(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
リアルタイムシミュレータと、
仮想検証モードでは前記リアルタイムシミュレータと接続可能であり、実稼働モードで電動機を駆動可能な駆動制御器と、
を備え、
前記駆動制御器は、前記実稼働モードでは前記電動機に電力を供給し、前記仮想検証モードでは前記リアルタイムシミュレータに実装された仮想検証モデルに応じた信号を出力する出力部を有すること
を特徴とする仮想検証システム。
【請求項２】
前記駆動制御器は、出力信号を演算する制御演算部と、前記出力信号により制御され、前記電動機に電力を供給する電気回路と、を備え、
前記実稼働モードでは前記電気回路から供給される電力が前記出力部から出力され、前記仮想検証モードでは前記出力信号が前記出力部から出力されること
を特徴とする請求項１に記載の仮想検証システム。
【請求項３】
前記制御演算部は、前記実稼働モードあるいは前記仮想検証モードに応じて出力信号を選択する出力信号選択部を備えたこと
を特徴とする請求項２に記載の仮想検証システム。
【請求項４】
前記出力信号選択部は、前記仮想検証モードにおいて前記リアルタイムシミュレータに実装された仮想検証モデルに応じた信号を選択し、前記出力信号とすること
を特徴とする請求項３に記載の仮想検証システム。
【請求項５】
前記駆動制御器は、
前記実稼働モードでは、前記電動機の状態の計測結果の入力を受け付け、前記仮想検証モードでは、前記リアルタイムシミュレータからの前記電動機の状態を模擬した模擬情報の入力を受け付ける入力部、
を備えることを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の仮想検証システム。
【請求項６】
前記出力部は、前記電気回路から出力された電力を前記電動機へ出力する第１の出力部と、仮想検証において用いられる信号を前記リアルタイムシミュレータへ出力する第２の出力部と、を備えることを特徴とする請求項２から４のいずれか１つに記載の仮想検証システム。
【請求項７】
前記仮想検証モードでは、前記実稼働モードで供給する電源電圧より低い電圧が前記駆動制御器へ入力されることを特徴とする請求項１から６のいずれか１つに記載の仮想検証システム。
【請求項８】
前記リアルタイムシミュレータはオプション基板に実装されることを特徴とする請求項１から７のいずれか１つに記載の仮想検証システム。
【請求項９】
前記オプション基板はシミュレーションモデルをダウンロードするためのインターフェースを備えることを特徴とする請求項８に記載の仮想検証システム。
【請求項１０】
前記オプション基板は、クラウドサーバ上にあるシミュレーションモデルをダウンロードすることを特徴とする請求項９に記載の仮想検証システム。
【請求項１１】
前記入力部は、前記リアルタイムシミュレータが接続されたことを検知すると、前記駆動制御器のモードを仮想検証モードに切り替えることを特徴とする請求項５に記載の仮想検証システム。
【請求項１２】
前記リアルタイムシミュレータはフィールドネットワーク上のコンピュータであり、仮想検証モードでは、前記駆動制御器と前記リアルタイムシミュレータとは、仮想検証に用いる信号を、前記フィールドネットワークを介して送受信することを特徴とする請求項１から１１のいずれか１つに記載の仮想検証システム。
【請求項１３】
前記駆動制御器を複数備え、前記仮想検証モードでは、リアルタイムシミュレータは複数の前記駆動制御器と接続することを特徴とする請求項１から１２のいずれか１つに記載の仮想検証システム。
【請求項１４】
前記駆動制御器を複数備え、前記仮想検証モードでは、複数の前記駆動制御器がデイジーチェーン状に接続されることを特徴とする請求項１から１２のいずれか１つに記載の仮想検証システム。
【請求項１５】
出力信号を演算する制御演算部と、
前記出力信号により制御され、電動機に電力を供給する電気回路と、
実稼働モードでは前記電気回路から供給される電力を出力し、仮想検証モードではリアルタイムシミュレータに実装された仮想検証モデルに応じた信号を出力する出力部と、
を備えたことを特徴とする駆動制御器。
【請求項１６】
前記制御演算部は、前記実稼働モードあるいは前記仮想検証モードに応じて出力信号を選択する出力信号選択部を備えたこと
を特徴とする請求項１５に記載の駆動制御器。
【請求項１７】
前記出力信号選択部は、前記仮想検証モードにおいて前記リアルタイムシミュレータに実装された仮想検証モデルに応じた信号を選択し、前記出力信号とすること
を特徴とする請求項１６に記載の駆動制御器。
【請求項１８】
前記出力部は、前記電気回路から出力された電力を前記電動機へ出力する第１の出力部と、前記仮想検証モードにおいて用いられる信号を前記リアルタイムシミュレータへ出力する第２の出力部と、を備えることを特徴とする請求項１５から１７のいずれか１つに記載の駆動制御器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動機および機械装置を模擬可能なシミュレータを備える仮想検証システムおよびこの仮想検証システムにおいて電動機を駆動可能な駆動制御器に関する。
【背景技術】
【０００２】
産業界において、製品設計の各フェーズでシミュレーションモデルを活用するモデルベース開発の適用が拡大している。例えば、電動機を制御する駆動制御器の開発にモデルベース開発を適用する場合、制御対象となる電動機は仮想化されてリアルタイムシミュレータにより模擬される。電動機が機械装置に接続される場合、機械装置も制御対象となりリアルタイムシミュレータにより模擬される。そして、駆動制御器とリアルタイムシミュレータとで閉ループを構成することで、あたかも駆動制御器を実際の制御対象と接続しているかのように駆動制御器の機能および性能の評価が実現される。以下、駆動制御器の制御対象の電動機、または制御対象の電動機および機械装置を制御対象装置ともいう。【０００３】
上述した手法の利点として、制御対象装置を試作する前に、仮想的な電動機モデル、機械モデルといったモデルと組み合わせた駆動制御器の検証が可能となること、制御対象装置を仮想化することで大型の制御対象装置を用意する必要がなくなり駆動制御器の評価工数を大幅に低減できること、実際に制御対象装置を動作させないため無人での連続運転評価が可能となること等が挙げられる。【０００４】
これに対して特許文献１では、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が、以下のように構成されることによって、より実際の作動状態に即した状況の模擬を可能とする技術が開示されている。特許文献１の制御装置は、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る。また、特許文献１の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状態量出力手段とを備える。以上のように、特許文献１に記載の技術では、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ースの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を可能とする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−４４４８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
仮想検証の対象として電動機の駆動制御器を考え、また電動機は機械装置を駆動するとする。この場合に、特許文献１に記載の技術を適用しようとすると、特許文献１における制御装置は、制御回路と電気回路からなる駆動制御器となり、特許文献１における制御対象は、電動機および電動機に接続される機械装置となる。制御回路は電動機の位置、速度および電流の制御演算を行い、パルス幅変調（ＰＷＭ：Pulse  Width  Modulation）信号を生成し、ＰＷＭ信号により電気回路を制御する。電動機は電気回路から電力を供給され、電力を動力に変換して機械装置を駆動する。【０００７】
