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RT Boxリアルタイムシミュレータ

RTBox

PLECS RT Boxは、パワエレ用アプリケーションに特化して設計されたリアルタイムシミュレータです。 多数のアナログおよびデジタル入力/出力チャネルとSoC(CPUコア搭載FPGA)により、リアルタイムでハードウェア・イン・ザ・ループ(HIL)および、ラピッド・コントロール・プロトタイピング(RCP)を実行/処理します。 RT Box には仕様条件に合わせ複数のバリエーションが用意されています。

RT Box CE

RT Box CE 前面

RT Box CE 背面

ブックサイズの廉価版 HIL/RCPシミュレータ

RT Box CEはRT Box 1のコンパクトエディション(Compact Edition)として開発され、RT Box 1よりも安価な導入費用が設定されています。RT Box 1と比べると、RT Box CEはアナログ入力:8チャンネルとなり、他のRT端末への高速接続機能もありませんが、搭載されるプロセッサの性能と、他のI/Oチャンネル数は同一です。RT Box CEは、複数のRT端末への接続を必要としない、比較的な小規模なパワエレシステムに適用する場合に有効なオプションになります。
RT Box CEは教室や研究室での教育目的で使用されることを想定しており、マイコンに実装した制御アルゴリズムとRT Box CEで実行されるプラントのHILモデルを組み合わせ、正しい動作を確認することが可能です。RT Box CEの筐体は、ブックサイズで比較的小さいため持ち運びも簡単で、在宅研究環境用として学生や研究者が簡単に持ち帰り、仮想実験環境を構築することが可能になります。

RT Box 1

RT Box1 前面

RT Box1 背面

全ての研究開発者の机上にReal-Time Simulation環境を

RT Box 1 は規模があまり大きくないパワエレプラント回路のHILや、並列処理を必要としないシングルタスクのRCPへ適用可能です。

プロセッサ

RT Box 1の内部では、FPGAに2つのCPUコアを組み込んだZynq Z-7030 SoC(Xilinx社)が動作しています。1つのCPUでリアルタイムシミュレーションが実行され、もう1つのCPUは通信および補助サービス用として組み込みLinuxを実行しています。 FPGAファブリックは、アナログチャネルのADC/DACを制御し、デジタルチャネルでは、PWM信号の生成および読み込みを実行するために使用されます。
DC/DCコンバータ等の小規模なパワエレ回路の場合、シングルコアのHILSでもタイムステップを1μsまで短縮することが可能ですが、一般的な3相インバータ等の適用事例では、2-10μsのタイムステップが必要になります。マルチコアによる並列処理が可能なリアルタイムプラットフォームをお探しの場合は、RT Box 2 のご利用をお勧めします。

スケーラビリティ

マルチレベルインバータ(MMC)等の大規模パワエレシステムのHILSの場合は、複数の RT Box 1、RT Box 2、RT Box 3 の各端末を、高速シリアル通信リンクを介して接続し、分散処理を実行することが可能です。 RT Box 1には、この双方向高速通信用のリンクが4つあり、それぞれが6.25 Gbit/sのデータレートをサポートしています。接続された各RT Boxは、同期/非同期のシミュレーションタイムステップで実行可能です。

RT Box 2

RT Box2 前面

RT Box2 背面

複雑なモデルに対するマルチコア処理

RT Box 2は、複雑なパワエレ回路モデルのHILSを高速化します。物理的に分割可能なサブシステムで構成されているモデルの場合は並列処理機能を適用可能です。RT Box 2にはレゾルバ用のアナデジIOと、データ保存用のSSDが追加されています。
より多くのアナログ・デジタルI/Oを使用可能なリアルタイムプラットフォームをお探しの場合は、RT Box 3 のご利用をお勧めします。

プロセッサ

RT Box 2は、最新世代のZynq Ultrascale + MP SoC(Xilinx社)を採用しています。 4つのCortex-A53 CPUコアから、最大で3つのCPUをリアルタイムシミュレーションの計算に使用可能で、残りのコアは通信と補助サービス用として組み込みLinuxを実行します。 現時点ではZynq Ultrascale + 内のFPGAは、ADCとデジタルI/Oの制御のみに使用されていますが、今後のPLECS CoderおよびRT Boxファームウェアのアップデートによって、サブマイクロ秒程度のタイムステップを適用してシミュレーションモデルの一部を計算可能になります。

