分割ソルバーを使用するシミュレーションのブロック設定の最適化

分割ソルバーは、特定のモデルのパフォーマンスを改善する、Simscape™ の固定ステップローカルソルバーです。ただし、すべての回路網を分割ソルバーを使ってシミュレートできるわけではありません。分割ソルバーを使用する一部のモデルは、数値的な問題により、エラーを発して初期化に失敗する可能性があります。非同期、同期、および永久磁石回転子のマシンブロックでの初期化を妨げている数値的な問題を解決するために、ゼロシーケンス項を除外することができます。寄生コンダクタンスを除外すると、寄生コンダクタンスを既定で含む Floating Neutral (Three-Phase) ブロックと Neutral Connection ブロックの数値的問題が解決されます。

モデルに最適なソルバーを選定するには、補助関数 ee_updateSolver を使用します。これは、さまざまなソルバーで処理を繰り返す場合に便利です。この関数は、モデル内の以下のブロックのインスタンスごとに特定のパラメーター値を更新します。

Solver Configuration ブロック
[ゼロシーケンス] パラメーターをもつマシンブロック
[Parasitic conductance to ground] パラメーターをもつ接続ブロック

関数の構文は ee_updateSolver(solver,system) です。文字ベクトルを使用して両方の入力引数を指定します。次の表に、指定するソルバーによって関数がどのように値を更新するかを示します。

入力引数	Solver Configuration ブロック ([ソルバータイプ])	Solver Configuration ブロック [ローカルソルバーを使用] および [固定コストでの実行時整合性の反復を使用])	非同期、同期、永久磁石回転子のマシンブロック ([ゼロシーケンス])	Floating Neutral (Three-Phase) ブロックおよび Neutral Connection ブロック ([Parasitic conductance to ground])
'Partitioning'	分割	選択	`Exclude`	`0`
'Backward Euler' または 'BackwardEuler'	後退オイラー法	選択	`Include`	`1e-12`
'Trapezoidal'	台形則	選択	`Include`	`1e-12`
'Global' または 'Nonlocal'	変更なし	クリア	`Include`	`1e-12`

関数 `ee_solverUpdate` を使用したソルバーおよびゼロシーケンス設定の更新

この例では、関数 ee_solverUpdate を使用して、分割ソルバーおよび後退オイラー法ソルバーを使うシミュレーション用にモデルの Solver Configuration ブロックおよび PMSM ブロックを構成する方法を説明します。また、シミュレーションの持続時間と結果を比較する方法も説明します。

モデルを開きます。MATLAB^® コマンドプロンプトで、次のコードを入力します。
コードの参照
openExample("simscapeelectrical/PMSMDriveExample") model = "PMSMDrive" open_system(model)
関数 ee_solverUpdate で更新可能な 2 つのブロックは、Solver Configuration ブロックと PMSM ブロックです。
2 つのブロックのパラメーター設定を保存します。
コードの参照
% Define the Solver Configuration block and the path % to it as variables solvConfig = 'Solver Configuration'; solvConfigPath = [model,'/',solvConfig]; % Define the machine block and the path % to it as variables machine = 'Permanent Magnet Synchronous Motor'; machinePath = [model,'/',machine]; % Create a cell array that contains configuration data configBaseline = {'Block','Parameter','Value'; 'Solver Configuration','Use local solver',... get_param(solvConfigPath,'UseLocalSolver'); 'Solver Configuration','Solver type',... get_param(solvConfigPath,'LocalSolverChoice'); 'Solver Configuration','Sample time',... get_param(solvConfigPath,'LocalSolverSampleTime'); 'Solver Configuration',... 'Use fixed-cost runtime consistency iterations',... get_param(solvConfigPath,'DoFixedCost'); 'Machine','Zero sequence',... get_param(machinePath,'zero_sequence')};
設定は、MATLAB ワークスペースの配列 configBaseline に保存されます。
Solver Configuration ブロックで対象となる設定は次のとおりです。
- ローカルソルバーを使用 — ローカルの Simscape ソルバーを使用するオプションがオフになっています。
- ソルバータイプ — 後退オイラー法 (Simscape のローカルの固定コストソルバー) が指定されています。ただし、ブロックのダイアログボックスを開くと、これが有効になっていないことを確認できます。これは、ローカルソルバーを使用するオプションがオフになっているからです。
- 固定コストでの実行時整合性の反復を使用 — 固定コストを使用するオプションがオフになっています。このオプションも、ローカルソルバーがオフの場合は無効になります。
マシンでは、[ゼロシーケンス] パラメーターが [インクルード] に設定されています。ゼロシーケンス方程式は、分割ソルバーでシミュレートするときに数値的な問題の原因となる可能性があります。
後でシミュレーション時間を比較できるようにすべてのシミュレーション出力を単一の Simulink.SimulationOutput オブジェクト内に返すために、sim コマンドの単出力形式を有効にします。
```
% Enable single-output format 
set_param(model,'ReturnWorkspaceOutputs', 'on')
```

