前回の続きです。

Ｒ２００９ｂで追加された機能のうち、「モデル実行中に、サイズが変化する信号線」について纏めてみます。

モデル実行中に、サイズが変化する信号線

概要

Ｓｉｍｕｌｉｎｋモデルには、ブロックとブロックをつなぐための信号線があります。

この信号線は、見た目は１本の線です。

図１ 信号線に、データが１つ

ところが、この中にデータがいくつか入っている場合があります。

図２ 信号線に、データが３つ

この信号線に、いったいいくつのデータが入っているのか？これは、モデル開始時までは確定しません。

言い換えれば、モデル開始時には確定していたのです。

この、「いったいいくつのデータが入っているのか？」を、信号線の次元、と呼ぶ事にしましょう。

Ｒ２００９ｂでは、いったんモデル開始時に次元を確定しつつも、モデル実行中に次元が変化するようになりました。

さて・・・どうしてこんな機能が入ったのか良く分かりません。こういうのは大概、だれか大口顧客からの要望によって入れられるものです。誰が何のためにこの機能を使うのでしょうか・・・？

自動車の制御モデルで、こんなことする理由は無いと思います。ましてや、プラントモデルでこういう事をしたい、という理由は思いつきません。

私のせまい経験から思いつくのは、無線通信アルゴリズムくらいです。

無線通信というのは、電波がビビビっと飛んでくるやつです。そいつを掛け算したり足し算したり引き算したりすると、音楽になったり映像になったりします。

図３ 受信した電波からノイズを取り、それから復調する

ところが、無線というのは波ですから、発信元と受信先の「距離」が問題になります。放送塔からの距離によって、ＴＶ映りのいい地域とそうじゃない地域がありますよね？

んで、極力そういう影響を排除したいわけです。そこでどうするか？よくある方法が、アンテナを１つだけでなく、４つにする事です。４つもあれば、どれかは調子よく受信できるんじゃない？という話です。（本当はそんな単純じゃないですが、ここで詳しく書くと叱られそうです。今回の話題には関係ないので、まぁこんな感じと思って下さい。）

さて、飛んできた電波に対して、掛けたり足したり引いたりするんです。これを、１本のアンテナだけでやるか、４本のアンテナでやるか。これを動的に切り替えられると、こんな事が出来ます。

まず、開発するシステムには「１本のアンテナモード」と「４本のアンテナモード」があって、いつでも切り替えられるようにします。これをコード生成してＤＳＰに焼いておくと、実地検証するときにスイッチ１つでモードが切り替えられて便利です。（最近はＤＳＰを使わないで、Ｓｉｍｕｌｉｎｋから直接ＨＤＬを生成する事もあります。）

そのためのアルゴリズムを開発するわけですが、１本あろうが４本あろうが、基本のアルゴリズムは一緒です。図３ではアンテナが１本だけですが、これのアンテナが４本あっても、「バンドパスフィルター」や「信号復調」のアルゴリズムは一緒です。

なのに、信号線の「次元」が違うというだけで、１つのブロックでは取り扱えません。従来のＳｉｍｕｌｉｎｋでは、まったくおんなじ処理をするブロックを、１本のアンテナモード用と、４本のアンテナモード用それぞれ別々に配置しないといけません。

図４　次元が違うだけで、中身はまったく同じブロックが並列に配置されている

しかし、Ｒ２００9bの可変次元信号を使えば、１つのアルゴリズムブロックで、１本モード、４本モードどちらにも対応できます。実行中にモード切り替えスイッチをいじってもぜんぜん大丈夫！

ＡＳＫ、ＰＳＫ、ＱＰＳＫなど復調方式が違う場合には、さすがにブロックを分ける必要があります（当然ですね）。しかし、アンテナ１本と４本の違いはＳｉｍｕｌｉｎｋ側で吸収してくれる事になりました！やったね！

