第5回 MBD【モデルベース開発】解説 コラム

第５回 MBD（モデルベース開発）コラム、今回は、Simulinkモデル内を流れるデータについて紹介します。

この連載コラムでは、Simulink を使った MBD の基礎的な内容を数回に分けてわかりやすくお伝えします。

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はじめに

Simulinkモデルでは、配線されたブロック間を流れるデータのことを信号と呼びます。

信号は3種類に大別できます。スカラー信号は、単一の値データです。ベクトル信号は、複数の値で構成される「配列」データです。どの値も同じ型になります。バス信号は、複数の値で構成される「構造体」データです。個々の値には名前が付与され、それぞれの型は異なっても構いません。

このコンテンツでは、ベクトル信号およびバス信号の生成・分解の方法、また、使い方のポイントなどを説明します。

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ベクトル信号：生成、分解

まず、配列に該当するベクトル信号から見ていきましょう。

ベクトル信号は、スカラー信号をMuxブロックで合成して生成できます。また、右のように、1行N列の行ベクトル、あるいはN行1列の列ベクトルが指定されたConstantブロックも、ベクトル信号を出力します。

逆に、ベクトル信号を分解して各要素を取り出すには、Demuxブロックを使用します。

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ベクトル信号：要素の抽出

ベクトル信号から任意の位置の要素を取り出すには、Selectorブロックを使用します。取り出す位置(添え字)は、Selectorブロックのプロパティとして直接指定することができます。ただしその場合、ダイアグラム上では上のように表示されるため、要素数が増えると取り出す要素がわかりにくくなります。ダイアグラムの可読性を上げるには、下のようにSelectorの入力信号として与える方法もあります。

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ベクトル信号：使いどころ

ベクトル信号はどのような場合に使うとよいのでしょうか。

たとえばC言語の場合、配列の要素の値を合計する、あるいは各要素の値を変換するといった場合には、forループを使うのが一般的です。

それに対してSimulinkでは、配列をベクトル信号としてそのまま入力に取り、演算できるブロックが多数用意されています。そのおかげで、forループを用いることなく、配列の単位で演算することが可能になります。

上の例では、Sumブロックにベクトルを入力して、各要素の値を集計しています。同様に下の例では、ProductブロックとSumブロックにベクトルを入力して、各要素の値を2倍して1を足すということを実現しています。

Simulinkのテクニックとして、「複数の値に同一の処理を適用したい場合はベクトル化する」と覚えておくとよいでしょう。

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バス信号：生成、分解

次は、「構造体」データを表すバス信号です。

バス信号は、Bus Creatorブロックで生成し、Bus Selectorブロックで分解します。バス信号の要素となるBus Creatorへの入力信号には名前を設定し、その名前に基づいて信号の取り出しを行います。

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バス信号：値の設定

バス信号の一部の要素の値を書き換えるには、Bus Assignmentブロックを使用します。この例では、3つの信号のうちの2つの値を書き換えています。

バス信号は、関係の深いデータをまとめるために使うことができます。通常、Simulinkモデルには多数の信号が入力されます。それをバラバラのままで引き回すと、モデルが非常に煩雑になります。そのような場合に、意味的に関連の深い信号をバス信号にまとめ、その単位で引き回すことがよく行われます。

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まとめ

本コラムでは、Simulinkモデルで扱われる信号のうち、特にベクトル信号とバス信号を取り上げて、使い方や用途について説明しました。モデル中を流れる信号を配列や構造体として扱うと、ロジックを簡潔かつすっきりと記述することが可能になります。本コラムで紹介した使いどころなどを参考に、有効に活用していきましょう。

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