Moku:Go　マルチインスツルメントモードの紹介

Mokuシリーズ最大の特長である、マルチインスツルメントモードがMoku:Goでも実装されました。Moku:Goのマルチインスツルメントモードでは2つの計測機能を同時に使用することができます。2つの機器を同時に使用することで、より高度なシステムやコンセプトのセットアップと探索が容易になります。

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商品基礎情報

Moku:Goとは

Moku:Goは、10以上の測定機能を１つの高性能デバイスに統合し、2つのアナログ入力、2つのアナログ出力を備えている多機能計測器です。
Moku:Goはプラント、コントローラー、ソフトウェアまたはハードウェアインターフェイス、および電源などの基本的な機器セットを1つのデバイスにまとめており、複数の機器をセットアップする時間を省きます。

ソフトウェアはLiquid InstrumentsのWebサイトから無料でダウンロードすることができ、誰でも簡単にご使用していただけます。

マルチインスツルメントモードとは

マルチインスツルメントモード機能の追加により、ユーザーはより多くのことを実行できるようになります。
デジタルPIDコントローラへの簡単なアクセス、制御システムの幅広い周波数応答特性評価、簡単に再現可能な動的入力応答テストは、Moku:Goのマルチインスツルメントモードが提供するワークフローのほんの一部です。

PIDコントローラーやスペクトラムアナライザなどの入手困難な機器を手軽化することで、より多くの学生がこれらの機器に触れ、ラボの時間を最大限に活用できるようになります。この記事では、Moku:Goのマルチ機器モードを利用してPIDコントローラの教育プロセスを簡素化し、学生が制御システムにアクセスしやすくするいくつかの使用例について詳しく説明します。

デジタルフィルタボックスでノイズの多いセンサを改善する

デジタルフィルタボックスとPIDコントローラを使用すると、コントローラに送信する前にセンサ信号を事前にフィルタ処理できるようになりました。これは、より安価なセンサを使用できることを意味し、大学や学生のラボのコストを削減します。安価なセンサを使用した場合、高周波ノイズが酷く、正確な測定を行うことが難しくなります。これらの低品質センサのノイズを除去することにより、システムの安定性を向上させると同時に、PIDコントローラでより大きな微分ゲイン(D制御)を使用できるようにします。

図１　デジタルフィルタボックスとPIDコントローラの構成

プラントのテストとコントローラの調整を簡単に再現できるようにします

通常PIDコントローラの設計は大規模な作業になる可能性があります。しかし、Moku:GoのデジタルPIDコントローラを使用することにより、簡単に再現できるようになりました。

Moku:GoのArbitrary Waveform Generator(AWG)を使用すると、ユーザーはカスタム波形を読み込むことができます。波形の読み込み方法は２つあります。
１つ目は、既に自分で作成したカスタム波形をcsvかtxtに変換してアップロードする方法です。これはシミュレーションから作成しても自分で手入力をしても構いません。
２つ目は、Moku:Goのデータロガーを使用して入力信号を記録し、それをテキストファイルにエクスポートしてから、そのファイルをAWGにアップデートする方法です。
図2に示すセットアップでは、AWGを使用して、プラントが追跡する必要があるカスタム設定点の軌道を生成します。これにより、学生は、単一のステップに対応するだけでなく、特定の反復可能なアプリケーションでのチューニングパフォーマンスを定量化できます。構成画面には表示されませんが、下の図3に示すように、PIDコントローラに組み込まれたオシロスコープとデータロガーを使用できます。

図２　任意波形発生器とPIDコントローラ

図３　PIDコントローラインターフェイス

高価なプラントを Moku Cloud Compile に置き換える

Moku:Goで利用できるようになったMoku Cloud Compileは、ユーザーがカスタムDSP をMokuハードウェアに直接展開できるブラウザベースのFPGAプログラミングプラットフォームです。これは、マススプリングダンパーシステム、クルーズコントロール、さらには産業用電力システムを模倣する大規模または高価なプラントをシミュレートするために使用できます。MCCとMiMを組み合わせることで、学生はシミュレーションのみのラボに強制されるのではなく、実際の例と離散信号を使用してブラックボックステストとPID調整を実行できます。

実世界のプラントでラボを簡素化するために、MCCドライバーはPIDコントローラの出力をPWM信号、サーボパルス列、またはデジタル通信パケットに変換して、モーターコントローラまたはその他のハードウェアとインターフェイスすることができます。MCCは、PIDコントローラと現実世界の相互接続性を最大化するために、必要に応じてデジタルセンサーデータ、直交エンコーダー、およびその他の信号をデコードする入力側でも役立ちます。

従来のプログラマブルFPGAソリューションと比較したMCCの大きな利点は、大規模なサードパーティソフトウェアのダウンロードが必要ないことです。ブラウザーベースのソリューションとして、VHDLコードはクラウドで記述およびコンパイルされ、デプロイ可能なビットストリームが数分で生成されるため、ラボでの開発とデバッグが迅速に行えます。

図４　PIDコントローラとクラウドコンパイル