前述したように駆動制御器の電気回路から電動機に電力が供給されるため、電動機は駆動制御器の電気回路と接続される。したがって、特許文献１に記載の技術を適用した場合、特許文献１における出力信号用インターフェース回路は駆動制御器内部の電気回路と接続され、出力信号用インターフェース回路からは３相電圧が出力されることになる。【０００８】
一方、駆動制御器の仮想検証を行う場合、リアルタイムシミュレータに駆動制御器の電気回路、電動機および機械装置のシミュレーションモデルが実装される場合がある。このとき、電気回路のシミュレーションモデルの演算に必要なＰＷＭ信号を駆動制御器から送出する必要がある。しかしながら、前述したように特許文献１の技術を適用した場合、出力信号用インターフェース回路からは３相電圧が出力されるだけであり、仮想検証時の電気回路のシミュレーションモデルの演算に必要なＰＷＭ信号を駆動制御器から出力することができない。【０００９】
駆動制御器を製造したメーカであれば駆動制御器の内部の回路仕様を把握しているので、ジャンパー線等を用いてＰＷＭ信号を取り出することができるが、ジャンパー線等を用いてＰＷＭ信号を取り出すには手間がかかる。また、内部回路仕様を開示されていない駆動制御器のユーザはシミュレーションモデルの演算に必要なＰＷＭ信号を駆動制御器から取り出すことができず、仮想検証を行うことができない。【００１０】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、制御対象装置のシミュレーションモデルに応じた仮想検証を容易に実現できる仮想検証システムを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる仮想検証システムは、リアルタイムシミュレータと、仮想検証モードではリアルタイムシミュレータと接続可能であり、実稼働モードで電動機を駆動可能な駆動制御器と、を備える。駆動制御器は、実稼働モードでは前記電動機に電力を供給し、仮想検証モードではリアルタイムシミュレータに実装された仮想検証モデルに応じた信号を出力する出力部を有する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明にかかる仮想検証システムは、制御対象装置のシミュレーションモデルに応じた仮想検証を容易に実現できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施の形態１にかかる仮想検証システムの構成例を示す図
【図２】実施の形態１の制御演算部の構成例を示す図
【図３】実施の形態１の制御回路の構成例を示す図
【図４】実施の形態１の制御演算部の動作例を示すフローチャート
【図５】実施の形態２の仮想検証システムの構成例を示す図
【図６】実施の形態３の仮想検証システムの構成例を示す図
【図７】実施の形態３の仮想検証システムの、図６とは別の構成例を示す図
【図８】実施の形態４の仮想検証システムの構成例を示す図
【図９】実施の形態４にかかわる仮想検証システムを示すブロック図
【図１０】実施の形態４においてクラウドサーバから情報処理装置へ電気回路モデル等をダウンロードする概念図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、本発明の実施の形態にかかる仮想検証システムおよび駆動制御器を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１５】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる仮想検証システムの構成例を示す図である。図１に示すように、本実施の形態の仮想検証システム１００は、機械装置１０と、機械装置１０を駆動する電動機８と、電動機８を制御する駆動制御器１と、駆動制御器１に制御指令を与えるコントローラ１９とを備える。仮想検証システム１００は、さらに、電動機８の回転角度を計測するエンコーダ９と、機械装置１０の位置、速度、加速度などを計測するセンサ１１と、リアルタイムにシミュレーションモデルの演算を行うリアルタイムシミュレータ１２とを備える。機械装置１０は、工作機械、産業用ロボット、製造装置が例示される。
【００１６】
本実施の形態の仮想検証システム１００は、駆動制御器１が電動機８を駆動する実稼働モードと駆動制御器１がリアルタイムシミュレータ１２と接続されて仮想検証を行う仮想検証モードとを有する。仮想検証システム１００が実稼働モードにより動作する場合、駆動制御器１およびコントローラ１９は実稼働モードに設定される。仮想検証システム１００が仮想検証モードにより動作する場合、駆動制御器１およびコントローラ１９は仮想検証モードに設定される。リアルタイムシミュレータ１２は、実稼働モードでは用いられず、仮想検証モードで用いられる。駆動制御器１は、リアルタイムシミュレータ１２と接続可能であり、電動機８を駆動可能である。実稼働モードでは駆動制御器１は電動機８と接続され、仮想検証モードでは、駆動制御器１は、リアルタイムシミュレータ１２と接続される。
【００１７】
コントローラ１９は、センサ１１などの機器からの信号の入力を受け付けるフィールドバス入力部２０と、駆動制御器１の制御指令を演算する指令演算部２１と、駆動制御器１に制御指令を送出するフィールドバス出力部２２とを備える。フィールドバス入力部２０は、実稼働モードではセンサ１１からの入力を受け付け、仮想検証モードでは、リアルタイムシミュレータ１２からの入力を受け付ける。コントローラ１９におけるモードの設定すなわちフィールドバス入力部２０が実稼働モードで動作するかまたは仮想検証モードで動作するかの設定については、どのような方法を用いてもよい。コントローラ１９におけるモードの設定は、例えば、図示しないスイッチなどの入力装置が操作されることにより行われてもよいし、フィールドバス入力部２０がリアルタイムシミュレータ１２の接続の有無を判定して、判定結果に応じてモードを設定してもよい。
【００１８】
駆動制御器１は、コントローラ１９から送出される制御指令の入力を受け付けるフィールドバス入力部２と、汎用的な入力インターフェースを備える入力部３と、電動機８の制御演算を行う制御演算部４と、電動機８に電力を供給する電気回路６と、電動機８の電流および電圧を検出する電流電圧検出器５と、汎用的な出力インターフェースを備える出力部７を備える。電気回路６は、スイッチング素子を備えるインバータまたはサーボアンプなどであり、制御演算部４から出力されるパルス幅変調信号（ＰＷＭ信号）により制御され、電動機８を駆動するための電力を、出力部７を介して電動機８へ印加する。入力部３は、実稼働モードではセンサ１１、エンコーダ９などの機器からの入力を受け付け、仮想検証モードでは、リアルタイムシミュレータ１２からの入力を受け付ける。出力部７は、実稼働モードでは、電動機８へ電力を印加し、仮想検証モードでは、リアルタイムシミュレータ１２へ後述するように仮想検証に用いられる信号を出力する。制御演算部４は、実稼働モードでは電動機８を駆動し、仮想検証モードでは、リアルタイムシミュレータ１２と接続されて仮想検証を行う。
【００１９】
すなわち、入力部３は、実稼働モードでは、電動機８の状態の計測結果の入力を受け付け、仮想検証モードでは、リアルタイムシミュレータ１２からの電動機８の状態を模擬した模擬情報の入力を受け付ける。制御演算部４は、実稼働モードでは、電動機８の状態の計測結果に基づいてパルス幅変調信号を生成してパルス変調信号を出力し、仮想検証モードでは、模擬情報に基づいて仮想検証に用いる信号を生成して仮想検証に用いる信号を出力する。出力部７は、実稼働モードでは、電気回路６から出力された電力を電動機８へ出力し、仮想検証モードでは、仮想検証において用いられる信号をリアルタイムシミュレータ１２へ出力する。
【００２０】
