JP6790448B2

JP6790448B2 - Simulation equipment

Info

Publication number: JP6790448B2
Application number: JP2016097341A
Authority: JP
Inventors: 徳田　寛和; 寛和徳田
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2016-05-13
Filing date: 2016-05-13
Publication date: 2020-11-25
Anticipated expiration: 2036-05-13
Also published as: JP2017204237A

Description

本発明は、電力変換装置等を制御する制御装置の検証のためのシミュレーションを行うシミュレーション装置に関する。 The present invention relates to a simulation device that performs simulation for verification of a control device that controls a power conversion device or the like.

工場や各種プラント等の産業施設では、各種操業を制御するための制御システムが構築されることが多い。この種の制御システムは、インバータ等の電力変換装置や、電力変換装置を制御する制御装置等により構成される。電力変換装置やその駆動対象である電動機等には各種センサが取り付けられており、当該センサで取得した各種情報を基に電動機等の制御が行われる。近年では、コスト削減等の観点から、制御システムの省センサ化が進んでいる。この種の制御システムにおける制御装置による制御の具体的な態様としては、制御対象の状態を示す状態変数の値を所定の推定アルゴリズムに従って算出し、その推定値に応じて制御対象を制御する態様が挙げられる。例えば、インバータを制御する制御装置を例に挙げると、インバータ主回路の制御に応じて当該インバータ主回路から出力される電圧を推定し、その推定値に応じて電動機の回転速度制御が行われる。このようなインバータの出力電圧を高精度に演算する技術が例えば、特許文献１に開示されている。 In industrial facilities such as factories and various plants, control systems for controlling various operations are often constructed. This type of control system is composed of a power conversion device such as an inverter, a control device that controls the power conversion device, and the like. Various sensors are attached to the power conversion device and the electric motor or the like to be driven by the power converter, and the electric motor or the like is controlled based on various information acquired by the sensors. In recent years, sensor-saving control systems have been promoted from the viewpoint of cost reduction and the like. As a specific mode of control by the control device in this type of control system, a mode in which the value of a state variable indicating the state of the controlled object is calculated according to a predetermined estimation algorithm and the controlled object is controlled according to the estimated value. Can be mentioned. For example, taking a control device that controls an inverter as an example, the voltage output from the inverter main circuit is estimated according to the control of the inverter main circuit, and the rotation speed control of the electric motor is performed according to the estimated value. For example, Patent Document 1 discloses a technique for calculating the output voltage of such an inverter with high accuracy.

出力電圧の推定値等の推定演算値に応じた電力変換装置の駆動制御に支障が生じないようにするには、制御装置に搭載されるソフトウェアを十分に検証しておく必要がある。これを実現するには、制御装置（ソフトウェア）単体ではなく、制御システムを構成する各種装置、例えば制御装置の制御対象やその周辺装置を含めて検証を行うことが理想である。しかし、制御システムによっては、上記各種装置を含めてソフトウェアの検証を行うと、検証効率が低下する虞がある。例えば、大規模な制御システムでは、制御システムを構成する全ての装置が揃うまで、ソフトウェアの検証に着手することができない。そこで、この問題を回避するために、シミュレーション装置を用いて制御システムを構成する各種装置の動作を模擬するモデルを生成し、このモデルを用いて制御装置の検証が行われる。 In order not to interfere with the drive control of the power conversion device according to the estimated calculation value such as the estimated value of the output voltage, it is necessary to sufficiently verify the software installed in the control device. In order to realize this, it is ideal to verify not only the control device (software) alone but also various devices constituting the control system, for example, the control target of the control device and its peripheral devices. However, depending on the control system, if the software is verified including the above-mentioned various devices, the verification efficiency may decrease. For example, in a large-scale control system, software verification cannot be started until all the devices that make up the control system are available. Therefore, in order to avoid this problem, a simulation device is used to generate a model that simulates the operation of various devices constituting the control system, and the control device is verified using this model.

特開２００９−２５４０３２号公報JP-A-2009-254032

推定値に応じた制御に支障が生じないようにするには、次に示すような手順に従って、制御装置（ソフトウェア）の開発・検証を行う必要がある。より詳細に説明すると、まず、非線形性等が排除された理想的なインバータ主回路の回路機能を実現するプログラムの開発を行う。このプログラムの作成が完了すると、これを用いて、推定値を算出するための推定アルゴリズムを含む制御アルゴリズムの妥当性の検証を行う。具体的には、作成したプログラムをＣＰＵに実行させ、このプログラムによって実現される理想的な回路モデルを用いて制御アルゴリズムの検証を行う。この検証により、制御アルゴリズムの妥当性が確認された場合、その制御アルゴリズム（或いは、これと等価の制御アルゴリズム）を実装したプログラムを開発する。このプログラムの作成が完了すると、当該プログラムを制御装置に搭載し、各種装置を含めて制御装置の検証を行う。 In order not to interfere with the control according to the estimated value, it is necessary to develop and verify the control device (software) according to the following procedure. To explain in more detail, first, we will develop a program that realizes the circuit function of the ideal inverter main circuit that eliminates non-linearity and the like. When the creation of this program is completed, it is used to verify the validity of the control algorithm including the estimation algorithm for calculating the estimated value. Specifically, the created program is executed by the CPU, and the control algorithm is verified using the ideal circuit model realized by this program. If the validity of the control algorithm is confirmed by this verification, a program that implements the control algorithm (or a control algorithm equivalent thereto) is developed. When the creation of this program is completed, the program is mounted on the control device, and the control device including various devices is verified.