（あってるかどうか分かりません。あくまで個人的な予想です。）

使い方

こんなモデルを書いたとします。

図５　次元＝１のブロックと、次元＝３のブロックが
それぞれマニュアルスイッチに入力している

信号の次元に注目してください。上のＣｏｎｓｔａｎｔブロックは次元＝１です。一方、下のＣｏｎstantブロックは次元＝３です。

では、Ｍａｎｕａｌ Ｓｗｉｔｃｈの次元がいくつになるのかというと・・・３です。次元の大きいほうの入力に引きずられてしまっています。

このＭａｎｕａｌ Ｓｗｉｔｃｈを上に向けると、こうなります。

図６　Ｍａｎｕａｌ Ｓｗｉｔｃｈの出力は [ 1 1 1 ] になっている

１　１　１と、１が三つならんでいますね。もともとのＣｏｎｓｔａｎｔブロックは次元＝１です。すなわち、１が１つだけです。しかし、下の次元＝３のＣｏｎstantブロックに引きずられて、次元＝３にされてしまっています。

では、新しい可変次元信号を使ってみましょう。そのためには、Ｍａｎｕａｌ Ｓｗｉｔｃｈのプロパティを変更する必要があります。

図７　Ｍａｎｕａｌ Ｓｗｉｔｃｈのプロパティ

図７で、「Ａｌｌｏｗ different input sizes ( Results in variable-size output signal )」にチェックが入っている事を確認してください。これが、可変次元信号を有効にするための設定です。

これでモデルを実行すると、次のようになります。

図８　次元＝１の信号を採用

図９　次元＝３の信号を採用

図８と、図９のＤｉｓplayブロックの違いに注目してください。

図８では、数値が１つしか表示されていません。一方、図９では数値が３つ（＝１ ２ ３）表示されています。

このように、動的に信号の次元が切り替えられる事ができるようになりました。

この可変次元信号の目印は、信号線の表示です。Ｍａｎｕａｌ Ｓｗｉｔｃｈから出ている信号は、まるでＬａｂＶｉｅｗの信号線みたいですよね？これが可変次元信号のサインです。

この可変次元信号を使用すれば、おなじアルゴリズムに対していろんな次元の信号を適用する事ができるようになります。

たとえば、Ｓｗｉｔｃｈの入力ポート１には、アンテナを１本つなげます。そして入力ポート２には、アンテナを４本つなげます。すると、そこから先のアルゴリズムは全く同じものを使用できます。使う時に自由に切り替えられるのがうれしい所です。

Ｓ－Ｆｕｎｃｔｉｏｎ

可変次元信号は、Ｓ－Ｆｕｎｃｔｉｏｎでも利用できます。

mdlOutputs関数の中で使える関数に、

ssGetCurrentInputPortDimensions( , , );

というものが加わりました。これは、「現在の」信号次元を調べられるものです。

ですから、

  int i = 0;
  real_T *u = ssGetInputPortRealSignal( S, 0 );
  real_T *y = ssGetOutputPortRealSignal( S, 0 );
  int width = ssGetCurrentInputPortDimensions( S, 0, 0 );

  for( i = 0 ; i < width ; ++i )
  {
    *y++ = *u++;
  }

などとすることで、可変次元信号に対応できます。

ＴＬＣを書く時も同様で、 %<SLibGetCurrentInputPortDimensions(0, 0)> などとすると、入力ポートの「現在の」次元を取得できます。

まとめ

いろいろな次元の信号を、「Ｍａｎｕａｌ　Ｓｗｉｔｃｈ」や「Ｓｗｉｔｃｈ」や「Ｍｕｌｔｉｐｏｒｔ Ｓｗｉｔｃｈ」などを使って切り替える事により、ダイナミックに信号の次元が変化するようになりました。

この機能によって、これまでムダに複製していたブロックを１つに統合できる可能性があります。

ただし、自動車部品の制御モデルやプラントモデルに使い所があるか？というと、ちょっと微妙な気がします。