JPH02268304A - トレースバック・データのサンプリング方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、マイクロコンピュータを使用した制御装置に
おける、いわゆるＲＡＳ（信頼性・可用性・保守性）機
能を満足するために、制御系の各種状態量データを再現
するトレースバックのためのデータのサンプリング方法
に関する。

（従来の技術） 従来、例えば半導体電力変換装置を使用した電動機の速
度制御装置では、電動機の速度を検出してそれと設定速
度とが一致するように、比例積分演算等の調節演算結果
をトルク指令あるいは電流指令として出力する速度制御
系と、これらのトルク指令または電流指令に基づいて半
導体電力変換装置を制御する電流制御系とから構成され
ている。

ここで一般に、電流制御系のようなマイナループは、そ
の目的及び制御対象の性質から速度制御系に比べて短い
サンプリング周期で制御されるのが通常である。

一方、その内部にマイクロコンピュータを組み込んだ電
子制御装置では、いわゆるＲＡＳ機能として、制御装置
内部の制御量、操作量、その他のデータを常時サンプリ
ングして記録しておき、装置に故障や障害が発生した場
合にその発生前後における上記データを再生することに
より、故障や障害の発生前後における制御装置の状態を
明らかにしてその原因を究明するトレースバック機能を
備えている。

このようなトレースバック機能を実現する場合に、サン
プリングされたデータを改めて再生する処理の容易さや
他のサンプリング周期で更新されるデータとの同期のと
りやすさの点から、通常はトレースバック・データのサ
ンプリング周期をそのデータ本来の更新周期よりも短い
一定の周期に選んでいる。具体的には、その制御系で最
も短いデータのサンプリング周期（例えば前述した電動
機の速度制御装置の例では電流系の制御のためのサンプ
リング周期に相当する）よりも更に短い一定のサンプリ
ング周期で、トレースバックのために各制御系の状態を
サンプリングすることが行われている。

（発明が解決しようとする課題） ところで、短い周期で繰り返しサンプリング処理を行う
ことは、実質的に短い周期の割り込み処理に頼らざるを
得す、ソウトウエアシステム全体に多大な負担をもたら
す。例えば、前記のような制御系においてトレースバッ
ク・データ収集のためのサンプリングを１　（ｍｓｅｃ
）周期の割り込みで実現したとすれば、１　（＋１ｓａ
ｃ）毎にデータを収集するべくサンプリングを行うため
のソフトウェア上の処理時間と共に１割り込み発生に伴
う内部レジスタの退避／復帰及び割り込み制御回路の操
作のための処理時間（オーバヘッド）が発生することに
なる。

ちなみにサンプリングのための所要時間を８０（ｐ　５
ａｃ）、オーバヘッドを２０（ｐ　５ａｃ）とすれば、
両者の所要時間は１　（＋５ｅｃ１間では８０＋　２０
　＝　１００（ｕ　ｓ。

Ｃ〕となり、マイクロコンピュータの負荷率に換算して
１０〔％〕になる。これは、速度制御系のような比較的
ゆっくりとした制御ループにおいて１例えばその制御演
算を１０（ｍｓｅｃ）周期で行うものとすれば、この制
御レベルに換算して１０（＋＊５ｅｃ）　Ｘ　１０（％
〕＝　１　（ｍｓｅｃ〕となり、制御装置本来の目的で
ある制御ループからみても無視し得ない負担となる。

更に、前記のような半導体電力変換装置の制御のための
ソフトウェア処理に要する時間が、トレースバックのた
めのサンプリング周期と同等かそれ以上にわたる場合は
、サンプリングの歯抜けや他のデータとの時間的なずれ
を防ぐ意味から、このような制御のためのソフトウェア
処理中であってもトレースバックのためのサンプリング
を優先して行わなければならず、トレースバック・デー
タのサンプリングのための割り込みを電流系の制御のた
めの割り込みよりも優先度の高い割込レベルに設定し、
電流制御のための演算処理を中断してでもトレースバッ
ク・データのサンプリングを行うことになる。

