）。そして、同期信号が入力された時点で、制御対象モデル応答計算部２１は、所定の時間待機し（ステップＳ１３）、入力信号用インターフェイス回路２２を介して入力信号（制御指令値）を取り込み（ステップＳ１４）、この入力信号に基づいて、出力するべき状態量（モデル応答値）を演算によって求める（ステップＳ１５）。そして、制御対象モデル応答計算部２１は、求めた状態量（ＲＴＳ応答）の信号を出力信号用インターフェイス回路２３を介して出力する（ステップＳ１６）。続いて、制御対象モデル応答計算部２１は、次回の演算周期に到達するまで待機し、ステップＳ１４に戻って同じ処理を繰り返す（ステップＳ１７）。なお、ステップＳ１４〜Ｓ１７の処理時間は、毎回同時間でかつ制御装置１が行うステップＳ３〜Ｓ６の処理時間と同じになるようにステップＳ１７の待機時間を調整するために、例えば、タイマ割り込み処理等によって処理時間を制御する。
【００１３】
次に、図１０を参照して、同期信号と、制御装置の信号出力と、ＲＴＳの信号入力のタイミングについて説明する。制御装置１側とＲＴＳ２側の各周期演算動作を開始するタイミングを同期信号出力部３が出力する同期信号を与えることにより同期させる。図１０に示すように、周期演算動作開始後、各々一定の演算周期で動作を繰り返す事により、入出力インターフェイス回路の動作が同期することになる。図２に示す動作では、ＲＴＳ２において、同期信号が入力されたのち、所定時間待機する（ステップＳ１３）例を説明したが、図１０に示すように、同期信号パルスの立ち上がりで制御装置１を動作させ、同期信号パルスの立ち下がりでＲＴＳ２を動作させるようにしてもよい。なお、ＲＴＳ２側の演算周期は、演算および信号処理速度が間に合う範囲内で、制御装置側演算周期の１／２、１／３、１／４等であってもよい。
【００１４】
次に、図３を参照して、図１に示す装置の他の動作例を説明する。図３に示す動作が図２に示す動作と異なる点は、制御装置１及びＲＴＳ２のそれぞれを動作させるべきタイミングで同期信号を出力するようにした点である。図３に示すように、制御装置１においては、制御操作量出力（ステップＳ５）後にステップＳ２に戻るようにしている。また、ＲＴＳ２においてもＲＴＳ応答出力（ステップＳ１６）後にステップＳ１２へ戻るようにしている。図１１を参照して、この動作を説明する。
【００１５】
図１１に示すように、同期信号出力部３が出力する同期信号を周期クロックとして、制御装置１とＲＴＳ２の周期演算を実行する。図３に示す動作では、ＲＴＳ２において、同期信号が入力されたのち、所定時間待機する（ステップＳ１３）例を説明したが、図１１に示すように、同期信号パルスの立ち上がりで制御装置１を動作させ、同期信号パルスの立ち下がりでＲＴＳ２を動作させるようにしてもよい。なお、ＲＴＳ２側の演算周期は、演算および信号処理速度が間に合う範囲内で、制御装置１側の演算周期の１／２、１／３、１／４等であってもよい。この場合、同期信号出力部３が出力する同期信号は、ＲＴＳ２の演算周期に基づく周期で発生させて、制御装置１の周期演算は、複数のタイミングトリガ検出によって実行させるようにすればよい。
【００１６】
次に、本発明の第２の実施形態によるシミュレーション装置を図面を参照して説明する。図４は第２の実施形態の構成を示すブロック図である。この図において、図１に示す装置と同一の部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。この図に示す装置が図１に示す装置と異なる点は、同期信号出力３１が出力する同期信号を制御装置１のみに入力し、この同期信号に基づいて、プログラムコントロール部１５がプログラムコントロール部２４へ同期タイミング信号を出力するようにした点である。
【００１７】
次に、図５を参照して、図４に示す装置の動作を説明する。まず、制御演算部１１は、初期状態における所定の設定処理や出力処理を実行する（ステップＳ２１）。そして、同期信号出力部３から周期演算を開始するためのタイミングトリガが入力されるまで待機する（ステップＳ２２）。そして、タイミングトリガが入力されて周期演算が開始された時点で、制御演算部１１は、入力信号用インターフェイス回路１３を介して入力信号（状態量）を取り込み（ステップＳ２３）、この入力信号に基づいて、出力するべき制御指令値を演算によって求める（ステップＳ２４）。そして、制御演算部１１は、求めた制御指令値（制御操作量）の信号を出力信号用インターフェイス回路１２を介して出力する（ステップＳ２５）。これと並行して、プログラム動作コントロール部１５は、ＲＴＳ２に対して同期タイミング信号を出力する（ステップＳ２６）。続いて、制御演算部１１は、次回の演算周期に到達するまで待機し、ステップＳ２３に戻って同じ処理を繰り返す（ステップＳ２７）。なお、ステップＳ２３〜Ｓ２７の処理時間は、毎回同時間となるようにステップＳ２７の待機時間を調整するために、例えば、タイマ割り込み処理等によって処理時間を制御する。
