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IPモータ制御モデルの最適化
IPモータ制御モデルは、モータ、モータに電力を供給する駆動回路、制御部などから構成されており、それぞれをモジュール化してモデリングされます。複数のモデルを結合させることは、パラメータの数も多くなることを意味しており、モデルの連成によりそれらがさらに複雑な関連性を持つことも考えられます。複合モデル全体の最適化を行う場合、Optimusのような専用ツールを用いることで効率の向上が期待できます。本資料では、Optimusに電気回路シミュレータPSpiceを組み込み、回路設計の最適化を実施します。また、PSpiceと電磁場解析ツールJMAGのモデルを組み込んだモータ制御モデルの最適化も実施します。
簡単なフィルタ回路設計の最適化
まず、簡単なフィルタ回路を例に、電気回路シミュレータPSpiceを組み込んだ、Optimusによる回路設計最適化事例をご紹介します。最適化パラメータは2つのキャパシタおよび抵抗の値とし、中心周波数 998 - 1002 [Hz]という制約条件を維持しながらバンド幅を最大にするようなパラメータ値を探索します。
IPモータ制御モデル
IPモータ制御モデルは、モータ、モータに電力を供給する駆動回路、制御部などから構成されており、それぞれをモジュール化してモデリングされます。モータ部のモデリングは物理形状から行い、電磁波解析を実施します。駆動部はドライブ素子によるインバータ回路であり、電気回路シミュレータにて解析を実施します。制御部はモータ回転速度等を監視して駆動部を制御し、解析にはシステムシミュレータを用います。複合モデル全体の最適化を行う場合、OptimusなどのPIDO（Process Integration and Design Optimization）ツールを用いることで効率の向上が期待できます。
IGBTインバータ回路設計
次に、Optimusを用いたIGBTインバータ回路設計のデバイス評価事例をご紹介します。PSpice-Simulinkインターフェースを使えば、PSインバータ回路をSimulinkモデルに挿入することができます。さまざまなIGBTのスイッチング時間の違いを確認するには、回路図上の素子を変更して解析を繰り返す必要がありますが、Optimusではこの処理を自動化することが可能です。このため、比較用データを取得するための解析のバッチ処理を自動化し、夜間や休日のシミュレータライセンスをフルに使用することも可能です。また、デッドタイムをスイープさせた繰り返し解析も可能です。
IPモータ制御モデルの多目的最適化
最後に、モータモデル（JMAG-Studio）とインバータ回路モデル（PSpice）を組み込み、システムシミュレータMATLAB/SimulinkでIPモータ制御モデルを最適化する事例をご紹介します。設計空間分析により、PWM周波数がトルクリップルにかなり影響を与えていることがわかります。PWM周波数が低いとトルクリップルが大きくなりますが、スイッチング回数が減るため、スイッチングロスが減少します。トルクリップルとスイッチングロスの関係はトレードオフとなるため、多目的最適化手法が適しているといえます。
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