パワーエレクトロニクス回路のリアルタイムシミュレーションを信号レベルで容易に実現

リアルタイム機能

Simscape Electrical™のモデルをリアルタイムに実行可能

低レイテンシのシミュレーション

FPGAを使用して224 nsのシミュレーションステップサイズで実現

大規模なトポロジに対応

マルチFPGAおよびマルチプロセッサのサポートによる高性能シミュレーション

操作が簡単

FPGAの知識なしでもFPGAの能力を利用可能

Electrical Power Systems Simulation Packageとは

Electrical Power Systems Simulation(EPSS)Packageは、Simscape Electrical™(Specialized Power Systems)のシミュレーションソリューションです。これを使用すると、Simscape Electrical™で開発した電気モデルをリアルタイムで計算しシミュレートすることができます。

本製品は、電気システムのテストに最適な開発環境を提供します。パッケージには、Simscape Electrical™のモデルをリアルタイム処理に対応させるための2つの異なるオプションが含まれています。

  • スイッチング周波数が最大20 kHzの場合では、リアルタイムアプリケーションを プロセッサ 上で計算することが推奨されます。
  • より高いスイッチング周波数のアプリケーションには、 FPGA を使用する必要があります。

アプリケーションのスイッチング周波数が80 kHzを上回る場合は、当社にご連絡ください。お客様のニーズに合わせて最適化したFPGAベースのソリューションを個別に提供いたします。

背景知識

Simscape Electrical™ (旧SimPowerSystems™)は、電気回路、特にパワーエレクトロニクスのシミュレーションに使用されるMathWorks ® 社のSimulink ® ライブラリであり、物理モデリングと呼ばれるトポロジ指向のモデリング手法をベースとしています。

Specialized Power Systems では、専用のコンポーネントやアルゴリズムを使用した電力システムのモデリングが可能です。

これらはもともと計算処理をリアルタイムで行えないため、リアルタイムマシンでの実行にはdSPACE EPSS Packageが必要となります。

適用分野

適用分野

EPSS Packageを使用すると、Simscape Electrical™(Specialized Power Systems)のモデルを dSPACEのHIL(Hardware-in-the-Loop)環境 に統合し、動的な電気システムをテストすることができます。

当社のFPGAベースのソリューションの代表的な用途は以下の通りです。

  • 充電ステーションおよび車載充電器
  • DC/DCコンバータ

個々の要件に応じて、FPGAベースの手法またはプロセッサベースの手法のいずれかを使用できます。

  • アクティブ整流器および産業用インバータ
  • 配電網向けの装置

主な利用効果

EPSS Packageは、高いシミュレーション性能、高速なモデル実装、およびリアルタイム機能など、使いやすさだけでなく高度な柔軟性も兼ね備えた独自の製品です。

複雑なスイッチングや高速なスイッチング向けのパワーエレクトロニクス回路を開発しているお客様ですか。EPSS Packageは、大規模回路や高速パワーコンバータの操作に有用な機能を備えています。また、追加機能も活用すれば、既存のモデルを最適化してリアルタイムに動作させることが可能です。これらの機能はdSPACEが作成したSimulinkファンクションブロックによって実現しているため、標準のファンクションブロックと同様に簡単に使用することができます。それらを統合してセットアップすれば、専門知識がなくても容易にモデルを最大限に活用することが可能です。

  • モデル分割 機能は、大規模なモデルを小さなサブモデルに分割するのに役立ちます。これにより、計算負荷全体とシミュレーションステップサイズを低減しながら、大規模モデルをリアルタイムにシミュレートすることができます。
  • 多様な 解析ツール を用いれば、安定性やFPGA機能の面などを含め、モデルの分析が可能です。これらのツールを用いてモデルを最適化すると、シミュレーションを最大限に活用できます。
  • 統合されたスコープ機能 を使用すると、ハードウェアのオシロスコープを使用しているかのように、FPGAクロックレート内で高周波信号を容易に取得し、直ちにFPGA上でモデルの挙動を確認することが可能です。そのため、プロセッサでの信号取得と比べて計測の速度や精度がはるかに向上します。当社の試験および計測用ソフトウェアであるControlDeskでFPGA Scopeの計器を使用すれば、最大8つのFPGA信号を実行中に計測および表示することができます。
  • このパッケージはdSPACEツールチェーンに シームレスに統合 されているため、XSGベースのモデルや高電圧負荷モジュールなど、他のdSPACEツールおよび製品と連携させることが可能です。このように、既存のHILシステムを容易に拡張して新しい要件に対応させることができます。