駆動制御器１におけるモードの設定すなわち駆動制御器１が実稼働モードで動作するかまたは仮想検証モードで動作するかについては、どのような方法を用いてもよい。駆動制御器１におけるモードの設定は、例えば、図示しないスイッチなどの入力装置が操作されることにより行われてもよいし、入力部３が有する入力インターフェースのうち仮想検証用の入力インターフェースにリアルタイムシミュレータ１２が接続されているか否かに応じて、自動的に行われてもよい。詳細には、入力部３は、仮想検証用の入力インターフェースにリアルタイムシミュレータ１２が接続されてない場合には、駆動制御器１のモードを実稼働モードに設定し、仮想検証用の入力インターフェースにリアルタイムシミュレータ１２が接続されている場合に、駆動制御器１のモードを仮想検証モードに設定する。
【００２１】
リアルタイムシミュレータ１２は、汎用的な入力インターフェースを備える入力部１３と、電気回路モデル部１４と、電動機モデル部１５と、機械装置モデル部１６と、これらシミュレーションモデルのシミュレーションを実行するシミュレーション実行部１７と、汎用的な出力インターフェースを備える出力部１８とを備える。電気回路モデル部１４は、駆動制御器１の電気回路６を模擬したシミュレーションモデルである電気回路モデルにより電気回路６を模擬した応答を算出する。電動機モデル部１５は、電動機８を模擬したシミュレーションモデルである電動機モデルにより電動機８を模擬した応答を算出する。機械装置モデル部１６は、機械装置１０を模擬したシミュレーションモデルである機械装置モデルにより機械装置１０を模擬した応答を算出する。以下、リアルタイムシミュレータ１２が、電気回路モデル部１４、電動機モデル部１５、機械装置モデル部１６などのように、仮想検証の対象となる各装置を模擬したシミュレーションモデルによる応答を演算するモジュールを搭載することを、リアルタイムシミュレータ１２に、各装置のシミュレーションモデルが実装されると表現する。
【００２２】
図２は、実施の形態１の制御演算部４の構成例を示す図である。制御演算部４は、設定されているモードに応じて入力信号を選択する入力信号選択部４１と、位置および速度制御演算を行う位置速度制御部４２と、電流制御演算を行う電流制御部４３と、電流指令からトルク指令を算出するトルク定数乗算部４４と、３相電圧指令からＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ制御部４５と、設定されているモードに応じて出力信号を選択する出力信号選択部４６とを備える。
【００２３】
図１において、構成要素を結ぶ信号線のうち、実線は実稼働モードにおいて用いられる配線であり、破線は仮想検証モードにおいて用いられる配線であり、一点鎖線は実稼働モードと仮想検証モードとで共通に用いられる配線である。また、図２において、制御演算部４内部の信号線のうち、一点鎖線は実稼働モードと仮想検証モードとで共通に用いられる配線であり、破線は仮想検証モードで用いられる配線である。
【００２４】
また、図１に示した構成例では、コントローラ１９、リアルタイムシミュレータ１２および駆動制御器１はフィールドバスにより接続される。フィールドバスは、産業用などに用いられるネットワークであり、ＣＣ−Ｌｉｎｋ  ＩＥ（登録商標）に基づくネットワークが例示される。コントローラ１９、リアルタイムシミュレータ１２および駆動制御器１の接続形態は、上述した例に限定されず、有線無線問わずどのような接続形態であってもよい。
【００２５】
次に、本実施の形態の仮想検証システムにおける各装置のハードウェア構成について説明する。コントローラ１９のフィールドバス入力部２０は、コネクタまたはポートなどの入力インターフェースと処理回路とで構成される。コントローラ１９の指令演算部２１は処理回路により実現される。フィールドバス出力部２２は、コネクタまたはポートなどの出力インターフェースと処理回路とで構成される。
【００２６】
駆動制御器１のフィールドバス入力部２は、コネクタまたはポートなどの入力インターフェースと処理回路とを有する。駆動制御器１の出力部７は、コネクタまたはポートなどの出力インターフェースと処理回路とを有する。電流電圧検出器５は、検出器である。電気回路６は、上述したようにインバータなどの電気回路である。制御演算部４は、処理回路により実現される。
【００２７】
リアルタイムシミュレータ１２の入力部１３は、コネクタまたはポートなどの入力インターフェースと処理回路とで構成される。リアルタイムシミュレータ１２の出力部１８は、コネクタまたはポートなどの出力インターフェースと処理回路とで構成される。電気回路モデル部１４、電動機モデル部１５、機械装置モデル部１６、およびシミュレーション実行部１７は、処理回路により実現される。
【００２８】
上述した入力インターフェースおよび出力インターフェースのうちの一部または全部は無線通信回路であってもよい。上述した処理回路は、専用のハードウェアであってもよいし、プロセッサを備える制御回路であってもよい。または、処理回路は、専用のハードウェアと制御回路との組み合わせであってもよい。また、各構成要素がそれぞれ別の処理回路により実現されてもよいし、複数の構成要素が１つの処理回路により実現されてもよい。
【００２９】
処理回路が専用のハードウェアである場合、処理回路は例えばＡＳＩＣ（Application  Specific  Integrated  Circuit）、ＦＰＧＡ（Field  Programmable  Gate  Array）、またはこれらを組み合わせたものを含む。
【００３０】
処理回路がプロセッサを備える制御回路で実現される場合、この制御回路は例えば図３に示す構成の制御回路２００である。図３は、本実施の形態の制御回路２００の構成例を示す図である。制御回路２００は、プロセッサ２０１とメモリ２０２を備える。プロセッサは、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサ、ＤＳＰ（Digital  Signal  Processor）ともいう）等である。メモリは、例えば、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）、ＲＯＭ（Read  Only  Memory）、フラッシュメモリー、等の、不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク等が該当する。また、制御回路２００は、ＳｏＣ（System  on  a  Chip）であってもよい。
【００３１】
処理回路がプロセッサを備える制御回路２００である場合、プロセッサ２０１が、メモリ２０２に記憶された各部の処理が記述されたプログラムを読み出して実行することにより実現される。また、メモリ２０２は、プロセッサ２０１が実施する各処理における一時メモリとしても使用される。
【００３２】
なお、一般的に、電気回路モデルの演算は非常に短いサンプリング周期で演算する必要があるため、電気回路モデルをリアルタイムシミュレータ１２に実装する場合は、リアルタイムで演算するために処理回路としてＦＰＧＡが用いられることが多い。
【００３３】
次に、実施の形態１の動作について、図１および図２を参照しながら説明する。実施の形態１の仮想検証システム１００では、制御演算部４が、実稼働モードと仮想検証モードとで動作が異なり、実稼働モードでは電動機８へ電力を印加し、仮想検証モードではリアルタイムシミュレータ１２に実装されたシミュレーションモデルに応じた出力信号を出力する。これにより、ジャンパー線等を用いる必要がなく、また、駆動制御器１の内部回路構成を把握していなくても、制御対象装置の仮想検証を容易に実現できる。
【００３４】
以下、実稼働モードと仮想検証モードとに分けて動作を説明する。まず、実稼働モードにおける動作を説明する。図１に示したコントローラ１９は、フィールドバス入力部２０がセンサ１１からのセンサ情報の入力を受け付け、受け付けたセンタ情報を指令演算部２１へ出力する。なお、センサ１１は、上述したように機械装置１０の物理状態を計測し、計測結果である物理状態量をセンサ情報として駆動制御器１の入力部３とコントローラ１９のフィールドバス入力部２０とへ送出する。センサ１１の具体例としては位置センサ、速度センサ、加速度センサ、力センサなどが挙げられる。センサ１１の種別は、制御量に応じて適宜選択される。