【００１８】
一方、制御対象モデル応答計算部２１は、初期状態における所定の設定処理や出力処理を実行する（ステップＳ３１）。そして、プログラム動作コントロール部２４は、プログラム動作コントロール部１５から同期タイミング信号（同期タイミングトリガ）が入力されるまで待機する（ステップＳ３２）。そして、同期信号が入力された時点で、制御対象モデル応答計算部２１は、所定の時間待機し（ステップＳ３３）、入力信号用インターフェイス回路２２を介して入力信号（制御指令値）を取り込み（ステップＳ３４）、この入力信号に基づいて、出力するべき状態量（モデル応答値）を演算によって求める（ステップＳ３５）。そして、制御対象モデル応答計算部２１は、求めた状態量（ＲＴＳ応答）の信号を出力信号用インターフェイス回路２３を介して出力する（ステップＳ３６）。続いて、制御対象モデル応答計算部２１は、次回の演算周期に到達するまで待機し、ステップＳ３４に戻って同じ処理を繰り返す（ステップＳ３７）。なお、ステップＳ３４〜Ｓ３７の処理時間は、毎回同時間でかつ制御装置１が行うステップＳ２３〜Ｓ２７の処理時間と同じになるようにステップＳ３７の待機時間を調整するために、例えば、タイマ割り込み処理等によって処理時間を制御する。同期信号と、制御装置の信号出力と、ＲＴＳの信号入力のタイミングは、図１０に示すタイミングと同様であるため詳細な説明を省略する。
【００１９】
次に、図６を参照して、図４に示す装置の他の動作例を説明する。図６に示す動作が図５に示す動作と異なる点は、制御装置１及びＲＴＳ２のそれぞれを動作させるべきタイミングで同期信号を出力するようにした点である。図６に示すように、制御装置１においては、制御操作量出力（ステップＳ２６）後にステップＳ２２に戻るようにしている。また、ＲＴＳ２においてもＲＴＳ応答出力（ステップＳ３６）後にステップＳ３２へ戻るようにしている。同期信号と、制御装置の信号出力と、ＲＴＳの信号入力のタイミングは、図１１に示すタイミングと同様であるため詳細な説明を省略する。
【００２０】
次に、本発明の第３の実施形態によるシミュレーション装置を図面を参照して説明する。図７は第３の実施形態の構成を示すブロック図である。この図において、図１に示す装置と同一の部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。この図に示す装置が図１に示す装置と異なる点は、同期信号出力部３を省略し、プログラムコントロール部１６がプログラムコントロール部２４へ同期タイミング信号を出力するようにした点である。
【００２１】
次に、図８を参照して、図７に示す装置の動作を説明する。まず、制御演算部１１は、初期状態における所定の設定処理や出力処理を実行する（ステップＳ４１）。そして、周期演算が開始されるまで待機する（ステップＳ４２）。そして、周期演算が開始された時点で、制御演算部１１は、入力信号用インターフェイス回路１３を介して入力信号（状態量）を取り込み（ステップＳ４３）、この入力信号に基づいて、出力するべき制御指令値を演算によって求める（ステップＳ４４）。そして、制御演算部１１は、求めた制御指令値（制御操作量）の信号を出力信号用インターフェイス回路１２を介して出力する（ステップＳ４５）。これと並行して、プログラム動作コントロール部１６は、ＲＴＳ２に対して同期タイミング信号を出力する（ステップＳ４６）。続いて、制御演算部１１は、次回の演算周期に到達するまで待機し、ステップＳ２３に戻って同じ処理を繰り返す（ステップＳ４７）。なお、ステップＳ４３〜Ｓ４７の処理時間は、毎回同時間となるようにステップＳ４７の待機時間を調整するために、例えば、タイマ割り込み処理等によって処理時間を制御する。
【００２２】
一方、制御対象モデル応答計算部２１は、初期状態における所定の設定処理や出力処理を実行する（ステップＳ５１）。そして、プログラム動作コントロール部２４は、プログラム動作コントロール部１６から同期タイミング信号（同期タイミングトリガ）が入力されるまで待機する（ステップＳ５２）。そして、同期信号が入力された時点で、制御対象モデル応答計算部２１は、所定の時間待機し（ステップＳ５３）、入力信号用インターフェイス回路２２を介して入力信号（制御指令値）を取り込み（ステップＳ５４）、この入力信号に基づいて、出力するべき状態量（モデル応答値）を演算によって求める（ステップＳ５５）。そして、制御対象モデル応答計算部２１は、求めた状態量（ＲＴＳ応答）の信号を出力信号用インターフェイス回路２３を介して出力する（ステップＳ５６）。続いて、制御対象モデル応答計算部２１は、次回の演算周期に到達するまで待機し、ステップＳ５４に戻って同じ処理を繰り返す（ステップＳ５７）。なお、ステップＳ５４〜Ｓ５７の処理時間は、毎回同時間でかつ制御装置１が行うステップＳ４３〜Ｓ４７の処理時間と同じになるようにステップＳ５７の待機時間を調整するために、例えば、タイマ割り込み処理等によって処理時間を制御する。同期信号と、制御装置の信号出力と、ＲＴＳの信号入力のタイミングは、図１０に示すタイミングと同様であるため詳細な説明を省略する。