このため、電流制御のための演算処理時間が圧迫されて
、制御装置本来の目的である制御演算に支障をきたしか
ねないというような問題を生じていた。

本発明は上記問題点を解決するために提案されたもので
、その目的とするところは、トレースバック・データの
サンプリングのためだけに高い割り込み優先度を持った
プログラムを起動する必要がなく、マイクロコンピュー
タのソフトウェア上の負荷を必要以上に増加させること
がないと共に。

制御装置本来の制御演算に何ら支障なくサンプリングが
行えるようにしたトレースバック・データのサンプリン
グ方法を提供することにある。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するため、本発明では、トレースバック
・データとしてサンプリングされる状態量データの生成
・更新時に、割り込み処理プログラムのタイミングを規
定するための割り込み要求信号を発生するシステム・ク
ロックの分周カウンタの計数値を前記状態量データと併
せて保存する。

また、前記プログラムよりも長い周期でかつ低い割り込
み優先度で起動され、トレースバック・データのサンプ
リングを行うプログラムにおいて、サンプリング処理を
実施する時点における前記分周カウンタの計数値からサ
ンプリングを実施する時刻を求めると共に、そのプログ
ラムが前回起動されてから今回起動されるまでの間にト
レースバック・データを生成する前記プログラムが残し
た状態量データとその状態量データ更新時における前記
カウンタの計数値とから状態量データの更新時点を求め
て、同一時間軸上に換算したサンプリング時点における
状態量データを決定してこれをトレースバック・データ
のサンプリング結果とするものである。

（作用） 一般に、マイクロコンピュータを使用した制御装置のデ
ータのサンプリング周期は、ＣＰＵのシステム・クロッ
クをカウンタから構成される分周回路（分周カウンタ）
により計数して発生させている。従って、このシステム
・クロックの計数値を読み出すことができれば（一般に
可能な場合が多い）、その値を時刻代わりに使用して複
数の異なった制御ループ（サンプリング周期）間のタイ
ミングのずれを同一の時間軸上に換算して評価すること
ができる。

すなわち、トレースバック用にサンプリングされる状態
量データＸを生成・更新する第１のプログラムが、更新
した状態量データＸと共に状態量データＸの更新時点に
おける前記分周カウンタの計数値を保存するようにして
おけば、サンプリングする側の第２のプログラムは以下
のような方法で、あたかも第１のプログラムの起動周期
よりも短い周期で。で状態量データＸをサンプリングし
た場合と同じ結果を得ることができる。

このことを第１図及び第２図を参照しつつ説明する。第
１図において、鋸歯状波形ｎは、第２のプログラムＰ２
を起動する割り込み要求信号Ｉ２を発生するための分周
カウンタの計数値を表わす。

ここで分周カウンタは周波数ｆ（Ｈｚ）のシステム・ク
ロックＦを計数し、計数値がｎ２−１に達する度にカウ
ント値をゼロにリセットすると共しこ、マイクロコンピ
ュータに対する割り込み要求として信号■２を出力する
。

今、トレースバックするべき状態量データＸを生成・更
新するプログラムＰ、が、前記プログラムＰ２の起動周
期τ２よりも短い周期τ□でプログラムＰ２とは非同期
のタイミングで起動される場合を考える。プログラムＰ
１が状態量データＸと共にそれを生成・更新した時点の
分周カウンタの計数値ｎを検出して、これらをそれぞれ
Ｘ（ｋ）及びＱｌ（ｋ）として記憶しておけば、状態量
データＸ（ｋ）の生成・更新時期ｔ１は、ｎ□（ｋ）の
偏差の積算値として下記の漸化式（１）または（１）′
で表わすことができる。

