PSIMを使用した連成シミュレーション

PSIMブロックによる連成シミュレーションについて説明します。

概要

Twin Activate - PSIM Interfaceブロックは、PSIMとTwin Activateの間の連成シミュレーションを実行するのに必要な機能を提供します。このセクションの目的は、PSIMとTwin ActivateにおけるPSIMブロックの設定方法を示すことです。PSIM環境で図 1に示すような、電流フィードバック制御の単純な降圧コンバーターを例として使用します。この回路では、インダクタ電流が測定され、基準と比較されます。エラー信号はPIコントローラに送られ、PI出力は電源回路のスイッチのゲーティング信号を生成するためにキャリア波形と比較されます。このセクションでは、この回路を、Twin Activateでシミュレートする制御回路（下図の点線の四角の中）とPSIMでシミュレートする残りの回路の2つにに分割する方法を説明します。
図 1. PSIM内部ですべてをシミュレートした平均電流モード制御

PSIMでの連成シミュレーションモデルのセットアップ

PSIMで連成シミュレーションを設定します。

Twin Activateとの連成シミュレーションは、環境設定で定義したPSIMのインストールパスを使用します。

  1. PSIMを起動し、ファイル chop1q_ifb.psimschを開きます。このファイルはPSIMディレクトリのexapmples\Simulink co-simulationにあります。
  2. C:\testディレクトリにchop1q_ifb_psim.psimschなどの別の名前で保存します。
  3. Reference source、Summer、PI controllerを削除して回路を変更します。
    図 2. PSIMでシミュレートされる電気回路パート


  4. Twin ActivateとPSIMの間に通信ポートを追加するには、In Link NodeブロックとOut Link Nodeブロックが必要です。これらのブロックはPSIMのElements > Control > SimCoupler Moduleメニューにあります。これらのブロックをクリックし、以下のように入力信号と出力信号の名前を選択します。
    図 3. PSIMのIn Link NodeとOut Link Node


  5. Out Link Nodeを選択し、Current Sensor出力に接続し、名前をiLに変更します。
  6. In Link Nodeを選択し、Comparator Input出力に接続し、名前をVmに変更します。
    Twin ActivateのPSIMブロックは、Linkノードを使用してPSIMとTwin Activateの間のインターフェイスを確立します。In Link NodesはTwin Activateから値を受信し、Out Link NodesはTwin Activateに値を送信します。複数のIn/Out Link Nodesを回路内で使用して、PSIMとTwin Activateの間で値を交換することができます。

    この場合、例えば、負荷抵抗器を挟んで電圧センサーを接続し、電圧センサー出力にOut Link Nodeを配置することで、負荷電圧を測定しTwin Activateに送信します。Out Link Nodeの名前は Vo に変更されます。その後、回路は以下のようになります。

    図 4. PSIM内部にインターフェイスIn/Out linkブロックを備えた電気回路


  7. このケースのように、In Link NodeやOut Link Nodeが複数ある場合、リンクノードの順番を変更することがあります。Simulate > Arrange SLINK Nodesを選択すると、下図のようなダイアログウィンドウが開きます。
    図 5. 入力と出力の順序を変更します。


    In nodeドとOut nodeの順番は、Twin ActivateのPSIMブロックに表示される入出力ポートの順番と同じになるようにします。ポートの順番は上から下です。この場合、iLに対応する出力ポートが上になり、Voに対応する出力ポートが下になります。ノードの順序を並べ替えるには、ノードの名前をハイライトし、上矢印または下矢印をクリックします。

  8. 回路図ファイルをPSIMに保存します。この例では、ファイルはc:\test\chop1q_ifb_psim.psimschに保存されます。この時点で、PSIMのセットアップは完了し、Twin Activateのセットアップを開始できます。
  9. Twin Activateを起動して新規モデルを開きます。
  10. 図 6に示すように、PSIMブロックを CoSimulationパレットにドラッグ＆ドロップします。
    図 6. Twin ActivateのCoSimulationパレット


  11. 図 7に示すよう、PSIMブロックをクリックしchop1q_ifb_psim.psimschファイルを選択します。ファイルを選択すると、入力と出力の名前、固定ステップ時間と最終時間のフィールドが自動的に入力されます。PSIMモデルを変更した場合、フィールドを再入力するためにReloadボタンをクリックする必要があります。モデルに直接アクセスして修正するにはPSIMボタンをクリックします。
    図 7. PSIMブロックダイアログがTwin Activateに表示されます。


  12. PSIMモデルが選択され、フィールドに入力されたら、OK をクリックしてダイアログを閉じます。これで、PSIMブロックは図 8の図のようになり、PSIM環境と同じ数の入力と出力があるはずです。
    図 8. PSIMブロックがTwin Activateに表示されます。


  13. ステップ3でPSIM回路から削除された制御回路に対応する制御モデルを、図 9のようにTwin Activateに構築します。
    図 9. Twin Activateで、PSIMモデルを完成させます。


  14. Twin Activateのモデルが完成したら、Twin Activateのシミュレーション設定を変更し、適切なシミュレーション時間とステップサイズを選択します。固定ステップと可変ステップサイズの両方のソルバーが使用できます。これで連成シミュレーションを開始できます。シミュレーション結果をスコープで示します。
    図 10. Twin Activateでの連成シミュレーション結果表示


Twin ActivateからPSIMへのパラメーターの受け渡し

数値の代わりにPSIMでパラメーターを使用すると便利な場合があります。

これらのパラメータの値は、Twin Activateで定義および変更できます。Twin Activateでいくつかのパラメーター値を設定し、PSIMに渡すには、PSIMの回路図ファイルで、必要な値を変数名に変更します。例えば、インダクタL1のインダクタンスをTwin Activateで設定する場合、たとえばvarL1を図 11のように変更することもできます。

PSIMに渡す変数の数を選択し、その名前と値を表に記入します。

図 11. PSIMでのパラメーターの設定

Twin Activateで、PSIMブロックをダブルクリックしてダイアログを開き、図 12に示すAdvancedタブをクリックします。PSIMに渡す変数の数を選択し、PSIMにその名前と値を表に記入します。

図 12. Twin Activateでパラメータを定義し、その値をPSIMに渡します。

パラメータの値は、PSIMで読み取り可能な任意の文字列変数です。値は、Twin Activateでも変数となります。

Twin Activate Co-simulationのchop1q_ifb_Buck.scmおよびPSIMのchop1q_ifb_psim.psimschは各デモモデルではこの機能を確認できます。

レポート

PSIMブロックはログファイルを生成することができ、Twin ActivateとPSIMの間で通信されるすべての入出力値がログに記録されます。これはトラブル時に非常に便利ですが、連成シミュレーションの速度を下げます。

ログファイルはstdoutまたはstderrでも利用できます。