PathFollowing.cpp

00001 #include "PathFollowing.h"
00002 #include "mbed.h"
00003 #include "math.h"
00004 
00005 double p_out,r_out_max;
00006 double Kvq_p,Kvq_d,Kvr_p,Kvr_d;
00007 double diff_old,diffangle,diffangle_old;
00008 double out_dutyQ,out_dutyR;
00009 double now_angle,target_angle;
00010 double now_timeQ,old_timeQ,now_timeR,old_timeR;
00011 double now_x, now_y;
00012 double diff_st,diff_tgt,diff_st_tgt,p_param;
00013 double usw_data1,usw_data2,usw_data3,usw_data4;
00014 
00015 Timer timer;
00016 
00017 //初期座標：A, 目標座標：B、機体位置：C、点Cから直線ABに下ろした垂線の足：H
00018 void XYRmotorout(double plot_x1, double plot_y1, double plot_x2, double plot_y2, double *ad_x_out, double *ad_y_out, double *ad_r_out, double speed1, double speed2 )  //プログラム使用時、now_x,now_yはグローバル変数として定義する必要あり
00019 //plot_x1,plot_y1:出発地点の座標
00020 //plot_x2,plot_y2:目標地点の座標
00021 //speed1:初期速度
00022 //speed2:目標速度
00023 {
00024     double Vector_P[2] = {(plot_x2 - plot_x1), (plot_y2 - plot_y1)}; //ベクトルAB
00025     double A_Vector_P = hypot(Vector_P[0], Vector_P[1]); //ベクトルABの大きさ（hypot(a,b)で√（a^2+b^2）を計算できる <math.h>））
00026     double UnitVector_P[2] = {Vector_P[0]/A_Vector_P, Vector_P[1]/A_Vector_P}; //ベクトルABの単位ベクトル
00027     double UnitVector_Q[2] = {UnitVector_P[1], -UnitVector_P[0]}; //ベクトルCHの単位ベクトル
00028     double Vector_R[2] = {(now_x - plot_x1), (now_y - plot_y1)}; //ベクトルAC
00029     double diff = UnitVector_P[0]*Vector_R[1] - UnitVector_P[1]*Vector_R[0]; //機体位置と直線ABの距離（外積を用いて計算）
00030 
00031     //double VectorOut_P[2]= {0}; //ベクトルABに平行方向の出力をx軸方向、y軸方向の出力に分解
00032 
00033 ///////////////////＜XYRmotorout関数内＞以下、ベクトルABに垂直な方向の誤差を埋めるPD制御（ベクトルABに垂直方向の出力を求め、x軸方向、y軸方向の出力に分解）//////////////////////
00034 
00035     timer.start();
00036     now_timeQ=timer.read();
00037     out_dutyQ=Kvq_p*diff+Kvq_d*(diff-diff_old)/(now_timeQ-old_timeQ); //ベクトルABに垂直方向の出力を決定
00038     diff_old=diff;
00039 
00040     if(out_dutyQ>500)out_dutyQ=500;
00041     if(out_dutyQ<-500)out_dutyQ=-500;
00042 
00043     old_timeQ=now_timeQ;
00044 
00045     double VectorOut_Q[2] = {out_dutyQ*UnitVector_Q[0], out_dutyQ*UnitVector_Q[1]}; //ベクトルABに垂直方向の出力をx軸方向、y軸方向の出力に分解
00046 
00047 ///////////////////////////////<XYRmotorout関数内＞以下、機体角度と目標角度の誤差を埋めるPD制御（旋回のための出力値を決定）//////////////////////////////////
00048 
00049     now_timeR=timer.read();
00050     diffangle=target_angle-now_angle;
00051     out_dutyR=-(Kvr_p*diffangle+Kvr_d*(diffangle-diffangle_old)/(now_timeR-old_timeR));
00052     diffangle_old=diffangle;
00053 
00054     if(out_dutyR>r_out_max)out_dutyR=r_out_max;
00055     if(out_dutyR<-r_out_max)out_dutyR=-r_out_max;
00056 
00057     old_timeR=now_timeR;
00058 
00059 //////////////////////////<XYRmotorout関数内＞以下、x軸方向、y軸方向、旋回の出力をそれぞれad_x_out,ad_y_out,ad_r_outの指すアドレスに書き込む/////////////////////////////
00060 ////////////////////////////////////////////その際、x軸方向、y軸方向の出力はフィールドの座標系から機体の座標系に変換する。///////////////////////////////////////////////
00061 
00062     diff_st = hypot(now_x-plot_x1,now_y-plot_y1); //出発座標と機体の位置の距離