【００３５】
指令演算部２１は、センサ情報に基づいて駆動制御器１に対する制御指令を算出する。図１では、駆動制御器１を１つ図示しているが、１つのコントローラ１９に対して複数の駆動制御器１が接続され、複数の駆動制御器１により複数の電動機が駆動され、複数の電動機により機械装置１０が駆動されてもよい。コントローラ１９に対して複数の駆動制御器１が接続される場合、コントローラ１９は機械装置１０が所望の動作を行うようにそれぞれの駆動制御器１が同期および協調して制御するような制御指令を算出する。指令演算部２１で算出された制御指令はフィールドバス出力部２２から出力され、フィールドバス入力部２から駆動制御器１に入力される。指令演算部２１における制御指令の算出方法は、一般的な方法を用いてよいため、詳細な説明は省略する。コントローラ１９のフィールドバス出力部２２は、指令演算部２１により算出された制御指令を、駆動制御器１のフィールドバス入力部２へ送出する。
【００３６】
駆動制御器１のフィールドバス入力部２は、フィールドバス出力部２２から受け取った制御指令を制御演算部４へ送出する。エンコーダ９は、電動機の回転角度すなわち位置を計測し、計測結果を駆動制御器１の入力部３へ送出する。電流電圧検出器５の計測結果およびエンコーダ９の計測結果は、電動機８の電流および電圧を検出する電動機の状態の計測結果の一例である。電流電圧検出器５は、電動機８の電流および電圧を計測し、計測結果を駆動制御器１の入力部３へ送出する。駆動制御器１の入力部３は、電流電圧検出器５から受け取った計測結果である電動機８の電流および電圧、エンコーダ９から受け取った計測結果である電動機８の回転角度、およびセンサ１１から計測されたセンサ情報である機械装置１０の物理状態量を、制御演算部４に送出する。
【００３７】
制御演算部４の動作を、図２を用いて説明する。位置速度制御部４２は、フィールドバス入力部２から送出された制御指令を受け取る。入力信号選択部４１は、入力部３から送出された電動機８の電流と電圧、電動機８の回転角度、機械装置１０の物理状態量を受け取る。
【００３８】
入力信号選択部４１は、入力された情報のうち、電動機８の電流と電圧を選択して電流制御部４３に送出し、電動機８の回転角度を選択して位置速度制御部４２に送出し、機械装置１０の物理状態量を選択して位置速度制御部４２および電流制御部４３に送出する。位置速度制御部４２は、入力信号選択部４１から送出された電動機８の回転角度を微分して回転速度を算出し、電動機８の回転角度と、フィールドバス入力部２から送出された制御指令と、回転速度とを用いて、位置および速度制御演算を行うことにより電流指令を算出する。位置および速度制御演算としては、ＰＩＤ（Proportional  Integral  Differential）制御が例示されるが、位置および速度制御演算はこれに限定されない。位置速度制御部４２は、算出した電流指令を電流制御部４３に送出する。
【００３９】
電流制御部４３は、位置速度制御部４２から送出された電流指令と、入力信号選択部４１から送出された電動機８の電流および電圧とを用いて電流制御演算を行うことにより３相電圧指令を算出し、３相電圧指令をＰＷＭ制御部４５に送出する。電流制御演算としては、ＰＩＤ制御が例示されるが、電流制御演算はこれに限定されない。機械装置１０の物理状態量は、位置速度制御部４２および電流制御部４３において制御演算における補正等に用いられる。機械装置１０の物理状態量を用いた制御演算における補正の方法はどのような方法を用いてもよく、また、機械装置１０の物理状態量を用いた制御演算における補正は行われなくてもよい。
【００４０】
なお、上述した例では、電動機８にエンコーダ９が接続され、電動機８の回転角度が駆動制御器１にフィードバックされる形態を説明したが、電動機８にはエンコーダ９が接続されていなくてもよい。同様に、機械装置１０にセンサ１１が接続され、機械装置１０の物理状態量が駆動制御器１およびコントローラ１９にフィードバックされる形態を説明したが、機械装置１０にはセンサ１１が接続されていなくてもよい。電動機８にエンコーダ９が接続されていない場合、制御演算部４は回転角度を用いずに演算を行うか、推定アルゴリズムにより回転角度を推定して演算を行う。機械装置１０にセンサ１１が接続されていない場合、指令演算部２１および制御演算部４は、センサ情報を使わずに演算を行うか、推定アルゴリズムにより物理状態量を推定して演算を行う。
【００４１】
ＰＷＭ制御部４５は、電流制御部４３から送出された３相電圧指令を、図１に示した電気回路６におけるスイッチング素子を駆動するためのＰＷＭ信号に変換し、ＰＷＭ信号を出力信号選択部４６に送出する。出力信号選択部４６は、実稼働モードでは、ＰＷＭ制御部４５から送出されたＰＷＭ信号を電気回路６へ送出する。
【００４２】
電気回路６は制御演算部４から送出されたＰＷＭ信号に応じてスイッチングを行うことにより出力部７を介して電動機８へ電力を供給する。電動機８は電気回路６から供給された電力を回転または直動運動に変換し、機械装置１０を動作させる。
【００４３】
このように実稼働モードでは、駆動制御器１は電動機８および機械装置１０の状態を計測した計測結果、すなわちセンサ１１、エンコーダ９および電流電圧検出器５による計測結果を、フィードバック信号として用いて電動機８および機械装置１０に所望の動作を行わせるための制御操作量を算出する。そして、駆動制御器１はこの制御操作量を電動機８に電力として供給することで電動機８および機械装置１０を駆動する。
【００４４】
次に仮想検証モードにおける動作を説明する。仮想検証モードでは、駆動制御器１は電動機８とは接続せず、リアルタイムシミュレータ１２と接続する。
【００４５】
リアルタイムシミュレータ１２には、仮想検証内容に応じて電気回路モデル、電動機モデルおよび機械装置モデルのうちの一部または全てが実装される。図１ではリアルタイムシミュレータ１２に、電気回路モデル、電動機モデルおよび機械装置モデルの全てが実装される例を示しているため、リアルタイムシミュレータ１２はそれぞれに対応する電気回路モデル部１４、電動機モデル部１５および機械装置モデル部１６を備える。
【００４６】
リアルタイムシミュレータ１２に実装されるシミュレーションモデルは図示しないモデルダウンロード用インターフェースにより図示しないサーバー等からダウンロードされることにより変更可能である。モデルダウンロード用インターフェースにより、サーバー等などから各シミュレーションモデルに対応するモジュールがダウンロードされることにより、検証したい内容に応じて、いずれのシミュレーションモデルを実装するかの設定と、それぞれのシミュレーションモデルの詳細度とが変更される。各シミュレーションモデルに対応するモジュールは、シミュレーションモデルによる応答を模擬する処理部であり、電気回路モデル部１４、電動機モデル部１５および機械装置モデル部１６はこれらのうちの一例である。なお、サーバーには、詳細度の異なる複数のシミュレーションモデルに対応する複数のモジュールが保持されている。
【００４７】
駆動制御器１の出力部７からは、後述するようにリアルタイムシミュレータ１２に実装されるシミュレーションモデルに応じて、仮想検証に必要な信号が出力される。リアルタイムシミュレータ１２の入力部１３は、駆動制御器１の出力部７から送出された信号を電気回路モデル部１４、電動機モデル部１５、機械装置モデル部１６のいずれかに後述する方法により送出する。シミュレーション実行部１７は、あらかじめ定められたサンプリング時間で電気回路モデル部１４、電動機モデル部１５および機械装置モデル部１６を動作させることにより、シミュレーションを実行する。なお、シミュレーション実行中は、電気回路モデル部１４、電動機モデル部１５および機械装置モデル部１６間でそれぞれの状態量が相互に授受される。
【００４８】