ｔ１＝ｔ１ｏＬｄ＋ｎ、（ｉｎ−ｎ、（ｋ−ｔ）；ｎｌ
＜ｋ〉＞ｎ、（ｋ−１＋のとき・・・（１） ｔｌ　＝ｔ　１ｏｔｄ＋　ｎ、　＋　ｎｌ（ｋ）　　ｎ
ｌ（ｋ−ｔ　）　；　ｎｌ（ｋ＋≦ｎ１（ｋ−ｔ）のと
き・・・（１）′ なお、上記（１）、（１）’式の右辺のｔ　１０ｔｄは
左辺ｔ□の前回値を表わす。ここで、式を単純化するた
めに時刻ｔ２をシステム・クロックのカウント値に換算
したものとして扱っており、これは以下についても同様
である。

一方、プログラムＰ２におけるトレースバック・データ
のサンプリングのタイミングｔ、についても、ｔｌと同
様にサンプリング時点における分周カウンタの計数値△
ｎを使って以下の（２）式により表わすことができる。

ｔ　２＝　ｔ　２ｏＬｄ−Δｎ、ｏＬｄ＋ｎ、＋Δｎ、
−（２）なお、ｊ、ｏＬｄ、Δｎ、ＯＬｄはそれぞれｔ
２ｔΔｎ２の前回値を示す。ここで、Δｎ２は分周回路
によってプログラムＰ２を起動するための割り込み信号
工２が発生されてから実際にトレースバックのためのサ
ンプリングが行われるまでの時間のずれを表わすもので
あり、また、ｔ、ＯＬｄは前回プログラムＰ２が実行さ
れた時点におけるΔｎ２を表わしている。

以上のように、分周カウンタの計数値ｎを基準として、
複数プログラムｐ１．ｐ、間のタイミングを知ることが
できる。

具体的なアルゴリズムを以下に説明する。プログラムＰ
１は、トレースバックされる状態量データＸを生成・更
新する度にその値Ｘと分周カウンタの計数値ｎとをそれ
ぞれＸ　（ｋ）、　ｎ　（ｋ）としてＦＩＦ○（Ｆｉｒ
ｓｔ　ＩｎＦｉｒｓｔ　０ｕｔ）バッファに格納する。

一方、プログラムＰ、においで、実際にトレースバック
のためのデータ・サンプリングを行うルーチンでは、サ
ンプリング実施時点における分周カウンタの計数値Δｎ
２を使用し、前記（２）式の演算に基づいてサンプリン
グを実施する時点ｔ２を決定する。

次に、プログラムＰ２による前回のサンプリング実施時
点から今回までの間にプログラムＰ、によってＦＩＦＯ
バッファに保存された０組の状態量データＸ（ｋ）と分
周カウンタの計数値ｎ　１＜ｋ＞Ｃただし、ｋ＝１〜ａ
）とを使用して、後述する第５図に示すフローチャート
に従ってトレースバック・データのサンプリング動作を
行う。

この結果、プログラムＰ、において周期τ１で生成・更
新された状態量データＸは、第２図に示すごとく周期τ
。でサンプリングされた時系列データＸＴ（ＩＩ）とし
て再生することができる。

（実施例） 以下１図に沿って本発明の一実施例を説明する。

なお、この実施例は電流制御系をマイナループとして有
する。半導体電力変換装置を用いた電動機の速度制御装
置に本発明を適用した場合のものである。

第３図はこの実施例のハードウェア上の構成を示してお
り１図においてｌは複数のプログラムを実行するマイク
ロコンピュータ、２は、制御演算のためのプログラムと
データの一時記憶との機能の他に、いわゆるＦＩＦＯメ
モリとしての機能を持つメモリであって、その構成とし
てはハードウェアによりＦＩＦＯ機能を直接実現するも
のや。

通常の固定メモリをリング・バッファとして使用して書
き込み／読み出しのためのポインタの使用と併せてソフ
トウェア上でＦＩＦＯ機能を実現するものであってもよ
い。

また、３はシステム・クロックＦ（ｆ（Ｈｚｌ）を計数
してｎ２だけカウントする度にマイクロコンピュータ１
に対して割り込み要求償号工２を出力し、速度制御系の
定周期プログラムＰ８を周期で、で起動させるための分
周カウンタ、４は、電流マイナループの制御演算処理を
行う電流制御系のプログラムＰ１の起動要求として１周
期τ□の割り込み要求償号工、を出力する割り込み信号
発生回路、５゜６は各種制御量の検出及び操作量に基づ
いた機器の駆動のための入力インタフェイス、出力イン
タフェイス、７はデータバスである。

