2023年10月11日

HILによる鉄道アプリケーションにおける革新的な研究の実現

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このブログ記事では、英国鉄道研究イノベーションネットワーク（UKRRIN）に加盟するバーミンガム大学バーミンガム鉄道研究教育センター（BCRRE）のピエトロ・トリコリ教授率いるパワーエレクトロニクスグループによる、パワーエレクトロニクス分野における先駆的な研究について詳しくご紹介します。同グループが産学連携を活用し、革新的な研究成果の創出、産業界への知識移転、博士研究プロジェクトの加速、そして魅力的な研究論文の発表を通じて、研究分野に革新をもたらしている様子をご覧ください。

導入

ピエトロ・トリコリ教授は、バーミンガム鉄道研究教育センター（BCRRE）のパワーエレクトロニクスグループの責任者であり、Typhoon HILソリューションを用いた電力系HIL（Hardware-in-the-Loop）および制御系HIL（Hardware-in-the-Loop）の開発・試験、そしてTyphoon HILエンジニアとの研究協力において豊富な経験を有しています。このブログ記事では、教授の経歴、パワーエレクトロニクスにおける画期的な研究、そして教育実践についてご紹介します。

研究の背景

トリコリ教授は、10年以上にわたる輝かしい経歴の中で、再生可能エネルギー発電から輸送システムに至るまで、パワーエレクトロニクスの多様な応用分野に焦点を当てた研究を行っています。専門分野は、電気自動車、電車、鉄道牽引供給、交流・直流鉄道の電化システムなどであり、最近では電気船舶とエネルギー貯蔵システムの統合に重点を置いています。

研究施設

写真では、英国鉄道研究イノベーションネットワーク（UKRRIN）の一部である鉄道専用建物と実験施設内にある、トリコリ教授のパワーエレクトロニクスグループの研究室を見ることができます。UKRRINは、鉄道のイノベーションに革命を起こす卓越した研究拠点のネットワークです。この研究室では、応用研究において不可欠な実験検証が可能であり、理論的な知見を実際の環境または高精度なシミュレーション環境で実証することの重要性を強調しています。

応用研究では、理論上の発見が、ハードウェア・イン・ザ・ループ・アプローチが提供するような実際の環境または現実的なシミュレーション環境で機能することを証明する必要があります。

基礎知識と自信を教える

トリコリ教授は、パワーエレクトロニクスの研究に取り組む学生が授業で学ぶべき重要な点について尋ねられると、数学と物理科学の確固たる基盤を含む基礎スキルの重要性を強調しました。研究は実験室で長時間過ごすことになるため、特に実験作業に対する情熱と興味は不可欠です。そのため、この研究は実験を楽しめる人に最も適しています。研究でキャリアを成功させるためのもう一つの鍵は、挫折に直面しても立ち直る力です。困難を乗り越える力を持つ人は、やがて学術界だけでなく産業界にも革新的な成果をもたらすでしょう。

成功するには、生徒は自分自身を信じる必要があります。HIL は生徒が仕事に自信を持てるようにサポートします。

産学連携と知識移転

トリコリ教授は、数年前にTyphoon HILが同大学を訪問したことをきっかけに、Typhoon HILと長年にわたる協力関係を築いてきました。当初から、HIL（Hardware-in-the-Loop）ソリューションを研究室の研究に統合することは魅力的な選択肢でした。これは、電力HILラボと比較して、開発期間の短縮とテストの安全性向上につながるからです。この協力関係は、HIL404リアルタイムシミュレーションデバイス1台から始まり、その後大きく発展しました。このパートナーシップの主なメリットの一つは、既に豊富なコンポーネントライブラリを強化するための新しいブロックの開発でした。この協力関係は、応用科学研究が技術革新と知識移転を通じて産業目標の達成に及ぼす影響を示すものでした。

Typhoon HIL と協力することで、私たちの仕事は業界にさらに大きな影響を与えることができます。

コンポーネントライブラリのモデルのおかげで、開発時間を大幅に節約できました。燃料電池やバッテリーといった基本ブロックはすべてコンポーネントライブラリに既に用意されていたため、博士課程の学生はパワーエレクトロニクスの制御部分のみに集中することができました。

教育と研究におけるHILの利点

HILは現在学部レベルでは使用されていませんが、トリコリ教授は、学生にまず仮想HILを紹介することで、将来的にHILを統合していくことを構想しています。これにより、学生は適切なペースでスキルと自信を身につけることができます。大学院生や博士課程の学生にとって、HILソリューションは、マイクロコントローラへの信頼を高め、開発プロセスを効率化し、制御システムの最も独創的な側面に集中する上で、既に非常に有益であることが証明されています。主要なパワーエレクトロニクスブロックは、Typhoon HIL Schematic Editorのコンポーネントライブラリに既に用意されているため、迅速なモデル構築が可能です。

開発時間を短縮することで、研究の新しい部分に集中でき、研究コミュニティにさらに大きな付加価値を提供できるようになります。

HILアカデミーのeラーニング

トリコリ教授の研究室からは、10名以上の大学院生とスタッフがHILアカデミーのコースまたは専門分野を修了し、その知識を証明する認定を取得しました。一部のコースワークの複雑さにより、学部生の参加が制限される場合もありますが、トリコリ教授は、より多くの時間を割き、基礎知識を習得できる修士課程および博士課程の学生にとって、このプラットフォームの有用性を認識しています。