アナログI/O

RT Box 1 と比較した場合、アナログI/Oの最速サンプルレートは5Msps、アナログ出力の整定時間は0.5μsになり高速化されました。

リゾルバI/O

RT Box 2でHILSを実行する場合、最大10MHzのアナログ帯域幅で磁気レゾルバをエミュレート可能です。さらに、制御アプリケーション用として回転角算出用のレゾルバ-デジタルコンバータが実装されています。

RT Box 3

RT Box3 前面

RT Box3 背面

マルチレベルアプリケーションに対応したI/O強化

通常、マルチレベルコンバータのHILSでは、多数のデジタルゲート信号とアナログセンサ測定が必要になります。RT Box 3は、RT Box 2 の2倍のアナログ・デジタルI/Oが実装されており、このようなマルチレベルアプリケーションの実行に適しています。それ以外の仕様は、RT Box 2 と同一です。
さらに大規模なシステムを実行したい場合は、複数のRT Boxを高速シリアル通信リンクを介して接続することによって、簡単にシステム全体を分散処理することが可能になります。

HILS(Hardware-in-the-Loop Simulations)

PLECS RT BoxはHILシミュレーションにおいて、電力変換器等のパワエレ機器のエミュレートに使用されます。 電力変換器としては、シンプルなDC/DCコンバータや、交流電動機システム、複雑なマルチレベルインバータシステム等が適用可能です。 シミュレーションによる検証対象は、PLECS RT Boxに接続される制御ハードウェアになります。 この設定によって、実際の電力変換ハードウェアを接続せずに、より簡単に制御ハードウェアの検証が可能になります。

通常、制御ハードウェアの入力信号は、電圧/電流センサから出力されるアナログ信号となります。 HILシミュレーションでは、これらの信号が、PLECS RT Boxのアナログ出力チャンネルから出力されます。 速度測定用ホール効果センサー等のデジタル信号は、PLECS RT Boxのデジタル出力チャンネルから出力されます。

パワエレ用途の制御器は、個別のパワー半導体を制御するために多数のPWM信号を生成します。 PWM信号は、PLECS RT Boxのデジタル入力によって、10ns以下の時間分解能で検出可能です。 検出された入力データを適用して、PLECS RT Boxは電力変換器をエミュレートし、数マイクロ秒後、アナログ信号で、その計算結果を出力します。 I/O入出力の短い遅延時間によって、接続された制御ハードウェアは、実際の変換器システムが実装されているように動作します。

RCP(Rapid Control Prototyping)

他の用法として、PLECS RT Boxを、 電力変換器の制御器ハードウェアとして使用することも可能です。 この場合、電圧/電流センサは、PLECS RT Boxのアナログ入力に接続されます。 デジタル出力は、パワー半導体のPWM信号を生成するために使用されます。 大半のMCUと比べて、PLECS RT Boxは、 多数のアナログ/デジタルチャンネル、 速いサンプリングレート、高性能CPUをサポートしており、 他の統合した制御システム開発ソリューションと比べ、 より高いパフォーマンスの恩恵を得ることが可能になります。

PLECS RT Boxを2台使用する場合、BTB(Back To Back)の完全システムをテストすることが可能になります。 この場合、1台は電力変換器をエミュレートし、もう1台は制御器となります。

外部H/W接続用インターフェース

PLECS RT Box

外部ハードウェアとの接続用インターフェースとして、ブレークアウトボードとインターフェースカードセットが用意されています:

外部H/W接続用インターフェースに関するユーザーマニュアルをご希望の方は下記フォームよりご請求ください。

RT Box Analog Breakout Board

RT Box Analog Breakout Board

アナログ・ブレイクアウト・ボードを使用すると、BNCコネクタを介してRT BOXのアナログ入力および出力チャンネルに簡単にアクセスできます。32チャネルのそれぞれは、ボード上の専用BNCソケットに接続されています。DIPスイッチによって、全ての入力チャンネルに対して差動または シングルエンド動作を個別に設定することができます。S/N比を改善するために、各入力チャンネルの入力インピーダンスを1MΩから10kΩに下げることができます。