上述したように、推定値（例えば、インバータ主回路の出力電圧）の妥当性の検証は、実機またはシミュレーション装置を用いて行われる。実機を用いる場合、まず、算出された推定値を実際の電圧として出力できるようなＤ／Ａ変換器を設け、このＤ／Ａ変換器が出力するアナログ信号をオシロスコープに入力してその波形を表示させるとともに、実機（インバータ主回路）から出力される電圧をオシロスコープに入力してその波形を表示させる。次いで、オシロスコープに表示された両波形を対比し、両波形が一致しているか否かを判定することにより推定値の妥当性を検証する。なお、シミュレーション装置を用いる場合は、実機から検出したインバータ主回路の出力電圧に替えて、シミュレーション装置から取得した模擬的なインバータ主回路の出力電圧が比較対象として用いられる。 As described above, the validity of the estimated value (for example, the output voltage of the inverter main circuit) is verified by using an actual machine or a simulation device. When using an actual machine, first, a D / A converter that can output the calculated estimated value as an actual voltage is provided, and the analog signal output by this D / A converter is input to the oscilloscope and its waveform is displayed. At the same time, the voltage output from the actual machine (inverter main circuit) is input to the oscilloscope and its waveform is displayed. Next, the validity of the estimated value is verified by comparing the two waveforms displayed on the oscilloscope and determining whether or not the two waveforms match. When a simulation device is used, the output voltage of the simulated inverter main circuit acquired from the simulation device is used as a comparison target instead of the output voltage of the inverter main circuit detected from the actual machine.

しかし、Ｄ／Ａ変換器やオシロスコープの操作に不慣れな者にとっては、これらの装置を用いて推定値の検証を行うことは容易ではない。また、検証対象の推定値に対応する実際の値がモータの内部磁束のような容易に測定不可能な物理値の場合は、実機からは取得困難である。シミュレーション装置を用いて推定値の検証を行う場合も、シミュレーション装置の該当する物理値を出力できるＤ／Ａ変換器を別途用意する必要がある。また、検証対象となる状態変数の種別に応じて、都度、模擬させるモデルの状態変数の出力部を変更しなければならず、このような作業は手間がかかり時間・工数を要するため、推定値の検証を行うことは容易ではない。 However, for those who are unfamiliar with the operation of D / A converters and oscilloscopes, it is not easy to verify the estimated values using these devices. Further, when the actual value corresponding to the estimated value to be verified is a physical value that cannot be easily measured such as the internal magnetic flux of the motor, it is difficult to obtain it from the actual machine. When verifying the estimated value using the simulation device, it is necessary to separately prepare a D / A converter capable of outputting the corresponding physical value of the simulation device. In addition, the output unit of the state variable of the model to be simulated must be changed each time according to the type of the state variable to be verified, and such work requires time and man-hours, so it is an estimated value. It is not easy to verify.

この発明は、以上のような事情に鑑みてなされたものであり、制御対象の状態を示す状態変数の値を推定し、その推定値に応じて制御対象を制御する制御装置の検証を容易に実現することを可能とする技術を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and it is easy to estimate the value of a state variable indicating the state of a controlled object and easily verify a control device that controls the controlled object according to the estimated value. The purpose is to provide technology that makes it possible to realize it.

上記課題を解決するために本発明は、制御対象の状態を示す状態変数の値を算出し、その値を基に生成した制御信号を前記制御対象に与える制御装置を検証するシミュレーション装置において、前記制御信号を受信し、その制御信号に応じた前記制御対象の動作を模擬して前記状態変数の値を更新する模擬部と、前記制御装置により算出された状態変数の値を前記制御装置から取得するとともに、前記模擬部の状態を示す状態変数の値を前記模擬部から取得し、取得した前記各状態変数の値の比較結果に基づき前記制御装置を検証する検証部とを有することを特徴とシミュレーション装置を提供する。 In order to solve the above problems, the present invention is a simulation device for verifying a control device that calculates a value of a state variable indicating a state of a controlled object and gives a control signal generated based on the value to the controlled object. A simulation unit that receives a control signal, simulates the operation of the control target in response to the control signal, and updates the value of the state variable, and acquires the value of the state variable calculated by the control device from the control device. In addition, it is characterized by having a verification unit that acquires the value of a state variable indicating the state of the simulated unit from the simulated unit and verifies the control device based on the comparison result of the acquired values of each state variable. A simulation device is provided.