EPSS Packageを使用する場合のワークフロー概略

電気システム向けの最適な開発およびテスト環境をわずかな手順で作成いただけます。 ​​​​​​​

  • Simscape Electrical™(Specialized Power Systems)の回路図から直接、モデルをセットアップします。
  • EPSS Packageを用いてモデルをリアルタイム処理に対応させ、dSPACE HIL環境に統合します。
  • シミュレーションとテストを実行し、結果を追跡します。
dSPACE EPSS Packageを使用した電気システムのシミュレーションおよびテストの一般的なワークフロー
FPGAベースの手法

FPGAベースの手法

低レイテンシのシミュレーションを224 nsのシミュレーションステップサイズで実現

FPGAベースの手法には、所定のSimscape Electrical™(Specialized Power Systems)モデルに準じて設定された既製のFPGAアプリケーションが含まれています。これにより、低レイテンシなHILシミュレーションが実現されます。

当社は、容易に統合できるようあらかじめ設定されたFPGAアプリケーションを提供しています。お客様にとって、これには多くの利点があります。

  • FPGAの論理合成が不要
  • FPGA固有の知識が不要
  • FPGAを数分以内で自動的に設定

機能概要

機能
説明

全般

  • 既製のFPGAアプリケーションを提供
  • 標準的なSimscape Electrical™(Specialized Power Systems)コンポーネント
  • あらかじめ設定されたFPGAアプリケーションでSimscape Electrical™(Specialized Power Systems)モデルの計算が可能

解析

  • ステップサイズやリアルタイム機能を最適化するための各種解析ツールが付属

モデル分割

  • 大規模モデルを小さなサブモデルに分割して計算負荷を低減
  • 大規模なトポロジを使用可能
モードキャッシング
  • スイッチ設定依存マトリックスの事前処理

ユーザインターフェース

  • ユーザインターフェースにより、無関係なスイッチの組み合わせを簡単に除外可能
  • オフライン解析用のユーザインターフェースにより、カスタムモデルで生じるスイッチの組み合わせを決定

スコープ機能の統合

  • FPGAクロックレート内で高周波信号を取得し、取得したデータを同期してプロセッサに送信し、ControlDesk XYプロッタなどの計器にデータを表示し、保存することが可能

FPGA間通信

  • I/Oモジュールスロットまたはマルチギガビットトランシーバ(MGT)を介した複数のFPGAボード(EPSSベースまたはXSGベースのアプリケーション)

必要な製品

  • DS6001 Processor Board

    SCALEXIOシステム向けの高性能プロセッサボード

  • SCALEXIOプロセッサユニット

    高いコア性能と高い並列処理性能を実現する製品ライン

  • DS6602 FPGA Base Board

    電気自動車向けの高度なアプリケーションに対応した最新のXilinx® FPGAテクノロジ搭載の高性能FPGAボード

  • DS6601 FPGA Base Board

    電動化モビリティ向けの高度なアプリケーションに対応したXilinx® FPGAテクノロジ搭載の高性能FPGAボード

  • ConfigurationDesk

    dSPACEリアルタイムハードウェアに対応した設定および実装ソフトウェア

注意:選択するFPGAベースボードはアプリケーションによって異なります。FPGAベースボードは1枚以上必要です。

オプション製品

  • DS6651 Multi-I/O Module

    極めて動的な制御アプリケーションの開発およびテストに対応したSCALEXIO FPGA I/O拡張モジュール

  • DS2655M1 Multi-I/O Module
    DS2655M1 Multi-I/O Module

    SCALEXIO FPGAベースボードのI/Oチャンネルを拡張するためのSCALEXIO FPGA I/Oモジュール

  • SCALEXIO LabBox

    コンパクトなモジュール型リアルタイムシステム

  • SCALEXIOラックシステム

    SCALEXIOラックシステムは、拡張I/O機能を搭載しており、非常に高い柔軟性を提供します。すべてのハードウェアはソフトウェアで設定することができるため、プロジェクト要件の変化に合わせてシステムを容易に適合させることが可能です。

