HIRI 技術情報研究内容紹介機械装置のリアルタイム制御シミュレータの開発機械装置のリアルタイム制御シミュレーション技術に関する研究（H20〜21年度）情報システム部　浦池　隆文１．はじめに自動車や航空・宇宙等の先進的な分野では、 HILS（Hardware In the Loop Simulation）と呼ばれる開発手法が導入され、開発効率の向上が図られています。近年は一次産業向け機械装置等の分野でもメカトロニクス化が進んでおり、同手法による開発コストの低減や付加価値の向上が期待されます。しかし、市販のHILS向けツール類は非常に高価でかつ、使用法が複雑であり、広く普及しているものではありません。そこで、低コストで簡便に活用出来るHILSを目指し、フリーソフトを利用したリアルタイムシミュレーションに関する研究を行っています。２．HILSについて機械装置開発の一般的な流れとHILSについて図１に示します。機構系と制御系は、仕様の検討と、これに基づいた設計（仮想試作）が行われた後、実機が作製されます。しかし実機によるテストで不具合が生じた場合、設計変更や再試作には多くの労力とコストが発生する事となります。そこで、設計段階での機構系もしくは制御系の一方をシミュレーションモデルとし、他方に実機を用いて相互に接続した HILSによる検証を行う事で、実機システムによる試験を行う以前に様々な機構や制御アルゴリズムの確認、および不具合の早期発見が可能となります。図１　機械装置開発とHILS 図２　リアルタイムシミュレータの構成のモデル化と数値演算を行うソフトウェア ③①のハードウェア上で②の演算を実時間で実行するためのリアルタイムOS これらを満足するシミュレータを図２の様に構成しました。汎用PCとPCI接続の拡張I/Oボードをベースとし、フリーソフトとして提供されるリアルタイムOS（RTAI）や数値演算ソフト（Scilab/ Scicos）を組み合わせています。４．倒立振子設計への適用 3D-CADによる機構設計とScicosによる制御設計を行い、両者をシミュレータ上に実装して制御パラメータの設定を行いました。その後、図３　倒立振子試験機実際に試験機を作製し、制御試験を行いました。摩擦やノイズ等の影響により、シミュレーションと実機制御の結果には差があったものの、若干のパラメータ調整を行う事で実機の制御を行う事が可能であり、シミュレータとして有効に機能する事を確認しました。５．今後の課題３．リアルタイムシミュレータの構築 HILSによる設計・検証では、実機と接続可能なシミュレータをいかに構築するかが重要です。求められる要素としては、以下の３点が挙げられます。 ①実機に相当するセンサ信号や制御信号等の入出力機能を持つハードウェア ②シミュレーション対象の機構や制御アルゴリズム 6 工業試験場技術情報　Vol . No . 今回構築したシミュレータでは、平面内での並進と回転で表される２次元的な機構を扱いました。今後は、より複雑な機構の解析が可能なシステムとして機能を充実させて行く予定です。 TEL：011−747−2943（ﾀﾞｲﾔﾙｲﾝ） E-mail：[email protected]