モデルベース開発におけるPILSとは

モデルベース開発におけるPILSの特徴やメリット、実施のタイミングについてまとめています。

モデルベース開発における
PILSとは

PILS（Processor In the Loop Simulation）は、モデルベース開発（MBD）におけるシミュレーション手法の一種です。ソフトウェアとハードウェアの結合検証の橋渡しとなるフェーズで、MILSの次の段階にあたります。MILSとの大きな違いは、実際に使うマイコンで処理を行うことで、実機に近い動作時間・計算性能・信号のやりとり（入出力挙動）などを検証できる点です。

モデルベース開発における
PILSの特徴

開発対象の制御ロジックを実行するプロセッサ（ターゲットマイコンや評価ボード）にコードを組み込み、制御対象（プラント）をモデルとして、コンピュータ上でシミュレーションを行います。

ソースコードから生成されたバイナリコードが、ターゲット上で意図通り動作するかを事前に確認することが可能です。

モデルベース開発における
PILSのメリット

ハードウェア依存の問題を
事前に把握できる

実際に使用予定のマイコンや評価ボードで制御プログラムを動かせるため、MILSでは見えにくいハードウェア固有の制約や癖を事前に把握できます。

たとえば、処理速度の遅延、割り込みタイミングのずれ、数値の丸め誤差など、リアルタイム性や動作安定性に影響を及ぼす問題を実機環境で早期に確認できる点が強みです。

信頼性の高い
制御システム設計を実現できる

モデルベース開発では、制御仕様からソースコードを自動生成する工程がありますが、PILSはその生成コードが設計通りに動いているかを検証するステップとして有効です。

モデルと実装コードの間に生じるわずかなズレを検出し、信頼性の高い制御システム設計を実現します。例えば、浮動小数点と固定小数点の処理の違いや、演算誤差、使用するプロセッサの仕様による影響などを検出・修正することが可能です。

設計の手戻りを防げる

PILSの検証結果を活用して、モデルやパラメータの見直し、コードの最適化を図ることが可能です。量産前の制御ソフトの調整や、設計と実装の不一致を事前に是正できます。

HILSや実機評価での不具合を減らすことは、設計の手戻りを防止するとともに、開発全体の効率化につながります。

モデルベース開発で
PILSを実施するタイミング

制御モデルが完成し、コードが生成されたタイミングで実施されることが一般的です。MILSによる仕様確認後にPILSを行うことで、モデルと実装コードのギャップを確認し、より高精度な開発プロセスへとつなげられます。

ただし、プラントモデルは仮想上にあるため、センサーノイズや外部通信の物理的要因などの検証はできません。PILSの後には、HILSや実機検証による実環境テストが必要になります。