このボードは通常、デジタル・ブレークアウト・ボードと組み合わせて使用され、RT BOXのデジタルI/Oへのピンごとのアクセスが可能です。

RT Box Digital Breakout Board

RT Box Digital Breakout Board

デジタル・ブレイクアウト・ボードを使用すると、端子台とピンヘッダーを介してRT BOXのデジタル入力および出力チャンネルに簡単にアクセスすることができます。 LaunchPadインターフェースと同様に、ユーザーは4つのスイッチと4つのLEDによって選択したI/Oチャネルと直接対話できます。 このボードには、将来の通信アプ リケーション用に2つのCANトランシーバも装備されています。

このボードは通常、アナログ・ブレイクアウト・ボードと組み合わせて使用され、BNCコネクタを介してRT BOXのアナログI/Oへのアクセスが可能です。

RT Box LaunchPad Interface

RT Box LaunchPad Interface

LaunchPadインターフェースによって、RT Boxと、Texas InstrumentsのLaunchPadおよびLaunchPad XL開発キットを簡単に接続できます。 ユーザーは、独自のインターフェースハードウェアを構築せずに、C2000 MCUに実装された制御アルゴリズムをテストすることができます。LaunchPadインターフェースボードのピンアサインは、次の開発キット用に最適化されています。

  • LaunchXL-F28069M
  • LaunchXL-F28377S
  • LaunchXL-F28379D

LaunchPadインターフェースは、LaunchPadピンアサインに準拠した他の開発ボードでも使用できます。

さらに、このボードは、BNCコネクタを介してRT BOXの8つのアナログ出力にアクセスし、シュラウドピンヘッダーを介して8つのデジタル入力 および8つのデジタル出力信号にアクセスします。 RT BOXとの簡単なステータス通信のために、ボードには4つのスライドスイッチと4つのLEDがあります。

LaunchPadインターフェースには、事前にプログラムされたLaunchXL-F28069Mが付属しています。 C2000プロセッサで実行されるデモアプリケーションは、4つの異なるパワーエレクトロニクスデモモデルのリアルタイム制御を実行できます。

  • BLDCモーターのブロック電流制御
  • PMSMの磁界方向制御
  • Hブリッジタイプ降圧コンバーターの電流制御
  • 中性点クランプ形ソーラーコンバーターの制御
RT Box ControlCard Interface

RT Box ControlCard Interface

ControlCardインターフェースによって、RT BoxとTexas InstrumentsのさまざまなControlCard評価モジュールを簡単に接続することができます。 ユーザーは、独自のインターフェースハードウェアを構築せずに、RT Boxと組み合わせて、C2000 MCUに実装された制御アルゴリズムをテストすることができます。 ControlCardインターフェースボードのピンアサインは、次の開発キット用に最適化されています。

  • Piccolo controlCARDs (28027, 28035, 28069, 28075)
  • Delfino controlCARDs (28335, 2837xD)
  • Concerto controlCARDs (F28M35, F28M36)

全てのRT BOX出力信号は、MCUを過電圧から保護するためにバッファされ、ローカルオペアンプはMCU ADC入力に低インピーダンスのソースを提供します。 外部JTAGアダプターは、14ピンヘッダーを使用してMCUに接続できます。各ControlCardは絶縁されたCANドライバーに配線接続することによって、ControlCardと外部機器間の通信が可能になります。

このボードはさらに、BNCを介してRT BOXの3つのアナログ出力に直接アクセスし、基本的なユーザーI/O用の4つのスライドスイッチとLEDを備えています。

PLECS RT Boxの仕様

プロセッサ

PLECS RT Boxのチップは、FPGAと2つまたは4つのCPUコアによって構成されている、Zynq system-on-chip(Xilinx社)が採用されています。 I/OチャンネルとCPU間でのデータ通信に対し、FPGAとCPUの統合によって、ULL(Ultra Low Latency)を実現します。 1つのCPUがユーザーとの通信に使用されている間、他の1つのCPUはリアルタイムシミュレーションに使用されます。

アナログI/O

PLECS RT BoxのADC(Analog-to-Digital Converter)と、DAC(Digital-to-Analog Converter)は、 どちらも、2Mspsのサンプル・レートと16ビットの分解能がサポートされています。 入/出力は、工業用電圧範囲に調整可能です。 全てのI/Oは、放電(ESD:Electro-Static Discharge)、 短絡、突発的な過電圧印加に対して、保護機能がサポートされています。