本発明によれば、制御装置により算出された状態変数の値がシミュレーション装置に与えられ、シミュレーション装置内で当該状態変数の値の妥当性の検証が行われる。このため、検証時に、Ｄ／Ａ変換器やオシロスコープを用いる必要がない。従って、制御装置により算出された状態変数の値の検証（推定値を算出するための制御アルゴリズムを搭載した制御装置の検証）を容易に実現することができる。 According to the present invention, the value of the state variable calculated by the control device is given to the simulation device, and the validity of the value of the state variable is verified in the simulation device. Therefore, it is not necessary to use a D / A converter or an oscilloscope at the time of verification. Therefore, verification of the value of the state variable calculated by the control device (verification of the control device equipped with the control algorithm for calculating the estimated value) can be easily realized.

本発明によれば、制御対象の状態を示す状態変数の値を推定し、その推定値に応じて制御対象を制御する制御装置の検証を容易に実現することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to estimate the value of a state variable indicating the state of a controlled object and easily verify a control device that controls the controlled object according to the estimated value.

本発明の一実施形態であるシミュレーション装置１００の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the simulation apparatus 100 which is one Embodiment of this invention. 同実施形態において、シミュレーションデータおよび評価対象データの各データの表す波形を示す図である。In the same embodiment, it is a figure which shows the waveform represented by each data of the simulation data and the evaluation target data. 同実施形態において、シミュレーションデータの表す波形の他の例を示す図である。In the same embodiment, it is a figure which shows another example of the waveform represented by the simulation data. 同実施形態における端末装置３００の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the terminal apparatus 300 in the same embodiment.

＜第１実施形態＞
以下、図面を参照し、この発明の実施形態について説明する。
図１は本発明の一実施形態であるシミュレーション装置１００の構成を示すブロック図である。図１には、シミュレーション装置１００の他、制御装置２００が図示されている。制御装置２００は、本実施形態における検証対象であり、制御対象の状態を示す状態変数の値を所定の推定アルゴリズムに従って算出し、その推定値に応じて制御対象を制御する。本実施形態における制御装置２００の制御対象はインバータ主回路およびその駆動対象であるモータである。例えばインバータ主回路から出力される出力電圧の推定値や、速度センサレス制御におけるモータ速度の推定値、モータの内部磁束の推定値等のような制御演算に用いられる各値が、上記状態変数の推定値として算出される。制御装置２００の概略は以下の通りである。 <First Embodiment>
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a simulation device 100 according to an embodiment of the present invention. In addition to the simulation device 100, the control device 200 is shown in FIG. The control device 200 is the verification target in the present embodiment, calculates the value of the state variable indicating the state of the control target according to a predetermined estimation algorithm, and controls the control target according to the estimated value. The control target of the control device 200 in this embodiment is the inverter main circuit and the motor which is the drive target thereof. For example, the estimated value of the output voltage output from the inverter main circuit, the estimated value of the motor speed in the speed sensorless control, the estimated value of the internal magnetic flux of the motor, etc., are the estimated values of the above state variables. Calculated as a value. The outline of the control device 200 is as follows.

制御装置２００は、ＣＰＵ２１０と、Ａ／Ｄ変換器２２０と、ＰＷＭ信号生成部２３０と、通信手段２４０とを有する。Ａ／Ｄ変換器２２０は、インバータ主回路やモータ等に設置される各種センサ、例えばインバータ主回路から出力される電流を検出する電流検出センサや、モータの磁極位置を検出する位置センサ等を模擬するシミュレーション装置１００から送信された検出値等の各種情報を受信し、当該情報をＡ／Ｄ変換してＣＰＵ２１０に与える。なお、上記各種情報は、コンパレータを用いて得られるデジタル入力信号として扱われる場合もあり、この場合は、Ａ／Ｄ変換は不要である。通信手段２４０は例えばＮＩＣ（Network Interface Card）であり、信号線を介してシミュレーション装置１００に接続されている。 The control device 200 includes a CPU 210, an A / D converter 220, a PWM signal generation unit 230, and a communication means 240. The A / D converter 220 simulates various sensors installed in the inverter main circuit, motor, etc., for example, a current detection sensor that detects the current output from the inverter main circuit, a position sensor that detects the magnetic pole position of the motor, and the like. Various information such as a detected value transmitted from the simulation device 100 is received, and the information is A / D converted and given to the CPU 210. The various information may be treated as a digital input signal obtained by using a comparator. In this case, A / D conversion is unnecessary. The communication means 240 is, for example, a NIC (Network Interface Card), which is connected to the simulation device 100 via a signal line.

ＣＰＵ２１０は、記憶手段（図示略）に格納された制御ソフトウェアおよび通信ソフトウェアを実行することにより、制御部２１１および通信部２１２として機能する。制御部２１１は、制御ソフトウェアに実装された制御アルゴリズム（推定値を算出するための推定アルゴリズムや、推定値や検出値を用いてインバータ主回路に対する指令値を算出するためのアルゴリズム）を実行し、Ａ／Ｄ変換器２２０から受け取った各種情報を基に、インバータ主回路の出力電圧および内部磁束等の各推定値を算出する。 The CPU 210 functions as the control unit 211 and the communication unit 212 by executing the control software and the communication software stored in the storage means (not shown). The control unit 211 executes a control algorithm implemented in the control software (an estimation algorithm for calculating an estimated value and an algorithm for calculating a command value for the inverter main circuit using the estimated value and the detected value). Based on various information received from the A / D converter 220, each estimated value such as the output voltage and the internal magnetic flux of the inverter main circuit is calculated.

