R2012bは、いろいろ機能が追加されていて面白いです。今回は、シミュレーション時間を戻す機能についてまとめます。

機能追加といえば、Simulinkのショートカットについて、とあるお方から情報をいただきました。マウスの「進む」「戻る」ボタンがあれば、Simulinkモデルをブラウズする際に「進む」「戻る」として動作するそうです。うーむ、便利。

さて、シミュレーション時間を戻すという話ですが、イメージとしてはこんな感じです。

では、もうちょっと詳しく見ていきましょう。

シミュレーション時間を戻すとは？

イメージとしては、上図のようにシミュレーション時間が戻っていくだけです。ところで、「シミュレーション時間」って何でしょう？それを「戻す」というのは、どういう意味があるのでしょうか？

ここで、HILSの動作原理という、ふるーい記事から画像を引っ張ってきます。Simulinkの中では、たとえば仮想のクルマが走っていたりします。

Simulinkの中で時間が進む

さて、この時にSimulinkの中で起きているのは、次のようなことです。

「状態」を１ステップずつ計算していく

たとえばシミュレーションを１ミリ秒刻みで実施しているとします。このときSimulinkがやっているのは、「０ミリ秒における状態」 → 「１ミリ秒における状態」 → 「２ミリ秒における状態」 → ・・・ と、各時刻における「状態」を計算しています。

ここで「状態」といっているのは、たとえば車速であったり、SOC（バッテリーの充電度）であったり、とにかく車に関するいろいろなパラメータの値です。

時間＝１２３ミリ秒で、車速は３０ｋｍ、この時にペラ軸トルクは３０Nm

↓

時刻＝１２４ミリ秒だと、車速は３０．０１ｋｍになっているはず

という感じで、時刻が進むたびに車速のような「状態」がどう変化していくか？を計算していくのがSimulinkです。

ですから、「シミュレーション時間」という言葉は、むしろ「とあるシミュレーション時間における状態」といった方が正確です。これを「戻す」というのは、「状態」を戻すという事になります。

時間を戻す＝「状態」を１２１ミリ秒時点のものに戻す

 操作方法

導入編

では、これをどうやるかというと、とても簡単です。新しいSimulinkには、次のようなボタンがついています。まずシミュレーション開始前に「戻す」機能についての設定を行います。

すると、こういう画面になります。ただし、表示に間違い（たぶん、英語→日本語の翻訳ミス）があるため、これは以下のように読み替えてください。

ポイントは「ステップバック機能を有効にする」で、ここにチェックを入れてください。さて、実際に「戻る」機能を使うには、次のように操作します。すると、記事先頭の図のように、Scopeの波形がどんどん巻き戻っていきます。面白い！

さて、ここで起きていることを図にすると、以下のようになります。「戻る/進むステップ数」を１に設定しているため、「状態」が１ステップずつ戻っていきます。

「戻る/進むステップ数」に応じて、以前の「状態」に移動する

応用編１

たとえば、シミュレーションステップ＝１ｍｓとして、１４００秒くらいシミュレーションするとしましょうか。１秒シミュレーションするのに、実時間で１０秒かかるとしましょう。１４００秒シミュレーションするのに、実時間では１４０００秒＝４時間弱。これは重い！何かあったとき、また１からシミュレーションやるというのは避けたいところです。

さて、そういう場合には「戻る」機能があるとうれしそうなのですが、この時Simulink内に保存される「状態」は、１４０００００個になります。さすがに、これはキツイ・・・

そういう時は、以下のように設定してみましょう。すると、保存される「状態」は、シミュレーション時間１秒につき１つ、１４００秒でも１４００個になります。ずいぶんマシになりました。

１秒ごとに「状態」を保存。１回戻るたびに１秒戻る。

すると、動作としては次のようになります。（実は、これはちょっと不正確です。詳しくは応用編２をご覧ください）

１秒ごとに「状態」を保存し、１度に１秒ずつ戻る

応用編２

これでも悪くはないのですが、１回の巻き戻しで１秒も戻ってしまうのはイヤだ！という場合もあります。そこで、「状態」の保存は１０００ステップ（＝１秒）毎、しかし「戻る」のは３００ミリ秒、としましょう。設定画面は次の通りです。

ここで疑問です。「状態」は１０００ステップ（１秒）置きにしか保存していないのに、どうやって３００ステップ戻るのでしょうか？

実は、とっても単純な（しかし賢い）方法でこれを実現しています。３００ステップ戻りたければ、１０００ステップ戻ってから７００ステップ計算すればいいのです。これはSimulinkが勝手にやってくれるので、ユーザーが特に気にする必要はありませんが、裏ではこういう事が起きています。

１０００ステップ戻ってから７００ステップ計算する＝３００ステップ戻る

 ですから、「バックステップの保存間隔（＝最大数の反復回数）」設定と、「戻る/進むステップ数」設定とは、それぞれ独立に考えて差し支えありません。

そもそも、シミュレーションを一時停止するタイミングが、たまたま「状態」を保存しているステップである保証もありません。

応用編１のように設定した場合でも、この機構は動いています。たとえば、シミュレーション時間＝３．５秒でブレークしたとしましょう。ここから１秒戻ると２．５秒ですが、保存されている「状態」は０秒、１秒、２秒・・・と１秒刻みです。その場合、２秒まで戻る→０．５秒進める→２．５秒になる、という動きをします。

１．５秒戻って、０．５秒ぶん計算する＝１秒戻る

ですからやはり、「バックステップの保存間隔（＝最大数の反復回数）」設定と、「戻る/進むステップ数」設定とを、両方とも１０００にしておく必要というのは特にありません。応用編１では、説明のためにそうしただけです。

このあたりの設定具合は、使っていくうちにいい感じのものが見つかると思います。

戻って何するの？

実は、ここが一番重要なテーマだったりします。進んだり戻ったりするだけだと、なにがウレシイんだかわかりません。戻ったあとで何をするか？が一番重要です。

今のところ、戻ってからできる作業は、次のように値ラベルを増やしたりだとか、

入力データを変化させたりだとか、

そのレベルです。本当は、信号線に自由にスコープがつけられたりするといいんですが、それはできません。残念。

所感

シミュレーション時間を戻す機能は、とても面白いと思いますが、まだまだ発展の余地がいろいろあります。

（１）対応ブロック
実は、あらゆるブロックがこの機能に対応しているわけではありません。全ブロックがこれに対応していない限り、戻る機能はマトモに動かないため、これは今後の展開に注目です。

（２）「戻る」機能の拡充
たとえば、何ステップ戻るのか？（３００ステップとか）の設定は、いったんシミュレーションを開始してしまうと変更できません。これくらいは、ブレーク中に変更できてもいいと思います。あと、時間を指定して「○秒まで戻れ」という指定ができても便利だと思います。

（３）「戻ったあと」の機能の拡充
戻ったあと何をするのか？が最重要です。スコープを自由につけられるようにするとか、その手の「戻るウレシサ」はまだまだ発展途上のように思います。こちらも、今後の展開に注目です。

今のままでも使えなくはないのですが、上記のような対応が徐々になされていくと、より使いでのある機能になっていくかと思います。今後に期待！