アナログ入力は、コモンモードEMI(Electro-Magnetic Interference)を抑制する、差動入力です。 必要な場合は、シングルエンド入力も対応可能です。

デジタルI/O

デジタルI/Oは通常、PWM信号の検出/生成に使用されますが、 汎用のデジタルI/O信号として使用することも可能です。 このデジタル信号は、5Vおよび3.3Vの信号レベルで互換性があります。

PLECSシミュレータとの連係

PLECS RT Boxは、PLECS StandaloneとPLECS Coderが実行可能なホストコンピュータと連係して使用します。PLECS Coderは、PLECS RT Boxのリアルタイムシミュレーションで実行するため、仮想空間上のPLECSシミュレーションモデルを、Cコードへ自動で変換します。ホストコンピュータ上のPLECSシミュレーションモデルは、外部モードを使用して、PLECS RT Boxのリアルタイムシミュレーションと接続可能です。これにより、PLECS RT Boxのシミュレーション結果を、ホストコンピュータ上のPLECS Scopeに表示し、パラメータの設定を、より簡単に変更することが可能になります。

技術仕様詳細

技術仕様詳細

適用事例 : 系統連系MMCのHILシミュレーション

PLECS RT Box は最新鋭の汎用リアルタイムシミュレータです。32端子のアナログ入出力チャンネルと64端子のデジタル入出力チャンネルが実装されており、1GHzのデュアルコアCPUが、ハードウェア・イン・ザ・ループ(HIL)/ラピッド・コントロール・プロトタイピング(RCP)のシミュレーションをリアルタイムに実行/処理します。

4台のRT-Boxを使用した系統連系モジュラーマルチレベルコンバータ(MMC)のリアルタイムシミュレーション環境

上図は、4台のRT-Boxを使用した系統連系モジュラーマルチレベルコンバータ(MMC)のリアルタイムシミュレーション環境です。MMCの各相レッグに接続されている10個のハーフブリッジには、それぞれスレーブ制御器H/Wが接続され、個別のRT-Box上でリアルタイムシミュレーションを実行します。4つのRT-Boxの最上部では受動フィルタと系統がモデリングされています。RT-Boxは、背面の高速シリアルリンクを介して相互に接続した状態でシミュレーションデータ情報を通信し、シミュレーションステップを同期します。すべてのRT-Boxがサンプリング時間(時間刻み):3μsで動作しています。

制御ロジックは4つのマイコン(TI社:C2000マイクロコントローラ)に実装されており、 LaunchPadインターフェースボードを介して、各RT-Boxの前面に接続されています。 最上部のマスター制御器H/Wは、SPIバスを介してスレーブ制御器H/Wと通信します。

資料請求・お問合わせ(お見積り依頼)

フォーム送信後、内容確認の上で、弊社営業担当からご連絡させていただきます。
お急ぎの場合は電話03-5282-7040にて営業部(担当 加藤)までご連絡ください。
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ご希望の資料

資料はすべてPDF版となります。
デモ動画は、閲覧できるURLをご案内いたします。

マニュアル

RT Boxユーザーマニュアル

RT Box User Manual(英文版 ver4.4)※2021年1月29日 更新 Firmware 1.3 対応版RT Box User Manual( ver4.4の日本語訳版)※2021年2月初版

外部H/W接続用インターフェイスボード

Analog Breakout Board(英文版)Analog Breakout Board(日本語訳版)Digital Breakout Board(英文版)Digital Breakout Board(日本語訳版)LaunchPad Interface(英文版)LaunchPad Interface(日本語訳版)ControlCard Interface(英文版)ControlCard Interface(日本語訳版)

リーフレット

RT Box組み込み向けリーフレットRT Box CEリーフレットRT Boxラインナップリーフレット (見開き)RT Box雑誌広告(1)RT Box雑誌広告(2)

デモ動画

弊社で作成したデモ動画(および詳細説明資料)

RT BOXを使ったブラシレスモーターの駆動 (5分)詳細説明資料

その他ご希望の資料(お見積り依頼)
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