制御部２１１は、算出した各推定値をＰＷＭ信号生成部２３０に与える。ＰＷＭ信号生成部２３０は、制御部２１１から受け取った各推定値と外部から受け取った指令値（例えば、電圧指令値および磁束指令値）との差分に応じたＰＷＭ信号を生成し、信号線を介してインバータ主回路（図示の例では、当該インバータ主回路を模擬するシミュレーション装置１００）に伝達する。これにより、制御装置２００による推定値に応じたインバータ主回路およびモータの制御が実現される。 The control unit 211 gives each calculated estimated value to the PWM signal generation unit 230. The PWM signal generation unit 230 generates a PWM signal according to the difference between each estimated value received from the control unit 211 and a command value (for example, a voltage command value and a magnetic flux command value) received from the outside, and generates a PWM signal via a signal line. Is transmitted to the inverter main circuit (in the illustrated example, the simulation device 100 simulating the inverter main circuit). As a result, control of the inverter main circuit and the motor according to the estimated value by the control device 200 is realized.

また、制御部２１１は、算出した各推定値を、Ａ／Ｄ変換器２２０から受け取った各種情報とともに記憶手段（図示略）に格納する。そして、制御部２１１は、一定時間間隔で、或いはユーザ等からの指示が与えられたことを契機として、記憶手段（図示略）に格納された情報を取り出し、通信手段２４０に与える。本実施形態では、状態変数の推定値、すなわちインバータ主回路の出力電圧およびその駆動対象であるモータの内部磁束の各推定値等、電圧指令値や電流指令値等の各種指令値を算出するために用いられる内部信号が制御部２１１により取り出され、通信手段２４０に与えられる。通信手段２４０は、通信部２１２による制御の下、制御部２１１から受け取った情報をシミュレーション装置１００に一定周期で送信する。なお、本実施形態では、制御装置２００からシミュレーション装置１００への推定値の送信を有線通信で実現したが、無線通信で実現してもよい。 Further, the control unit 211 stores each of the calculated estimated values in the storage means (not shown) together with various information received from the A / D converter 220. Then, the control unit 211 takes out the information stored in the storage means (not shown) and gives it to the communication means 240 at regular time intervals or when an instruction is given from the user or the like. In this embodiment, in order to calculate various command values such as voltage command values and current command values, such as estimated values of state variables, that is, estimated values of the output voltage of the inverter main circuit and the internal magnetic flux of the motor to be driven thereof. The internal signal used for the above is taken out by the control unit 211 and given to the communication means 240. Under the control of the communication unit 212, the communication means 240 transmits the information received from the control unit 211 to the simulation device 100 at regular intervals. In the present embodiment, the transmission of the estimated value from the control device 200 to the simulation device 100 is realized by wired communication, but it may be realized by wireless communication.

シミュレーション装置１００は、リアルタイムシミュレータであり、制御装置２００の制御対象やその周辺装置の動作を実時間で模擬するモデルを生成し、当該モデルを用いて制御装置２００の検証のためのシミュレーションを行う。図１に示すように、シミュレーション装置１００は、演算部１１０と通信手段１２０とを有する。通信手段１２０は、データの送受信を行う通信用ハードウェア（例えばＮＩＣ）であり、通信手段２４０から送信された情報を受信し、演算部１１０に与える。演算部１１０は、例えばＣＰＵであり、記憶手段（図示略）に格納されたセンサモデル、主回路モデルおよび機械負荷モデルの各モデルを実行することにより、センサ模擬部１１１、主回路模擬部１１２および機械負荷模擬部１１３として機能する。また、演算部１１０は、記憶手段（図示略）に格納されたソフトウェアを実行することにより、検証部１１４として機能する。 The simulation device 100 is a real-time simulator, generates a model that simulates the operation of the controlled object of the control device 200 and its peripheral devices in real time, and uses the model to perform a simulation for verification of the control device 200. As shown in FIG. 1, the simulation device 100 includes a calculation unit 110 and a communication means 120. The communication means 120 is communication hardware (for example, NIC) for transmitting and receiving data, and receives information transmitted from the communication means 240 and gives it to the calculation unit 110. The calculation unit 110 is, for example, a CPU, and by executing each model of the sensor model, the main circuit model, and the machine load model stored in the storage means (not shown), the sensor simulation unit 111, the main circuit simulation unit 112, and It functions as a machine load simulating unit 113. Further, the calculation unit 110 functions as the verification unit 114 by executing the software stored in the storage means (not shown).

主回路模擬部１１２は、制御装置２００の制御対象であるインバータ主回路の動作を実時間で模擬し、その動作に応じた出力を行う。主回路模擬部１１２は、ＰＷＭ信号生成部２３０から受け取ったＰＷＭ信号に基づいて、そのパルス幅に応じたインバータ主回路の動作、すなわちスイッチング素子を所定の周期でオン／オフ制御し、直流電圧を交流電圧に変換する動作を模擬する。そして、主回路模擬部１１２は、上記交流電圧（インバータ主回路の出力電圧）の電圧値を状態変数として機械負荷模擬部１１３および検証部１１４に与える。 The main circuit simulating unit 112 simulates the operation of the inverter main circuit, which is the control target of the control device 200, in real time, and outputs according to the operation. Based on the PWM signal received from the PWM signal generation unit 230, the main circuit simulating unit 112 controls the operation of the inverter main circuit according to the pulse width, that is, the switching element on / off at a predetermined cycle, and controls the DC voltage. Simulate the operation of converting to AC voltage. Then, the main circuit simulating unit 112 gives the voltage value of the AC voltage (output voltage of the inverter main circuit) to the mechanical load simulating unit 113 and the verification unit 114 as a state variable.