回転子トルク信号 ([trqMotor] の From ブロックを Mux ブロックに接続) を、シミュレーションデータのログ記録用とシミュレーションデータインスペクターでの表示用にマークします。

コードの参照

ログバッジによって、モデル内の信号がマークされます。

結果と、ベースライン設定でのシミュレーションの所要時間を判定します。

コードの参照

関数 ee_updateSolver を使用して、後退オイラー法のソルバーコンフィギュレーションに変更します。コンフィギュレーション設定を保存して、設定をベースライン設定と比較します。

コードの参照

configDiff =

  1×1 cell array

    {'on'}

ローカルソルバーを使用するオプション (既定では後退オイラー法に設定) と、固定コストでの実行時整合性の反復を使用するオプションが、ここでは両方とも選択されています。

後退オイラー法ソルバーを使用して、時間測定付きシミュレーションを実行します。
コードの参照
out = sim(model); tBackEuler = out.SimulationMetadata.TimingInfo.ExecutionElapsedWallTime;

ここでローカルソルバーを分割ソルバーに変更してモデルをシミュレートすると、ゼロシーケンス項があるため、エラーが発生します。関数 ee_updateSolver を使用して、エラーを出さずに分割ソルバーでシミュレートするためのモデルを構成します。コンフィギュレーション設定を保存し、設定をベースライン設定と比較して、時間測定付きシミュレーションを実行します。

コードの参照

configDiff =

  3×1 cell array

    {'NE_PARTITIONING_ADVANCER'         }
    {'ee.enum.park.zerosequence.exclude'}
    {'on'                               }

Warning: Initial conditions for nondifferential variables
not supported. The following states may deviate from
requested initial conditions:
   ['<a
   href="matlab:open_and_hilite_system('ee_pmsm_drive/Battery')"...
        >ee_pmsm_drive/Battery</a>']
   Battery.num_cycles
      o In ee.sources.battery_base
   ['<a
   href="matlab:open_and_hilite_system('ee_pmsm_drive/Permanent
   Magnet Synchronous Motor')">ee_pmsm_drive/Permanent
   Magnet Synchronous Motor</a>']
   Permanent_Magnet_Synchronous_Motor.angular_position

これで、ソルバータイプは分割ソルバーに設定され、マシンはゼロシーケンス項を除外するように構成されました。

シミュレーションはエラーを出さずに実行されます。警告は表示されますが、これは、非微分変数の初期条件が分割ソルバーでサポートされていないためです。

以下を示す表を出力します。

ソルバーごとのシミュレーション時間
ローカルソルバーとベースライングローバルソルバーの速度の差 (パーセント単位)

コードの参照

シミュレーション速度はマシンの処理能力と同時実行プロセスの計算コストに応じて異なるため、使用マシンでのシミュレーション時間は違ったものとなる場合があります。ローカルの固定ステップの分割ソルバーと後退オイラー法ソルバーは、グローバルの可変ステップソルバーであるベースラインソルバーより高速です。分割ソルバーは後退オイラー法ソルバーより高速です。

結果を比較するために、シミュレーションデータインスペクターを開きます。
コードの参照
% Get Simulation Data Inspector run IDs for % the last three runs runIDs = Simulink.sdi.getAllRunIDs; runBackEuler = runIDs(end - 1); runPartition = runIDs(end); % Open the Simulation Data Inspector Simulink.sdi.view compBaselinePartition = Simulink.sdi.compareRuns(runBackEuler,... runPartition);
比較を確認するには、[比較] をクリックしてから、[From6] をクリックします。

最初のプロットは、後退オイラー法ソルバーと分割ソルバーのシミュレーション結果を重ねて示しています。2 番目のプロットは、それらの違いを示しています。既定の許容誤差は 0 です。結果の精度が要件を満たすかどうかを判定するために、相対許容誤差、絶対許容誤差、および時間の許容誤差を調整できます。詳細については、シミュレーションデータの比較を参照してください。

また、関数 ee_updateSolver を使用して、グローバルソルバーを使ったシミュレーション用にモデルをリセットすることもできます。

コードの参照

関数 `ee_updateSolver` の制限

関数 ee_updateSolver を使用しても、シミュレーションの実行でエラーが出ないことや、シミュレーションで正確な結果が得られることが保証されるわけではありません。シミュレーションの精度が要件を確実に満たすようにするには、モデルまたはブロックの設定を変更するたびに、シミュレーション結果をベースライン結果と比較することをお勧めします。

参考

Solver Configuration | PMSM