シミュレーション実行部１７はシミュレーション結果を出力部１８に送出する。出力部１８に送出されるシミュレーション結果は、具体的には、電動機モデル部１５から出力される電動機８の応答を模擬した電動機モデルの電流、電圧、回転角度および回転速度と、機械装置モデル部１６から出力される機械装置１０の応答を模擬した機械装置モデルの物理状態量とである。出力部１８は、これらシミュレーション結果のうち、機械装置モデルの物理状態量を駆動制御器１とコントローラ１９とに送出し、電動機モデルの電流、電圧、回転角度および回転速度を駆動制御器１に送出する。
【００４９】
なお、電動機モデルがリアルタイムシミュレータ１２に実装されなくてもよい。電動機モデルがリアルタイムシミュレータ１２に実装されない場合、電動機モデルの電流、電圧、回転角度および回転速度は駆動制御器１に送出されないが、電流制御部４３の演算の代わりに、駆動制御器１の制御演算部４がトルク指令を算出して出力すれば、電動機モデルの電流および電圧は不要となる。また、位置速度制御部４２で必要とされる回転角度と回転速度は、機械装置モデル部１６の物理量に回転角度と回転速度とを含めておけば、機械装置モデル部１６の回転角度と回転速度とで代用することができる。
【００５０】
リアルタイムシミュレータ１２からコントローラ１９に送出された機械装置モデルの物理状態量は、あたかも実際の機械装置１０から計測された信号のようにフィールドバス入力部２０から入力される。コントローラ１９の指令演算部２１はフィールドバス入力部２０から入力された機械装置モデルの物理状態量を実際に計測されたセンサ情報と見なして制御指令を算出し、フィールドバス出力部２２に送出する。指令演算部２１から送出された制御指令は、実稼働モードと同様に、フィールドバス出力部２２から駆動制御器１に送出される。
【００５１】
リアルタイムシミュレータ１２から駆動制御器１に送出された電動機モデルの電流、電圧、回転角度および回転速度と、機械装置モデルの物理状態量とは、あたかも実際に計測された信号のように入力部３から入力される。
【００５２】
入力部３は、電動機モデルの電流、電圧、回転角度および回転速度と、機械装置モデルの物理状態量とを制御演算部４へ送出する。制御演算部４の詳細な動作は図２を用いて説明する。フィールドバス入力部２から入力された制御指令は位置速度制御部４２に送出される。入力部３から入力された電動機モデルの電流、電圧、回転角度および回転速度と、機械装置モデルの物理状態量とは入力信号選択部４１に送出される。
【００５３】
入力信号選択部４１は、入力された信号のうち、電動機モデルの電流および電圧を選択して電流制御部４３に送出し、電動機モデルの回転角度および回転速度を選択して位置速度制御部４２に送出し、機械装置モデルの物理状態量を選択して位置速度制御部４２と電流制御部４３とに送出する。
【００５４】
位置速度制御部４２は、フィールドバス入力部２から送出された制御指令と、入力信号選択部４１から送出された電動機モデルの回転角度および回転速度を用いて、位置および速度制御演算を行うことにより電流指令を算出し、電流指令を電流制御部４３に送出する。
【００５５】
電流制御部４３は、位置速度制御部４２から送出された電流指令と、入力信号選択部４１から送出された電動機モデルの電流および電圧を用いて電流制御演算を行うことにより３相電圧指令を算出して、３相電圧指令をＰＷＭ制御部４５に送出する。機械装置モデルの物理状態量は、位置速度制御および電流制御において制御演算の補正等に用いられる。ただし、上述した通り、機械装置モデルの物理状態量は必ずしも必要ではない。
【００５６】
ＰＷＭ制御部４５は、電流制御部４３から送出された３相電圧指令を、電気回路モデルにおけるインバータ回路のスイッチング演算を模擬するために必要なＰＷＭ信号に変換し、ＰＷＭ信号を出力信号選択部４６に送出する。加えて、仮想検証モードでは、位置速度制御部４２により算出された電流指令はトルク定数乗算部４４にも送出され、トルク定数乗算部４４は、電流指令をトルク指令に換算して出力信号選択部４６に送出する。また、電流制御部４３により算出された３相電圧指令も出力信号選択部４６に送出される。出力信号選択部４６は、ＰＷＭ信号、３相電圧指令およびトルク指令をリアルタイムシミュレータ１２へ送出する。これにより、リアルタイムシミュレータ１２では、電気回路モデル部１４への入力に出力信号選択部４６から送出されたＰＷＭ信号を用いることができ、電動機モデル部１５への入力に出力信号選択部４６から送出された３相電圧指令を用いることができ、機械装置１０への入力にトルク指令を用いることができる。
【００５７】
なお、リアルタイムシミュレータ１２に電気回路モデルが実装されない場合、制御演算部４は３相電圧指令を算出して出力すればよく、ＰＷＭ制御部４５による演算は不要である。また、リアルタイムシミュレータ１２に電気回路モデルと電動機モデルが実装されない場合、制御演算部４はトルク指令を算出して出力すればよく、電流制御部４３の演算は不要である。
【００５８】
実稼働モードでは、駆動制御器１の出力部７から出力される信号は、電動機８に電力を供給する電気回路６から出力される３相電圧であるが、仮想検証モードでは３相電圧とは異なる信号が出力部７から出力される。すなわち、本実施の形態の駆動制御器１は、実稼働モードでは、電動機８へ供給する電力を出力し、仮想検証モードでは、仮想検証において用いられる信号をリアルタイムシミュレータ１２へ出力する。
【００５９】
前述したようにリアルタイムシミュレータ１２には仮想検証内容に応じて、電気回路モデル、電動機モデル、機械装置モデルのいずれか、または全てが実装されている。リアルタイムシミュレータ１２に電気回路モデルが実装されている場合、出力信号選択部４６は電気回路モデルにおけるインバータ回路のスイッチング演算を模擬するのに必要なＰＷＭ信号を出力部７に送出する。リアルタイムシミュレータ１２に電気回路モデルが実装されずに電動機モデルが実装されている場合、出力信号選択部４６は電動機モデルを動作させるのに必要なＰＷＭ制御されない３相電圧指令を出力部７に送出する。リアルタイムシミュレータ１２に電気回路モデルと電動機モデルが実装されずに機械装置モデルが実装されている場合、出力信号選択部４６は機械装置モデルの演算に必要なトルク指令を出力部７に送出する。出力部７は出力信号選択部４６から送出された信号をリアルタイムシミュレータ１２の入力部１３に送出する。
【００６０】
このように仮想検証モードでは、駆動制御器１とリアルタイムシミュレータ１２とで閉ループを構成することにより、あたかも駆動制御器１を実際の電動機８および機械装置１０と接続しているかのように動作させることが可能となる。
【００６１】
以上のように、本実施の形態の制御演算部４は、モードに応じて出力する信号を変更することができる。図４は、制御演算部４の動作例を示すフローチャートである。制御演算部４は、位置速度制御部４２によりフィールドバス入力部２から送出された制御指令と、入力信号選択部４１から送出された信号を用いて、位置および速度制御演算を実施する（ステップＳ１）。なお、このとき入力信号選択部４１から送出された信号および演算の内容は、上述したように実稼働モードであるか仮想検証モードであるかによって異なる。
【００６２】
制御演算部４は、電流制御部４３により電流制御演算を実施する（ステップＳ２）。なお、このとき入力信号選択部４１から送出された信号の内容は、上述したように実稼働モードであるか仮想検証モードであるかによって異なる。
【００６３】
制御演算部４は、ＰＷＭ制御部４５によりＰＷＭ信号を生成する（ステップＳ３）。具体的には、ＰＷＭ制御部４５が、電流制御部４３から送出された３相電圧指令をＰＷＭ信号に変換する。
【００６４】
仮想検証モードである場合（ステップＳ４  Ｙｅｓ）、トルク定数乗算部４４は、電流指令をトルク指令に換算してトルク指令を算出し（ステップＳ６）、出力信号選択部４６は、ＰＷＭ信号、３相電圧指令およびトルク指令を出力する（ステップＳ７）。
【００６５】
仮想検証モードでない場合すなわち実稼働モードである場合（ステップＳ４  Ｎｏ）、出力信号選択部４６は、ＰＷＭ信号を出力する（ステップＳ５）。