  • SCALEXIOカスタマイズシステム

    dSPACE SCALEXIOカスタマイズシステムは、極めて汎用性の高いHIL(Hardware-in-the-Loop)シミュレータであり、ユーザ固有の要件を満たすために幅広い調整オプションと設定オプションが用意されています。

  • ControlDesk

    統合試験ソフトウェアによるECU開発

プロセッサベースの手法

プロセッサベースの手法

中レイテンシのシミュレーションを15 μsのシミュレーションステップサイズで実現

プロセッサベースの手法を使用する場合、Simscape Electrical™(Specialized Power Systems)モデルを修正する際に拡張ライブラリを利用できるようになります。これにより、dSPACEリアルタイムプロセッサ上でリアルタイムに実行可能なコードを、Simulink Coder™を使用して生成することができます。

プロセッサベースのシミュレーションには、パワーエレクトロニクスで使用されるさまざまなブリッジ回路向けの平均値モデルが用意されており、パワー半導体スイッチングデバイスの正確なシミュレーションを保証します。

機能概要

機能
説明

全般

  • 標準的なSimscape Electrical™(Specialized Power Systems)コンポーネントを線形部分や整流器などの低速スイッチング半導体に使用可能
  • 高速スイッチング半導体やPWM計測用dSPACE I/Oチャンネルへの接続に平均値モデルを使用可能
  • dSPACEリアルタイムプラットフォーム用のコードの自動生成
解析
  • ステップサイズやリアルタイム機能を最適化するための各種解析ツールが付属
タスク処理
  • 個別にトリガされたタスクでSimscape Electrical™(Specialized Power Systems)をサポート

モデル分割

  • 大規模モデルを小さなサブモデルに分割して計算負荷を低減
  • 大規模なトポロジを使用可能
モードキャッシング
  • スイッチ設定依存マトリックスの事前処理

必要な製品

  • DS6001 Processor Board

    SCALEXIOシステム向けの高性能プロセッサボード

  • SCALEXIOプロセッサユニット

    高いコア性能と高い並列処理性能を実現する製品ライン

  • ConfigurationDesk

    dSPACEリアルタイムハードウェアに対応した設定および実装ソフトウェア

オプション製品

  • SCALEXIOラックシステム

    SCALEXIOラックシステムは、拡張I/O機能を搭載しており、非常に高い柔軟性を提供します。すべてのハードウェアはソフトウェアで設定することができるため、プロジェクト要件の変化に合わせてシステムを容易に適合させることが可能です。

  • SCALEXIOカスタマイズシステム

    dSPACE SCALEXIOカスタマイズシステムは、極めて汎用性の高いHIL(Hardware-in-the-Loop)シミュレータであり、ユーザ固有の要件を満たすために幅広い調整オプションと設定オプションが用意されています。

  • ControlDesk

    統合試験ソフトウェアによるECU開発

  • SCALEXIO EMH Solution

    Electric Driveのプロセッサベースのシミュレーション

マルチプロセッサおよびマルチFPGA機能

マルチプロセッサおよびマルチFPGA機能

大規模かつ複雑なトポロジのシミュレーションを容易にするため、EPSS Packageには極めて高度なマルチプロセッサおよびマルチFPGA機能が搭載されています。

半自動モデル分離ツールでは、専門知識がなくても最も安定性およびパフォーマンスの高い分離位置を検出することができます。そのため、個別のコア、プロセッサ、または複数のFPGAボードを使用することにより、容易にマルチプロセッサおよびマルチFPGAシステムをセットアップすることができます。

この機能を使用すると、演算処理を並列して行えるだけでなく、個々のシミュレーションプラットフォーム間でデータをすばやく交換できるため、シミュレーションを大幅に高速化することができます。また、グラフィカルなプログラミングにより、I/OボードやFPGA間の接続を割り当てることができます。

興味をお持ちの方は是非ご連絡ください:

お客様の声

使用例:EPSS Packageの特長とその利用効果をご確認ください

成功事例

EPSS Packageで開発された刺激的なユーザアプリケーション

EPSSの成功事例

動画

EPSS Packageの概要と使用方法。

EPSSに関する動画

使用事例

EPSS Packageのさまざまな活用方法に興味をお持ちですか。

EPSSの使用事例

注目の事例

EPSS Packageを使用した大規模パワーエレクトロニクスシミュレーションモデルの分割という課題の解決方法をご確認ください。

詳細

EPSSのリンク

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