機械負荷模擬部１１３は、インバータ主回路の駆動対象であるモータの動作を実時間で模擬し、その動作に応じた出力を行う。機械負荷模擬部１１３は、主回路模擬部１１２から状態変数の値（インバータ主回路の出力電圧の電圧値）を受け取ると、当該電圧値に応じたモータの動作、すなわち内部磁束を発し、その磁束に応じたトルクを生成して回転する動作を模擬する。そして、機械負荷模擬部１１３は、上記磁束の磁束量を状態変数として検証部１１４に与える。 The mechanical load simulating unit 113 simulates the operation of the motor, which is the drive target of the inverter main circuit, in real time, and outputs according to the operation. When the mechanical load simulating unit 113 receives the value of the state variable (voltage value of the output voltage of the inverter main circuit) from the main circuit simulating unit 112, the mechanical load simulating unit 113 generates the operation of the motor according to the voltage value, that is, the internal magnetic flux, and the magnetic flux thereof. Simulates the operation of rotating by generating torque according to. Then, the mechanical load simulating unit 113 gives the magnetic flux amount of the magnetic flux to the verification unit 114 as a state variable.

センサ模擬部１１１は、インバータおよびモータに設置される各種センサ（例えば、インバータ主回路から出力される電流を検出する電流検出センサや、モータの磁極位置を検出する位置センサ等）の動作を実時間で模擬し、その動作に応じた出力を行う。センサ模擬部１１１は、その検出対象に関する情報を主回路模擬部１１２および機械負荷模擬部１１３から取得し、当該情報をＡ／Ｄ変換部２２０に与える。 The sensor simulation unit 111 operates the operation of various sensors installed in the inverter and the motor (for example, a current detection sensor that detects the current output from the inverter main circuit, a position sensor that detects the magnetic pole position of the motor, etc.) in real time. Simulate with and output according to the operation. The sensor simulation unit 111 acquires information about the detection target from the main circuit simulation unit 112 and the machine load simulation unit 113, and gives the information to the A / D conversion unit 220.

検証部１１４は、主回路模擬部１１２および機械負荷模擬部１１３の各々から状態変数の値を受け取るとともに、制御部２１１により算出された状態変数の推定値を通信手段１２０から受け取る。そして、検証部１１４は、主回路模擬部１１２および機械模擬部１１３の各々から受け取った状態変数の値（以下、「シミュレーションデータ」と呼ぶ）と、制御装置２００により算出された状態変数の推定値（以下、「評価対象データ」と呼ぶ）とを比較し、評価対象データ（評価対象データを算出するための制御アルゴリズムを搭載した制御装置）の妥当性を検証する。 The verification unit 114 receives the value of the state variable from each of the main circuit simulating unit 112 and the mechanical load simulating unit 113, and also receives the estimated value of the state variable calculated by the control unit 211 from the communication means 120. Then, the verification unit 114 receives the value of the state variable (hereinafter referred to as "simulation data") received from each of the main circuit simulation unit 112 and the machine simulation unit 113, and the estimated value of the state variable calculated by the control device 200. (Hereinafter referred to as "evaluation target data"), the validity of the evaluation target data (control device equipped with a control algorithm for calculating the evaluation target data) is verified.

図２は、シミュレーションデータおよび評価対象データの各データの表す波形を示す図である。図２に示す各波形はインバータ主回路の出力電圧波形であり、点線波形はシミュレーションデータに対応し、実線波形は評価対象データに対応する。同図における縦軸は各波形の振幅値（瞬時値）を示し、横軸は時刻を示す。図２に示すように、時刻ａ〜ｂ間を除いて、評価対象データの表す波形は、シミュレーションデータの表す波形と一致している。すなわち、時刻ａ〜ｂ間を除く区間では、制御部２１１により算出されたインバータ主回路の出力電圧の推定値は妥当であり、検証部１１４はその旨を示す判定結果を出力する。 FIG. 2 is a diagram showing waveforms represented by each data of the simulation data and the evaluation target data. Each waveform shown in FIG. 2 is an output voltage waveform of the inverter main circuit, the dotted waveform corresponds to the simulation data, and the solid line waveform corresponds to the evaluation target data. In the figure, the vertical axis shows the amplitude value (instantaneous value) of each waveform, and the horizontal axis shows the time. As shown in FIG. 2, the waveform represented by the evaluation target data matches the waveform represented by the simulation data except between the times a to b. That is, in the section other than the time a to b, the estimated value of the output voltage of the inverter main circuit calculated by the control unit 211 is valid, and the verification unit 114 outputs a determination result indicating that fact.