このような構成において、マイクロコンピュータ１は割
り込み要求信号■、に基づいてプログラムＰ２を起動す
るので、このプログラムＰ２の起動周期はτ２＝ｎ２÷
ｆとなる。また、分周カウンタ３の計数値ｎは、データ
バス７を介してマイクロコンピュータ１から読み出し可
能となっている。

更に、電流制御系のプログラムＰ１の起動周期τ、は、
速度制御系のプログラムＰ２の起動周期τ、よりも短く
、かつ前記割り込み要求償号工、よりも優先度の高い割
り込み要求償号工、に基づいてプログラムＰ２とは非同
期に起動されるようになっている。

ここで、周期τ、で起動される電流制御系のプログラム
Ｐ□が周期τ□で更新する状態量データＸを１周期で２
で起動される速度制御系のプログラムＰ２においてサン
プリング周期で。でトレースバック・データをサンプリ
ングする場合を考える。

ただし、周期τ２．τ４．τ。の間には以下の（３）式
の関係が成立するものとする。

τ。くτ１くτ、　・・・（３） 従って、上記周期τ。、τ１．τ２を分周カウンタ３に
よるシステム・クロックＦのカウント値に換算した値ｎ
１ｌｅ　ｎｔｔ　ｎａについても、以下の（４）式が成
立する。

。。くｎ□＜ｎｌ　　・・・（４） ただし、ｎｏ＝τ。×ｆ、ｎＬ＝τ□×ｆ。

ｎ、＝τ、Ｘｆ 次に、第４図は、この実施例において電流制御系の検出
・制御演算の結果としてトレースバックされる状態量デ
ータＸを生成・更新する電流マイナループのプログラム
Ｐ１のフローチャート、第５図は前記プログラムＰ工よ
りも長い周期で８で速度制御系の検出・制御演算を行う
と共に本発明のアルゴリズムに基づいてトレースバック
のためのサンプリングを実施する速度制御系のプログラ
ムＰ２のフローチャートであり、これらに基づいてこの
実施例の作用を以下に説明する。

まず第４図のフローチャートにおいて、割り込み要求信
号Ｉ□に基づいて起動される電流制御系のプログラムＰ
工は、電流制御のための所定の制御演算及び処理を実施
する（ステップＳｌ）。更に。

その時点における分周カウンタ３の計数値ｎを読み出し
くＳ２）、トレースバックするべき状態量データＸと共
にＸ（ｋ）、ｎｌ（ｋ）としてメモリ（Ｐ　Ｉ　Ｆ○バ
ッファ）２に書き込み（Ｓ３）、その後、にの値をイン
クリメントする（Ｓ　４　）。

次いで第５図のフローチャートにおいて、割り込み要求
償号工、に基づいて起動される速度制御系のプログラム
Ｐ２は、速度制御のための所定の制御演算及び処理を実
施する（ステップＳ　１１）。更に、トレースバック用
データのサンプリング処理として、前記（作用）の項で
説明した（２）式に基づいて以下■〜■のアルゴリズム
に従ってトレースバック・データのサンプリングを実施
する。

■まず、実際にトレースバック・データのサンプリング
処理を行う時点ｔ２を（２）式により求める（Ｓ　１２
．　Ｓ　１３）。

■その後、時点ｔ２を求めるのに使用したΔｎ２を前回
値Δｎ２ｏＬｄとしくＳ　１４）、かつｋを１として（
Ｓ　１５）メモリ２内にプログラムＰ工が格納した状態
量データがあるか否かを判断する（Ｓ１６）。