【００２３】
次に、図９を参照して、図７に示す装置の他の動作例を説明する。図９に示す動作が図８に示す動作と異なる点は、制御装置１及びＲＴＳ２のそれぞれを動作させるべきタイミングで同期信号を出力するようにした点である。図９に示すように、ＲＴＳ２において、ＲＴＳ応答出力（ステップＳ５６）後にステップＳ５２へ戻るようにしている。同期信号と、制御装置の信号出力と、ＲＴＳの信号入力のタイミングは、図１１に示すタイミングと同様であるため詳細な説明を省略する。
【００２４】
以上説明したように、制御装置とリアルタイムシミュレーション装置の双方における入出力インターフェイス動作を同期させることにより、図１２に示すように実機制御時の応答に対しての遅れを小さくすることができるため、より実際の作動状態に即した状況の模擬が可能になる。また、制御装置１の出力が確定した後に、ＲＴＳ２側の入力信号を取り込むようにするとともに、制御装置１において入力が実行される前に、ＲＴＳ２の出力を確定して出力するようにしたため、演算周期を短くすることなく、より実際の作動状態に即した状況の模擬が可能になるため、制御装置１とＲＴＳ２の演算負荷を低減することができる。
【００２５】
なお、図１、４、７に示す制御装置１及びＲＴＳ２の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによりシミュレーション処理を実行するようにしてもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータシステム」は、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）を備えたＷＷＷシステムも含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ（ＲＡＭ）のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。
【００２６】
また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク（通信網）や電話回線等の通信回線（通信線）のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の第１の実施形態の構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示す装置の動作を示すフローチャートである。
【図３】図１に示す装置の動作を示すフローチャートである。
【図４】本発明の第２の実施形態の構成を示すブロック図である。
【図５】図４に示す装置の動作を示すフローチャートである。
【図６】図４に示す装置の動作を示すフローチャートである。
【図７】本発明の第３の実施形態の構成を示すブロック図である。
【図８】図７に示す装置の動作を示すフローチャートである。
【図９】図７に示す装置の動作を示すフローチャートである。
【図１０】同期信号の出力タイミングを示すタイミングチャートである。
【図１１】同期信号の出力タイミングを示すタイミングチャートである。
【図１２】本発明による制御動作を示すタイミングチャートである。
【図１３】実機による制御動作を示すタイミングチャートである。
【図１４】従来技術による制御動作を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００２８】
１・・・制御装置、１１・・・制御演算部、１２、２３・・・出力用インターフェイス回路、１３、２２・・・入力信号用インターフェイス回路、１４、１５、１６、２４・・・プログラム動作コントロール部、２・・・リアルタイムシミュレーション装置（ＲＴＳ）、２１・・・制御対象モデル応答計算部、３、３１・・・同期信号出力部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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