【００６６】
制御演算部４は、以上述べた処理を入力部３から信号が入力されると実施する。なお、前述したとおり、仮想検証モードでは、リアルタイムシミュレータ１２に実装されるモデルに応じて図４に示した処理の一部が省略されてもよい。
【００６７】
なお、リアルタイムシミュレータ１２は、駆動制御器１の外部にあるので、リアルタイムシミュレータ１２のスペックを、実装されるシミュレーションモデルに応じて変更することが可能である。シミュレーションにより電気回路モデルを模擬するにはサンプリング時間を非常に短くする必要があり、非常に短いサンプリング時間のシミュレーションをリアルタイムに行うには高い性能のリアルタイムシミュレータを用意する必要がある。一方、そこまで応答の高くない機械装置の動作を検証する場合には、電動機モデルと機械装置モデル、または機械装置モデルだけを実装することで、リアルタイムシミュレータのスペックを下げ、評価コストを低減することが可能である。
【００６８】
リアルタイムシミュレータ１２としては、フィールドバスにより接続されるフィールドネットワーク上にあるコンピュータを用いることができる。例えば、図１において、コントローラ１９の指令演算部２１にリアルタイムシミュレータ１２の機能が搭載されていても良い。フィールドネットワーク上にあるコンピュータはフィールドネットワークを介して駆動制御器１、ロボット、工作機械、リモートＩ（Input）／Ｏ（Output）装置、各種センサなどと接続され、Ethernet（登録商標）あるいは無線を介してサーバーなどと接続する。フィールドネットワーク上にあるコンピュータはフィールドネットワークを介して仮想検証に必要な信号を駆動制御器１とやり取りすることが可能であることから、上述したようにリアルタイムシミュレータ１２として活用することができる。すなわち、リアルタイムシミュレータ１２は、この場合、フィールドネットワーク上のコンピュータであり、仮想検証モードでは、駆動制御器１とリアルタイムシミュレータ１２とは、仮想検証に用いる信号を、フィールドネットワークを介して送受信する。
【００６９】
以上の構成によれば、仮想検証時において、駆動制御器１はリアルタイムシミュレータ１２と容易に接続できるため、駆動制御器１を製造したメーカではなく駆動制御器１のユーザであっても、容易に仮想検証が可能となり、駆動制御器１のユーザの装置の設置時の立ち上げ工数を低減することが可能となる。
【００７０】
また、市販の駆動制御器では、駆動制御器内部で簡易的な負荷を模擬したシミュレーションを行えるようにすることで、駆動制御器を電動機と接続することなく、駆動制御器の仮想的な運転動作の検証が可能とされているものもある。しかし、駆動制御器の演算部にはスペック的な制約があり、駆動制御器内部で詳細かつ複雑なシミュレーションモデルをリアルタイムに演算することは困難である。したがって、実装可能なシミュレーションモデルは簡易的な負荷モデルに限られ、ごく限られた簡易的な検証しか行えないという課題がある。
【００７１】
これに対し、本実施の形態では、検証したい内容に応じてリアルタイムシミュレータ１２に実装するシミュレーションモデルの有無および詳細度を任意に変更できるため、駆動制御器内部の制御演算部ではスペック的な制約によりリアルタイムでの演算が不可能な詳細かつ複雑なシミュレーションモデルを用いた検証も可能となる。また、仮想検証したい内容に応じてシミュレーションモデルの詳細度を任意に変更できるため、駆動制御器内の制御演算部では実施できない詳細かつ複雑なシミュレーションモデルを用いた検証が可能となり、一方で簡易なシミュレーションモデルでも十分な場合はリアルタイムシミュレータのスペックを下げることで仮想検証のコストを低減できる。
【００７２】
また、本実施の形態を用いれば、電動機と接続することなく、簡易的あるいは詳細なリアルタイムシミュレーションを実現することができる。したがって、電動機に対して遠隔地においてシミュレーションすることが可能となり、ユーザの装置に応じた駆動制御機器の設定を完了した状態で駆動制御機器をユーザに提供することが可能となる。例えばユーザが詳細なシミュレーションモデルでの検証をすることができない場合には、詳細なシミュレーションを実施した上で駆動制御機器を提供することが可能となる。
【００７３】
実施の形態２．
図５は、本発明にかかる実施の形態２の仮想検証システム１０１の構成例を示す図である。仮想検証システム１０１は、駆動制御器１の代わりに駆動制御器３０を備える以外は、実施の形態１の仮想検証システム１００と同様である。実施の形態１と同様の機能を有する構成要素は実施の形態１と同一の符号を付して重複する説明を省略する。以下、実施の形態１と異なる点を主に説明する。
【００７４】
実施の形態２の駆動制御器３０は、入力部３の代わりに実稼働用入力部３ａと仮想検証用入力部３ｂとを備え、出力部７の代わりに実稼働用出力部７ａと仮想検証用出力部７ｂとを備える。換言すると、本実施の形態では、入力部は、実稼働用入力部３ａと仮想検証用入力部３ｂで構成され、出力部は、実稼働用出力部７ａと仮想検証用出力部７ｂで構成される。これら以外は、実施の形態２の駆動制御器３０は、実施の形態１の駆動制御器１と同様である。
【００７５】
次に、実施の形態２の動作について図５を参照しながら、実施の形態１とは異なる動作を中心に説明する。なお、ここでも実稼働モードと仮想検証モードとを分けて動作を説明する。
【００７６】
まず、実稼働モードにおける動作を説明する。電流電圧検出器５で計測された電動機８の電流および電圧、エンコーダ９で計測された電動機８の回転角度、およびセンサ１１で計測された機械装置１０の物理状態量は、実稼働用入力部３ａに入力される。実稼働用入力部３ａは、受け取ったこれらの信号を、制御演算部４に送出する。
【００７７】
実稼働用入力部３ａから送出された電流電圧検出器５で計測された電動機８の電流および電圧、エンコーダ９で計測された電動機８の回転角度、およびセンサ１１で計測された機械装置１０の物理状態量は、図２に示した制御演算部４の入力信号選択部４１に入力される。
【００７８】
実稼働モードにおける制御演算部４の動作は実施の形態１と同様のため、ここでは説明を省略するが、実施の形態１に記載した動作により図２の制御演算部４の出力信号選択部４６はＰＷＭ信号を電気回路６に送出する。電気回路６は制御演算部４から送出されたＰＷＭ信号に応じてスイッチングを行うことにより、実稼働用出力部７ａを介して電動機８に電力を供給する。電動機８は、実施の形態１と同様に、電気回路６から供給された電力を回転または直動運動に変換し、機械装置１０を動作させる。
【００７９】
次に仮想検証モードにおける動作を説明する。リアルタイムシミュレータ１２から駆動制御器３０に送出された電動機モデルの電流および電圧と、電動機モデルの回転角度および回転速度と、機械装置モデルの物理状態量とは、あたかも実際の電気回路６、電動機８、機械装置１０から計測された信号のように仮想検証用入力部３ｂへ入力される。仮想検証用入力部３ｂは、これらの入力された信号を制御演算部４へ送出する。
【００８０】
仮想検証モードにおける制御演算部４の動作は実施の形態１と同様のため、ここでは説明を省略するが、実施の形態１に記載した動作により図２の制御演算部４の出力信号選択部４６は、リアルタイムシミュレータ１２に実装されたシミュレーションモデルに応じて必要な信号を選択して、仮想検証用出力部７ｂに送出する。
【００８１】
リアルタイムシミュレータ１２に電気回路モデルが実装されている場合、出力信号選択部４６は電気回路モデルにおけるインバータ回路のスイッチング演算を模擬するのに必要なＰＷＭ信号を仮想検証用出力部７ｂに送出する。リアルタイムシミュレータ１２に電気回路モデルが実装されずに電動機モデルが実装されている場合、出力信号選択部４６は電動機モデルを動作させるのに必要なＰＷＭ制御されない３相電圧指令を仮想検証用出力部７ｂに送出する。リアルタイムシミュレータ１２に電気回路モデルおよび電動機モデルが実装されずに機械装置モデルだけが実装されている場合、出力信号選択部４６は機械装置モデルの演算に必要なトルク指令を仮想検証用出力部７ｂに送出する。仮想検証用出力部７ｂは出力信号選択部４６から送出された信号をリアルタイムシミュレータ１２の入力部１３に送出する。