■この状態量データＸ（ｋ）がある場合、その更新時点
における分周カウンタ３の計数値ｎ　１（ｋ）を、ｎｌ
（ｋ）とｎｌ（ｋ−１）との大小関係に応じて前記（１
）式または（１）１式にあてはめて状態量データＸ　（
ｋ）の更新時点ｔ２を求め（８１７〜５１９）、その後
、ｋの値をインクリメントする（Ｓ２０）。

０次に、前記ｔ工ｌ　ｔ、と同一の時間軸上でトレース
バックのためのサンプリング時点ｔ０を求め（８２１〜
５２３）、ｔｏとｔ工との大小関係からサンプリング時
点ｔ０における状態量データＸの値を求めて周期τ。の
時系列データＸア（、）を作成しくＳ２４゜Ｓ　２５．
　Ｓ　２７）、ｍの値をインクリメントする（Ｓ２６゜
５２８）。

この結果、状態量データＸのトレースバックは、周期τ
。でｍを順次増加させながら時系列データＸＴ（Ｉｍ＋
をトレースすることで実現可能になる。

なお、プログラムＰ１の起動周期で１またはｎｌが知り
得る値であれば プログラムＰ２の起動周期〉プログラムＰ１の起動周期
が成立する限りにおいて、プログラムＰ　Ｌ　−Ｐ　ｚ
共に一定周期で起動されるプログラムである必要はない
。

（発明の効果） 以上のように本発明によれば、制御系の状態量データを
このデータが実際に生成・構成される周期よりも長く、
かつ低い割り込み優先度のプログラムによって、あたか
もその状態量データが実際に生成・更新される周期より
も短い周期でサンプリングしたかのようにトレースバッ
ク・データを構成するものであるから、サンプリングの
ためだけの高い割り込み優先度をもったプログラムを起
動する必要がなく、制御機能を実現するマイクロコンピ
ュータのソフトウェア上の負荷を本来の制御目的以外の
理由で重くしないで済むという効果がある。

また、割り込み信号の発生により上記のトレースバック
用サンプリング処理を行うプログラムが起動されて、実
際にデータの収集処理が実施されるまでの無、駄時間を
含めてトレースバック用データの構成を行うことから、
上記プログラム内においても任意のタイミングで処理す
ることができるためにプログラム実行上の制約が緩和さ
れ、制御を目的とした制御装置本来の処理を優先して実
行することができるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明の詳細な説明するためのタイ
ミングチャート、第３図は本発明の一実施例が適用され
る制御装置のブロック図、第４図及び第５図は第１及び
第２のプログラムの処理を示すフローチャートである。 １・・・マイクロコンピュータ　　　２・・・メモリ３
・・・分周カウンタ　　４・・・割り込み信号発生器５
・・・入力用インタフェイス ６・・・出力用インタフェイス　　７・・・データバス
Ｉ０．Ｉ、・・・割り込み要求信号 Ｆ・・・システム・クロック

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 プログラムの起動周期を管理するためのクロック分周カ
   ウンタの計数値が読み出し可能であり、かつ複数の割り
   込みタイミングで複数のプログラムが起動される制御シ
   ステムにおいて、 第１のプログラムにより生成・更新された、トレースバ
   ックするべき状態データとその更新時点における前記分
   周カウンタの計数値とを併せて記憶すると共に、 前記第１のプログラムよりも起動周期が長く、かつ割り
   込み優先度の低い第２のプログラムにおいて、この第２
   のプログラムが前回起動されてから再び起動されるまで
   の間に第１のプログラムによって記憶された前記分周カ
   ウンタの計数値及び第２のプログラムの起動時点におけ
   る前記分周カウンタの計数値から前記状態量データの更
   新時点とトレースバックのためのサンプリング時点とを
   同一時間軸上に換算し、 これらの同一時間軸上に換算された前記状態量データの
   更新時点とトレースバックのためのサンプリング時点と
   の関係に基づいて、前記サンプリング時点における前記
   状態量データの値を決定し、この値を前記サンプリング
   時点における状態量の時系列データとして再構成するこ
   とを特徴とするトレースバック・データのサンプリング
   方法。