その一方で、時刻ａ〜ｂ間では、評価対象データとシミュレーションデータの各データの表す波形の間には、最大でシミュレーションデータの表す波形の最大振幅値の３０％程度の誤差が生じている。ここで、上記誤差が１０％（以下、「許容誤差」と呼ぶ）を超えたか否かを妥当性の判断基準とすると、時刻ａ〜ｂ間では上記誤差が許容誤差を上回っており、制御部２１１により推定されたインバータ主回路の出力電圧の推定値は妥当ではなく、検証部１１４はその旨を示す判定結果を出力する。 On the other hand, between the times a to b, an error of about 30% of the maximum amplitude value of the waveform represented by the simulation data occurs between the waveforms represented by the evaluation target data and the simulation data. Here, assuming that whether or not the above error exceeds 10% (hereinafter referred to as "margin of error") is used as a criterion for determining validity, the above error exceeds the tolerance between times a and b, and the control unit The estimated value of the output voltage of the inverter main circuit estimated by 211 is not valid, and the verification unit 114 outputs a determination result indicating that fact.

以上、本実施形態によれば、制御装置２００により算出された状態変数の推定値がシミュレーション装置１００に送信され、シミュレーション装置１００内で上記推定値の妥当性の検証が行われる。このため、検証時に、Ｄ／Ａ変換器やオシロスコープを用いる必要がなく、状態変数の種別に応じて実機またはシミュレーション装置を使い分ける必要もない。従って、制御装置２００により算出された状態変数の推定値の検証（推定値を算出するための制御アルゴリズムを搭載した制御装置の検証）を容易に実現することができる。従って、制御対象の状態を示す状態変数の値を推定し、その推定値に応じて制御対象を制御する制御装置の検証を容易に実現することが可能となる。また、本実施形態による検証を経た制御装置を含む制御システムでは、インバータ主回路の出力電圧を計測するセンサを設ける必要はなく、当該センサを設けない分だけ省センサ化を図ることができる。 As described above, according to the present embodiment, the estimated value of the state variable calculated by the control device 200 is transmitted to the simulation device 100, and the validity of the estimated value is verified in the simulation device 100. Therefore, it is not necessary to use a D / A converter or an oscilloscope at the time of verification, and it is not necessary to use an actual machine or a simulation device properly according to the type of state variable. Therefore, verification of the estimated value of the state variable calculated by the control device 200 (verification of the control device equipped with the control algorithm for calculating the estimated value) can be easily realized. Therefore, it is possible to estimate the value of the state variable indicating the state of the controlled object and easily realize the verification of the control device that controls the controlled object according to the estimated value. Further, in the control system including the control device verified by the present embodiment, it is not necessary to provide a sensor for measuring the output voltage of the inverter main circuit, and the sensor can be saved as much as the sensor is not provided.

加えて、制御システムを構成する各種装置、すなわちインバータ主回路（主回路模擬部１１２）やモータ（機械負荷模擬部１１３）を含めて制御ソフトウェアの検証が行われるため、品質の高い制御ソフトウェアを開発することが可能となる。また、シミュレーション装置１００をリアルタイムシミュレータで構成することにより、推定値の検証を効率良く行うことが可能となる。従って、本実施形態による検証を経た制御装置（制御ソフトウェア）を製品に搭載することにより、品質の高い製品を効率良く開発することが可能となる。 In addition, the control software is verified including the various devices that make up the control system, that is, the inverter main circuit (main circuit simulation unit 112) and the motor (machine load simulation unit 113), so high-quality control software is developed. It becomes possible to do. Further, by configuring the simulation device 100 with a real-time simulator, it is possible to efficiently verify the estimated value. Therefore, by mounting the control device (control software) verified by the present embodiment on the product, it is possible to efficiently develop a high-quality product.

＜他の実施形態＞
以上、この発明の各実施形態について説明したが、この発明には他にも実施形態が考えられる。例えば、以下の通りである。 <Other embodiments>
Although each embodiment of the present invention has been described above, other embodiments of the present invention can be considered. For example, it is as follows.

（１）上記実施形態では、制御装置２００の制御対象としてインバータ主回路およびモータを例に挙げたが、他の装置（例えば、コンバータ等の電力変換装置やその周辺装置）を制御対象としてもよい。また、上記実施形態では、シミュレーション装置１００にインバータ主回路およびモータの動作を模擬させたが、制御装置２００の制御対象の種別に応じて模擬させる対象を適宜変更してもよい。 (1) In the above embodiment, the inverter main circuit and the motor are taken as an example of the control target of the control device 200, but other devices (for example, a power conversion device such as a converter and its peripheral devices) may be controlled targets. .. Further, in the above embodiment, the simulation device 100 is made to simulate the operation of the inverter main circuit and the motor, but the object to be simulated may be appropriately changed according to the type of the control target of the control device 200.

