【Modelica】最小構成のMBD事例 第2章 その25【DCモータ②】

【Modelica】最小構成のMBD事例 第2章 その25【DCモータ②】 事例
【Modelica】最小構成のMBD事例 第2章 その25【DCモータ②】

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はじめに

前回、OpenModelicaのライブラリブラウザからDCモータモデルのサンプルを発掘。
とりあえずそのまま動作させて主要なパラメータを確認。
問題無く動作するようだ。

今回は、そのサンプルをちょっと掘り下げていく。

登場人物

博識フクロウのフクさん

指差しフクロウ

イラストACにて公開の「kino_k」さんのイラストを使用しています。
https://www.ac-illust.com/main/profile.php?id=iKciwKA9&area=1

エンジニア歴8年の太郎くん

技術者太郎

イラストACにて公開の「しのみ」さんのイラストを使用しています。
https://www.ac-illust.com/main/profile.php?id=uCKphAW2&area=1

ModelicaのDCモータモデルの掘り下げ

太郎くん
太郎くん

とあえず、DCモータモデルのサンプルは動いたけど
あんまり理屈はわかってないんだよねー。

フクさん
フクさん

以前も貼ったけど、
基本的なのはここから読み取るしかないかなー。

太郎くん
太郎くん

まぁそうなんだろうけど、
今回のモデルとどう紐づくかのイメージが湧かないんだよねー。

フクさん
フクさん

なるほど。
じゃー、OpenModelica Connection Editor上の見え方と
各領域の関係性だけ説明するか。

DCモータモデルの各領域

フクさん
フクさん

ざっと絵にするとこんな感じだ。

OpenModelica、DCモータ、Modelica.Blocks.Sources.Ramp ramp、Modelica.Electrical.Analog.Sources.SignalVoltage signalVoltage、Modelica.Electrical.Machines.BasicMachines.DCMachines.DC_PermanentMagnet dcpm、Modelica.Electrical.Machines.Utilities.ParameterRecords.DcPermanentMagnetData dcpmData、Modelica.Mechanics.Rotational.Components.Inertia loadInertia、Modelica.Mechanics.Rotational.Sources.TorqueStep loadTorqueStep、電気/電子領域I_m/(E_m-E_(k_e ) )=1/(L_m s-R_m )、古典力学領域T_m/(E_m-K_e y)=K_t/(L_m s-R_m )トルク定数K_tと逆起定数K_eで特性が決定、幾何学(材料力学)領域T=GI_q h=(GI_q)/l v、古典力学領域y/(T_m-T_L )=1/Js
太郎くん
太郎くん

うーんと、

  • 電気/電子領域
  • 古典力学領域
  • 幾何学(材料力学)領域

ってのが絡んでくるのかー。

フクさん
フクさん

DCモータモデルもmassモデルと比べたら複雑ではあるが、
それでも最小規模。
最小規模でも領域横断が出てくる。

太郎くん
太郎くん

ホント厄介だよねー。

フクさん
フクさん

とはいえ、領域を横断しても理論的に動きが分かるってことだから
昔の人は良く特定したよね。

太郎くん
太郎くん

た、確かに・・・。
計算すれば結果が分かるってのはすごいことかも。

フクさん
フクさん

さらにModelicaのような言語でモデリングすれば
細かい理屈は抜きでシミュレ―ションが出来てしまう。

太郎くん
太郎くん

うーん、厄介という発想が失礼ってことかー。

物理モデリングの手順とか

フクさん
フクさん

まぁ物理モデリングの手順っておおざっぱに言うと

①伝達経路の定義
②伝達関数導出
③微分方程式の解決
④シミュレーション

の4段階なんだけど、
このうち③を省略してくれてるのがSimulinkとかScilabだねー。

太郎くん
太郎くん

あー確かに演算に関しては悩まなくてよさそうになるよね。

フクさん
フクさん

そして、Modelicaは③に加えて②も省略できる。

太郎くん
太郎くん

そっか。
いろんな方程式が最初からモデルに組み込まれてるから
②も省略できるのか。

フクさん
フクさん

まぁ微調整とかはいるかもだけど、
①が出来てしまえば②はそれほど悩まないって特性はあるねー。

太郎くん
太郎くん

なるほど。
こう説明してもらえると、
「難しいことをやってる!」
ってイメージから
難しいことを簡単にできるようにしてる!
ってイメージが強くなるね。

今後の方針

フクさん
フクさん

今後の方針としては、
やはりDCモータモデルを少し紐解いた方が良いかなって思ってる。

太郎くん
太郎くん

うーん、まぁその方がいいのかなー。

フクさん
フクさん

まぁ細かい理屈というより、こういう工夫がされてるよー。ってあたりだから、
何かを理解しなきゃいけないって話にはならないと思うよ。

太郎くん
太郎くん

だったら、OKだ!

フクさん
フクさん

(うーん、そういう反応されるのもちょっとアレだな・・・。)

まとめ

フクさん
フクさん

まとめだよ。

  • ModelicaのDCモータモデルをちょっと掘り下げ。
    • 以下が絡んでくる。
      • 電気/電子領域。
      • 古典力学領域。
      • 幾何学(材料力学)領域。
  • 物理モデリングは伝達経路、伝達関数、微分方程式解決、シミュレーションの4つの工程がある。
    • Modelicaは伝達関数、微分方程式解決をサボれるツール。

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