【００８２】
次に、仮想検証用入力部３ｂおよび仮想検証用出力部７ｂについて具体的に説明する。駆動制御器３０とリアルタイムシミュレータ１２とを容易に接続可能とするため、仮想検証用入力部３ｂと仮想検証用出力部７ｂのインターフェースはコネクタとするとよい。リアルタイムシミュレータ１２は駆動制御器３０のオプション基板としてユーザに提供されてもよく、その場合は駆動制御器３０に設けられたコネクタと、オプション基板に実装されるリアルタイムシミュレータ１２に設けられたコネクタとが接続される。なお、リアルタイムシミュレータ１２がオプション基板に実装されて提供される場合、リアルタイムシミュレータ１２にはシミュレーションモデルをダウンロードするためのインターフェースを設ける。
【００８３】
また、駆動制御器３０に設けられたコネクタはコネクタケーブルを介してリアルタイムシミュレータ１２に接続されてもよい。コネクタケーブルとしては具体的にＵＳＢ（Universal  Serial  Bus）ケーブルまたはＬＡＮ（Local  Area  Network）ケーブルが考えられ、その場合、仮想検証用入力部３ｂと仮想検証用出力部７ｂのインターフェースはそれぞれＵＳＢコネクタ、ＬＡＮコネクタとなる。
【００８４】
また、駆動制御器３０とリアルタイムシミュレータ１２とを無線で接続してもよく、その場合は、仮想検証用入力部３ｂの入力インターフェースと仮想検証用出力部７ｂの出力インターフェースとは無線接続インターフェースとなる。
【００８５】
制御演算部４および電気回路６には図示しない駆動制御器３０の電源入力部から電力が供給されている。実稼働時には、制御演算部４に供給する電圧より高い電圧を電気回路６に供給する必要があり、電気回路６を駆動するために必要な電圧が駆動制御器３０に入力される。一方で仮想検証時には電気回路６を動作させないため、実稼働時のように高い電圧を供給する必要はない。そこで、仮想検証時には実稼働時のように高い電圧の電源を接続しなくてもすむよう、実稼働時に供給する電圧よりも低く、制御演算部４の動作に必要十分な電圧を仮想検証用入力部３ｂから供給するようにしてもよい。すなわち、仮想検証モードでは、実稼働モードで供給する電源電圧より低い電圧が駆動制御器へ入力されるようにしてもよい。
【００８６】
以上の構成によれば、仮想検証時において、駆動制御器３０はリアルタイムシミュレータ１２と容易に接続できるため、実施の形態１と同様の効果を奏することができる。また、仮想検証時に実稼働時より消費電力を低下させることができる。
【００８７】
実施の形態３．
図６は、本発明にかかる実施の形態３の仮想検証システム１０２の構成例を示す図である。仮想検証システム１０２は、駆動制御器１の代わりに駆動制御器１ａ〜１ｃを備え、電動機８の代わりに複数の電動機を備え、リアルタイムシミュレータ１２の代わりにリアルタイムシミュレータ１２ａを備える以外は、実施の形態１の仮想検証システム１００と同様である。なお、コントローラ１９、機械装置１０およびセンサ１１については図示を省略している。また、同じく図示は省略しているが、各駆動制御器１ａ〜１ｃにはそれぞれ電動機が接続され、各電動機にはそれぞれエンコーダ９が接続される。３つの電動機は機械装置１０に接続される。駆動制御器１ａ〜１ｃは、それぞれ異なる電動機に接続される。なお、図６では、仮想検証モードにおける接続形態を示しており、破線で接続されている部分は、仮想検証モードにおける接続を示す。実施の形態２と同様の機能を有する構成要素は実施の形態２と同一の符号を付して重複する説明を省略する。以下、実施の形態２と異なる点を主に説明する。
【００８８】
本実施の形態では、複数の電動機と複数の駆動制御器により駆動する多軸の機械装置１０に対して仮想検証を行う場合の仮想検証システムについて説明する。ここでは３軸の装置を例とする。駆動制御器１ａ〜１ｃの構成は、駆動制御器３０と同様である。仮想検証モードにおいて、複数の駆動制御器とリアルタイムシミュレータの接続方法には次のような方法がある。
【００８９】
１つ目の方法としては、図６に示すように、入力部１３のチャンネルをリアルタイムシミュレータに接続する駆動制御器の台数分だけ設ける構成である。図６において、駆動制御器１ａ〜１ｃの仮想検証用出力部７ｂはそれぞれリアルタイムシミュレータ１２ａの入力部１３に接続する。リアルタイムシミュレータ１２ａは、駆動制御器１ａ〜１ｃに対応した電気回路モデル部１４ａ〜１４ｃと電動機モデル部１５ａ〜１５ｃとを備える。
【００９０】
駆動制御器１ａから出力されるＰＷＭ信号は入力部１３を介して電気回路モデル部１４ａに、駆動制御器１ｂから出力されるＰＷＭ信号は入力部１３を介して電気回路モデル部１４ｂに、駆動制御器１ｃから出力されるＰＷＭ信号は入力部１３を介して電気回路モデル部１４ｃに送出される。これにより、複数軸を備える機械装置モデルを模擬した機械装置モデル部１６のシミュレーションが実行される。各軸のシミュレーション結果は出力部１８から各軸に対応した駆動制御器１ａ〜１ｃに送出され、それぞれのシミュレーション結果は駆動制御器１ａ〜１ｃの仮想検証用入力部３ｂより入力される。
【００９１】
また、２つ目の方法として、図７に示すように駆動制御器４０ａ〜４０ｃをデイジーチェーン状に接続する構成がある。図７は、本実施の形態における、仮想検証システムの図６とは別の構成例を示す図である。図７においても、コントローラ１９、エンコーダ９、機械装置１０およびセンサ１１については図示を省略している。図７においても仮想検証モードにおける接続形態を示しており、破線で接続されている部分は、仮想検証モードにおける接続を示す。エンコーダ９は、複数の電動機にそれぞれ設けられる。複数の電動機は機械装置１０に接続される。図７に示した仮想検証システム１０３では、駆動制御器１ａ〜１ｃの代わりに駆動制御器４０ａ〜４０ｃを備える。駆動制御器４０ａは、仮想検証用入力部３ｂの代わりに仮想検証用入力部３ｂａを備え、仮想検証用出力部７ｂの代わりに仮想検証用出力部７ｂａを備える。駆動制御器４０ｂは、仮想検証用入力部３ｂの代わりに仮想検証用入力部３ｂｂを備え、仮想検証用出力部７ｂの代わりに仮想検証用出力部７ｂｂを備える。駆動制御器４０ｃは、仮想検証用入力部３ｂの代わりに仮想検証用入力部３ｂｃを備え、仮想検証用出力部７ｂの代わりに仮想検証用出力部７ｂｃを備える。これら以外は、駆動制御器４０ａの構成は、実施の形態２の駆動制御器３０と同様である。
【００９２】
駆動制御器４０ａの仮想検証用出力部７ｂａは駆動制御器４０ｂの仮想検証用入力部３ｂｂに接続され、駆動制御器４０ｂの仮想検証用出力部７ｂｂは駆動制御器４０ｃの仮想検証用入力部３ｂｃに接続され、駆動制御器４０ｃの仮想検証用出力部７ｂｃはリアルタイムシミュレータ１２ａの入力部１３と接続され、リアルタイムシミュレータ１２の出力部１８は駆動制御器４０ａの仮想検証用入力部３ｂａに接続される。
【００９３】
リアルタイムシミュレータ１２ａの出力部１８からは、各軸のシミュレーション結果が軸番号とともに駆動制御器４０ａの仮想検証用入力部３ｂａに送出される。駆動制御器４０ａは、駆動制御器４０ａに対応する軸番号のシミュレーション結果をもとに電気回路モデル部１４ａの演算に必要なＰＷＭ信号を生成し、仮想検証用出力部７ｂａから駆動制御器４０ｂの仮想検証用入力部３ｂｂに送出する。この時、リアルタイムシミュレータ１２ａから出力された各軸のシミュレーション結果も併せて送出する。
【００９４】
駆動制御器４０ｂは、駆動制御器４０ｂに対応する軸番号のシミュレーション結果をもとに電気回路モデル部１４ｂの演算に必要なＰＷＭ信号を生成し、仮想検証用出力部７ｂｂから駆動制御器４０ｃの仮想検証用入力部３ｂｃに送出する。この時、駆動制御器４０ａから出力されたＰＷＭ信号と、リアルタイムシミュレータ１２ａから出力された各軸のシミュレーション結果も併せて送出される。
【００９５】