（２）図３は、シミュレーションデータの表す波形の他の例を示す図である。図３（ａ）に示す例では、シミュレーションデータの表す波形の振幅値は、時刻ｃに至るまで時間の経過とともに増大している。図示は省略するが、シミュレーションデータの表す波形に図３に示すような特性が観測される場合、評価対象データにも同様の傾向が観測され得る。この場合、シミュレーションデータの表す波形の振幅値が所定値（例えば、最大振幅値の９０％）を超えた時点で、検証部１１４に推定値の検証を実行させてもよい。例えば、制御部２１１に、評価対象データの表す波形の振幅値が所定値に達したか否かを判定させ、判定結果が“Ｙｅｓ”であれば（図３（ａ）：時刻ｃ）、図３（ｂ）に示すような信号をシミュレーション装置１００に送信させ、その旨を検証部１１４に通知させる。そして、検証部１１４には、上記通知を受け取ったことを契機として、推定値の検証を開始させるのである。或いは、検証部１１４にシミュレーションデータの表す波形の振幅値が所定値に達したか否かを判定させ、判定結果が“Ｙｅｓ”であれば推定値の検証を開始させてもよい。 (2) FIG. 3 is a diagram showing another example of the waveform represented by the simulation data. In the example shown in FIG. 3A, the amplitude value of the waveform represented by the simulation data increases with the passage of time until the time c. Although not shown, when the waveform represented by the simulation data has the characteristics shown in FIG. 3, the same tendency can be observed in the evaluation target data. In this case, when the amplitude value of the waveform represented by the simulation data exceeds a predetermined value (for example, 90% of the maximum amplitude value), the verification unit 114 may be made to verify the estimated value. For example, if the control unit 211 is made to determine whether or not the amplitude value of the waveform represented by the evaluation target data has reached a predetermined value and the determination result is “Yes” (FIG. 3 (a): time c), FIG. A signal as shown in 3 (b) is transmitted to the simulation device 100, and the verification unit 114 is notified to that effect. Then, the verification unit 114 starts the verification of the estimated value when the above notification is received. Alternatively, the verification unit 114 may be made to determine whether or not the amplitude value of the waveform represented by the simulation data has reached a predetermined value, and if the determination result is “Yes”, the verification of the estimated value may be started.

（３）上記実施形態において、端末装置を介してシミュレーション装置１００を操作してもよい。図４は、端末装置３００の一例を示す図である。図４に示す例では、端末装置３００の表示画面に表示される設定ウインドウには、シミュレーション装置１００に模擬させるモデルの変数名、制御ソフトウェアの変数名および許容誤差の各値が表示されている。 (3) In the above embodiment, the simulation device 100 may be operated via the terminal device. FIG. 4 is a diagram showing an example of the terminal device 300. In the example shown in FIG. 4, in the setting window displayed on the display screen of the terminal device 300, each value of the variable name of the model to be simulated by the simulation device 100, the variable name of the control software, and the tolerance is displayed.

モデルの変数名が指定されると、端末装置３００は、その変数名に対応するモデルの情報を検証部１１４に送信する。検証部１１４は、この情報を受け取ったことを契機として、当該情報の示すモデルに応じた推定値の検証を開始することができる。また、制御ソフトウェアの変数名が指定されると、端末装置３００は、予め端末装置３００に格納された制御ソフトウェアのマップファイル（制御ソフトウェアの変数名とその格納アドレスの対応表）を読み出し、指定された変数名に対応するアドレスを特定する。そして、端末装置３００は、当該アドレスを制御装置２００に送信する。これにより、制御部２１１は、そのアドレスに対応する制御ソフトウェアを記憶手段（図示略）から読み出し実行することができる。 When the variable name of the model is specified, the terminal device 300 transmits the model information corresponding to the variable name to the verification unit 114. Upon receiving this information, the verification unit 114 can start verification of the estimated value according to the model indicated by the information. When the variable name of the control software is specified, the terminal device 300 reads out the map file of the control software (correspondence table of the variable name of the control software and its storage address) stored in the terminal device 300 in advance and specifies it. Specify the address corresponding to the variable name. Then, the terminal device 300 transmits the address to the control device 200. As a result, the control unit 211 can read and execute the control software corresponding to the address from the storage means (not shown).

（４）上記実施形態では、制御装置２００からシミュレーション装置１００へ与える情報として、制御部２１１により算出された状態変数の推定値を例に挙げたが、他の情報をシミュレーション装置１００に与えてもよい。例えば、推定値を算出するために必要な情報をシミュレーション装置１００に送信し、検証部１１４には、当該情報を基に上記推定値を算出させ、算出した推定値とシミュレーションデータとの比較結果に基づき、当該推定値を検証させればよい。 (4) In the above embodiment, as the information given from the control device 200 to the simulation device 100, the estimated value of the state variable calculated by the control unit 211 is given as an example, but other information may be given to the simulation device 100. Good. For example, the information necessary for calculating the estimated value is transmitted to the simulation device 100, the verification unit 114 is made to calculate the estimated value based on the information, and the calculated estimated value is compared with the simulation data. Based on this, the estimated value may be verified.

