リアルタイムシミュレーションとは

リアルタイムシミュレーションとは？

リアルタイムシミュレーションとは、コンピュータの中と外が一体となって一緒の時間を共有して動くシミュレーションを指します。


リアルタイムシミュレーションでは、リアルタイムシミュレータは自然時間に沿った演算周期ごとにレスポンスを返すことで、コンピュータの中（リアルタイムシミュレータ）と外（実機システム）が一緒の時間を共有できるようになり、両者は繋がって相互に連携し合いながら動く事が出来ます。

リアルタイムシミュレータの歴史

リアルタイムシミュレータの歴史は、大きく分けてアナログシミュレータとデジタルシミュレータから成り立っています。

初期のリアルタイムシミュレータとしては、アナログシミュレータが使われており、電力会社などでは主流になっていました。
しかし、非常に高価で一部の研究部門で使われるだけでした。

その後のリアルタイムシミュレータの進歩はコンピュータ技術の発展に常に支えられてきました。
1970年代にカナダのハイドロケベックの研究所でアナログシミュレータの発電機部分をマイクロコンピュータを使ったディジタルモデルに置き換えたハイブリッドシミュレータが開発されました。OPAL-RTの創業者はその開発チームの一員でした。

ハイブリッドから完全ディジタルシミュレータへの流れは、前述のハイドロケベックの研究所による高速演算コンピュータによる高速汎用プラットフォームを用いたデジタル高速汎用コンピュータシミュレータとマニトバHVDCリサーチセンターによるカスタムハードウエアによる小規模演算部分モデルを多数組み合わせることで高速化を志向したデジタルカスタ仕様ムシミュレータという大きく２つがあり、それぞれ大きく発展してきました。

汎用のPCが高速になり、4コア・8コアという並列処理に近いCPU技術の進展で従来は専用のワークステーションでしか出来なかった高速な演算処理がデスクサイドで簡単に出来るようになりました。
汎用プラットフォームの流れから発展してきたOPAL-RT社は、それらの技術革新を活用し、高性能で安価なリアルタイムシミュレータを実現しました。
さらにFPGAを用いたオンチップシミュレータを業界に先駆けて実現しました。
さらにMATLAB／Simulink などの数値演算ツールの広がりに伴い、従来は専門家しか出来なかった数値解析処理が個々のエンジニアで可能になり、リアルタイムシミュレータが一層広く使われるようになってきました。

リアルタイムシミュレータ技術の進化

リアルタイムシミュレーションのしくみ

リアルタイムシミュレータではモデル化された部分と　実際の装置が混在して使われます。
リアルタイムシミュレータでは、実機の挙動は実時間で模擬され、1秒で行なわれる動作は1秒をかけてシミュレーションされます（リアルタイム）。

非リアルタイムシミュレーション(オフラインシミュレーション)の場合のComputation（CPU演算の時間軸）

リアルタイムより速い場合

演算が速く終わりすぎる為に演算周期(以下TS)１単位に対して2TS分の演算結果が来てしまっています。
これはリアルタイムになりません。

リアルタイムより遅い場合

演算が遅すぎる為に2TSかけてようやく1TS分の演算結果が来ています。
これはリアルタイムになりません。

リアルタイムシミュレーションの場合のComputation（CPU演算の時間軸）

1TS毎に１つの演算結果が来ています。
この状態になることで、はじめてリアルタイム・シミュレーションが可能となります。


株式会社 NEAT

Opal-RT Technologies,Inc.