駆動制御器４０ｃは、駆動制御器４０ｃに対応する軸番号のシミュレーション結果をもとに電気回路モデル部１４ｃの演算に必要なＰＷＭ信号を生成し、仮想検証用出力部７ｂｃからリアルタイムシミュレータ１２ａの入力部１３に送出する。この時、駆動制御器４０ａおよび駆動制御器４０ｂから出力されたＰＷＭ信号も併せて送出される。
【００９６】
リアルタイムシミュレータ１２ａの入力部１３は、軸番号を参照して、駆動制御器４０ａから出力されたＰＷＭ信号は電気回路モデル部１４ａに、駆動制御器４０ｂから出力されたＰＷＭ信号は電気回路モデル部１４ｂに、駆動制御器４０ｃから出力されたＰＷＭ信号は電気回路モデル部１４ｃにそれぞれ送出する。複数軸を備える機械装置モデル部１６のシミュレーションが実行される。各軸のシミュレーション結果は軸番号とともに出力部１８から駆動制御器４０ａの仮想検証用入力部３ｂａに送出される。
【００９７】
なお、リアルタイムシミュレータ１２ａに電気回路モデル、電動機モデル、機械装置モデルの全てが実装される場合で説明したが、リアルタイムシミュレータ１２ａに電気回路モデルが実装されずに電動機モデルが実装されている場合はＰＷＭ信号の代わりにＰＷＭ制御されない３相電圧指令が送出され、リアルタイムシミュレータ１２に電気回路モデルと電動機モデルが実装されずに機械装置モデルのみが実装されている場合はトルク指令が送出されるのは前述した通りである。以上述べた以外の動作は実施の形態２と同様である。
【００９８】
なお、駆動制御器１ａ〜１ｃとして、実施の形態２と同様の駆動制御器３０の代わりに、実施の形態１と同様の駆動制御器１を用いてもよい。
【００９９】
なお、以上述べた例では、駆動制御器および電動機がそれぞれ３つの例を示すが、駆動制御器が複数であり、複数の駆動制御器により１つの電動機を制御する場合にも本実施の形態の動作および構成を適用できる。
【０１００】
以上の構成によれば、複数の駆動制御器および電動機を備える場合にも、仮想検証時において、駆動制御器１ａ〜１ｃ，４０ａ〜４０ｃはリアルタイムシミュレータ１２ａと容易に接続できるため、実施の形態１と同様の効果を奏することができる。
【０１０１】
実施の形態４．
図８は、本発明にかかる実施の形態４の仮想検証システム１０３の構成例を示す図である。本実施の形態にかかわる仮想検証システム１０３においては、リアルタイムシミュレータ１２の機能が情報処理装置１２０に搭載される点が異なる。以下、実施の形態１から３と異なる点のみについて説明する。
【０１０２】
本実施の形態における情報処理装置１２０は、ネットワークを介してクラウドサーバ１５０と接続される。情報処理装置１２０としては、例えば機械装置１０が設置される工場内の各種情報を収集するエッジコンピュータなどが挙げられる。エッジコンピュータは産業機器分野の工場において使用され、工場内のＰＬＣ（Programmable  Logic  Controller：プログラマブルロジックコントローラ）１３０、サーボシステム１４０等の情報を工場内のネットワークを介して収集し、当該情報に基づいて各機器の分析、解析、判断等をリアルタイムに行うことができる装置である。
【０１０３】
図９は、本実施の形態にかかわる仮想検証システムを示すブロック図である。情報処理装置１２０は、オプション基板としてプラットフォーム基盤１２１を有しており、プラットフォーム基盤１２１上に電気回路モデル部１４、電動機モデル部１５、機械装置モデル部１６、シミュレーション実行部１７を備える。
【０１０４】
図１０は、クラウドサーバ１５０から情報処理装置１２０へ電気回路モデル等をダウンロードする概念図である。図１０に示すクラウドサーバ１５０は、本実施の形態に係る仮想検証システム１０３の情報処理装置１２０に搭載され得る電気回路モデル、電動機モデル、機械装置モデル、シミュレーション実行アプリケーションを保有している。
【０１０５】
図１０に示すように、情報処理装置１２０は、クラウドサーバ１５０へアクセスし、クラウドに格納されている各種電気回路モデル等を確認し、ユーザによって選択された電気モデルをダウンロードし、同モデルをプラットフォーム基盤１２１に搭載する。
【０１０６】
ユーザは、検証したい内容に応じてクラウドサーバ１５０上にある各種モデル、アプリケーションからシミュレーションに必要なものを情報処理装置１２０にダウンロードすることができる。したがって、情報処理装置１２０に実装するシミュレーションモデルを任意に変更、選択できる。
【０１０７】
すなわち、情報処理装置１２０を操作するユーザは、例えば、所望の試験に適した電気回路モデルを使用したり、又は、所望のメーカの電気回路モデルを使用したりすることが可能となる。
【０１０８】
また、クラウドサーバ１５０上の各種モデルには、駆動制御器１への出力選定信号が付随されている。そのため、クラウドサーバ１５０上のモデルをダウンロードした情報処理装置１２０から駆動制御器１へ出力選定信号が送信されることによって、制御演算部４の出力信号が決定される。したがって、駆動制御器１の出力部７から出力される信号の種類が決定されるため、例えばユーザが指定するなどの必要がない。
【０１０９】
なお、プラットフォーム基盤１２１は、電気回路モデル部１４、電動機モデル部１５、機械装置モデル部１６、シミュレーション実行部１７と接続するＩ／Ｆ（インターフェース）部分が共通化されており、Ｉ／Ｆ種が同一のものは搭載可能である。
【０１１０】
さらに、プラットフォーム基盤１２１は搭載したモデル部間のデータ通信制御を行うことができ、モデル部やシミュレーション実行部との同期制御を行うことができる。なお、プラットフォーム基盤１２１は必ずしも同期制御を行う必要はない。
【０１１１】
情報処理装置１２０は、例えば、機械装置１０の稼働情報を入手し、この稼働情報に基づいて機械装置１０の老朽化状況を分析し、機械装置１０を構成する機材の交換時期を通知することなどができる。情報処理装置１２０は、機械装置１０の稼働情報を分析していることから、その分析結果を機械装置モデル部１６に提供し、経年劣化を考慮したシミュレーションが可能となる。
【０１１２】
すなわち、情報処理装置１２０は、プラットフォーム基盤１２１を有し、同プラットフォーム基盤に各種モデルを搭載し得ることから、各種モデル間での解析結果の連携が容易になり、より高度な解析が可能となる。
【０１１３】
以上の実施の形態１から４に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
【符号の説明】
【０１１４】
１，１ａ〜１ｃ，３０，４０ａ〜４０ｃ  駆動制御器、２，２０  フィールドバス入力部、３，１３  入力部、４  制御演算部、５  電流電圧検出器、６  電気回路、７，１８  出力部、８  電動機、９  エンコーダ、１０  機械装置、１１  センサ、１２，１２ａ  リアルタイムシミュレータ、１４  電気回路モデル部、１５  電動機モデル部、１６  機械装置モデル部、１７  シミュレーション実行部、１９  コントローラ、２１  指令演算部、２２  フィールドバス出力部、４１  入力信号選択部、４２  位置速度制御部、４３  電流制御部、４４  トルク定数乗算部、４５  ＰＭＷ制御部、４６  出力信号選択部、１００，１０１，１０２，１０３  仮想検証システム、１２０  情報処理装置、１２１  フラットフォーム基盤、１５０  クラウドサーバ。
【要約】
本発明にかかる仮想検証システム（１００）は、リアルタイムシミュレータ（１２）と、仮想検証モードではリアルタイムシミュレータ（１２）と接続可能であり、実稼働モードで電動機（８）を駆動可能な駆動制御器（１）と、を備え、駆動制御器（１）は、実稼働モードでは電動機（８）に電力を供給し、仮想検証モードではリアルタイムシミュレータ（１２）に実装された仮想検証モデルに応じた信号を出力する出力部（７）を有する。【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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