（５）上記実施形態では、主回路模擬部１１２および機械負荷模擬部１１３から検証部１１４へ状態変数（インバータ主回路の出力電圧およびモータの内部磁束）の値を与えたが、当該状態変数を算出するために必要な情報を検証部１１４に与えてもよい。この場合、検証部１１４には、当該情報を基に上記状態変数の値を算出させ、算出した状態変数とシミュレーションデータとの比較結果とに基づき、上記推定値を検証させればよい。 (5) In the above embodiment, the values of the state variables (output voltage of the inverter main circuit and the internal magnetic flux of the motor) are given from the main circuit simulating unit 112 and the mechanical load simulating unit 113 to the verification unit 114. The information necessary for the calculation may be given to the verification unit 114. In this case, the verification unit 114 may be made to calculate the value of the state variable based on the information, and verify the estimated value based on the comparison result between the calculated state variable and the simulation data.

（６）上記実施形態では、演算部１１０をＣＰＵで構成したが、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）や、ＣＰＵおよびＦＰＧＡの組み合わせにより構成してもよい。 (6) In the above embodiment, the arithmetic unit 110 is composed of a CPU, but it may be configured by an FPGA (Field-Programmable Gate Array) or a combination of the CPU and the FPGA.

（７）上記実施形態において、検証部１１４の機能をシミュレーション装置１００に替えて制御装置２００に実現させてもよい。ただし、制御装置には最小限の機能を搭載した方がコスト的に有利であるため、要求されるコストに応じていずれの装置に検証部１１４の機能を実現させるかを決定することが望ましい。 (7) In the above embodiment, the function of the verification unit 114 may be realized in the control device 200 instead of the simulation device 100. However, since it is cost-effective to equip the control device with the minimum functions, it is desirable to determine which device is to realize the function of the verification unit 114 according to the required cost.

（８）上記実施形態において、制御装置２００からシミュレーション装置１００へ送信される情報（状態変数の推定値）に時刻情報を付加し、検証部１１４に当該時刻情報を基に各情報間における受信時刻の差を算出させてもよい。この差に基づき、推定値の検証時、一定周期で受信した各情報を時間軸上で正しく配列し、各情報の時間変化を正確に把握することが可能となる。また、制御装置２００とシミュレーション装置１００との間で時刻同期信号の送受信を行い、両者の同期をとることにより、上記受信時刻の差を算出してもよい。 (8) In the above embodiment, time information is added to the information (estimated value of the state variable) transmitted from the control device 200 to the simulation device 100, and the reception time between the information is added to the verification unit 114 based on the time information. The difference may be calculated. Based on this difference, when verifying the estimated value, each information received at a fixed cycle can be correctly arranged on the time axis, and the time change of each information can be accurately grasped. Further, the difference in reception time may be calculated by transmitting and receiving a time synchronization signal between the control device 200 and the simulation device 100 and synchronizing the two.

（９）上記実施形態において、検証部１１４に複数種類の推定値を同時に検証させてもよい。これにより、推定値の検証をより一層効率良く行うことが可能となる。 (9) In the above embodiment, the verification unit 114 may simultaneously verify a plurality of types of estimated values. This makes it possible to verify the estimated value even more efficiently.

（１０）上記実施形態では、インバータ主回路の出力電圧およびモータの内部磁束を状態変数の例として挙げたが、制御装置２００の制御対象の種別に応じて適宜状態変数の種別を変更してもよい。 (10) In the above embodiment, the output voltage of the inverter main circuit and the internal magnetic flux of the motor are given as examples of the state variables, but the type of the state variables may be appropriately changed according to the type of the control target of the control device 200. Good.

１００…シミュレーション装置、１１０…演算部、１２０…通信手段、１１１…センサ模擬部、１１２…主回路模擬部、１１３…機械負荷模擬部、１１４…検証部、２００…制御装置、２１０…ＣＰＵ、２１１…制御部、２１２…通信部、２２０…Ａ／Ｄ変換器、２３０…ＰＷＭ信号生成部、２４０…通信手段、３００…端末装置。 100 ... Simulation device, 110 ... Calculation unit, 120 ... Communication means, 111 ... Sensor simulation unit, 112 ... Main circuit simulation unit, 113 ... Machine load simulation unit, 114 ... Verification unit, 200 ... Control device, 210 ... CPU, 211 ... Control unit, 212 ... Communication unit, 220 ... A / D converter, 230 ... PWM signal generation unit, 240 ... Communication means, 300 ... Terminal device.

Claims

In a simulation device that calculates a value of a state variable indicating the state of a control target and verifies a control device that gives a control signal generated based on the value to the control target.
A simulation unit that receives the control signal, simulates the operation of the control target in response to the control signal, and updates the value of the state variable.
The estimated value of the state variable calculated by the control device is acquired from the control device, the value of the state variable indicating the state of the simulated unit is acquired from the simulated unit, and the value of each of the acquired state variables is compared. A simulation device characterized by having a verification unit that verifies the control device based on the result.

The verification unit calculates the difference between the value acquired from the control device and the value acquired from the simulation unit for each state variable, and when the calculation result is larger than a predetermined threshold value, it is calculated by the control device. The simulation apparatus according to claim 1, wherein a determination result indicating that the value of the state variable is not appropriate is output.

Claim 1 or 2 characterized in that the verification unit starts verification of the value of the state variable calculated by the control device when the value of the state variable of the simulation unit exceeds a predetermined threshold value. The simulation apparatus described in.