00063     diff_tgt = hypot(now_x - plot_x2, now_y - plot_y2); //機体の位置と目標座標の距離
00064     diff_st_tgt = hypot(plot_x1-plot_x2,plot_y1-plot_y2); //出発座標と目標座標の距離
00065 
00066     if(speed1 == speed2) { //等速移動
00067 
00068         double VectorOut_P[2] = {speed1*UnitVector_P[0], speed1*UnitVector_P[1]};
00069 
00070         *ad_x_out = (VectorOut_P[0]+VectorOut_Q[0])*cos(-now_angle*3.141592/180)-(VectorOut_P[1]+VectorOut_Q[1])*sin(-now_angle*3.141592/180);
00071         *ad_y_out = (VectorOut_P[0]+VectorOut_Q[0])*sin(-now_angle*3.141592/180)+(VectorOut_P[1]+VectorOut_Q[1])*cos(-now_angle*3.141592/180);
00072         *ad_r_out = out_dutyR;
00073 
00074     } else if(speed2 == 0) { //減速移動(目標速度が０)→ベクトルABに垂直な方向の出力にもP制御をかける。
00075 
00076         double VectorOut_P[2] = {speed1*UnitVector_P[0], speed1*UnitVector_P[1]};
00077 
00078         if(diff_tgt > diff_st_tgt) {
00079             diff_tgt = diff_st_tgt;
00080         }
00081 
00082         p_param=(diff_tgt/diff_st_tgt);
00083 
00084         *ad_x_out = p_param*((VectorOut_P[0]+VectorOut_Q[0])*cos(-now_angle*3.141592/180)-(VectorOut_P[1]+VectorOut_Q[1])*sin(-now_angle*3.141592/180));
00085         *ad_y_out = p_param*((VectorOut_P[0]+VectorOut_Q[0])*sin(-now_angle*3.141592/180)+(VectorOut_P[1]+VectorOut_Q[1])*cos(-now_angle*3.141592/180));
00086         *ad_r_out = out_dutyR;
00087 
00088     } else if(speed1 > speed2) { //減速移動（目標速度が０でない）
00089 
00090         if(diff_tgt > diff_st_tgt) {
00091             diff_tgt = diff_st_tgt;
00092         }
00093 
00094         p_param=(diff_tgt/diff_st_tgt);
00095 
00096         double speed3 = speed2 + (speed1-speed2)*p_param;
00097 
00098         double VectorOut_P[2] = {speed3*UnitVector_P[0], speed3*UnitVector_P[1]};
00099 
00100         *ad_x_out = (VectorOut_P[0]+VectorOut_Q[0])*cos(-now_angle*3.141592/180)-(VectorOut_P[1]+VectorOut_Q[1])*sin(-now_angle*3.141592/180);
00101         *ad_y_out = (VectorOut_P[0]+VectorOut_Q[0])*sin(-now_angle*3.141592/180)+(VectorOut_P[1]+VectorOut_Q[1])*cos(-now_angle*3.141592/180);
00102         *ad_r_out = out_dutyR;
00103 
00104     } else if(speed1 < speed2) { //加速移動(speed1)
00105 
00106         if(diff_st > diff_st_tgt) {
00107             diff_st = diff_st_tgt;
00108         }
00109 
00110         p_param=(diff_st/diff_st_tgt);
00111 
00112         double speed4 = speed1 + (speed2-speed1)*p_param;
00113 
00114         double VectorOut_P[2] = {speed4*UnitVector_P[0], speed4*UnitVector_P[1]};
00115 
00116         *ad_x_out = (VectorOut_P[0]+VectorOut_Q[0])*cos(-now_angle*3.141592/180)-(VectorOut_P[1]+VectorOut_Q[1])*sin(-now_angle*3.141592/180);
00117         *ad_y_out = (VectorOut_P[0]+VectorOut_Q[0])*sin(-now_angle*3.141592/180)+(VectorOut_P[1]+VectorOut_Q[1])*cos(-now_angle*3.141592/180);
00118         *ad_r_out = out_dutyR;
00119     }
00120 }
00121 
00122 ////////////////////////////////////////////////////////////<XYRmotorout関数は以上>////////////////////////////////////////////////////////////////
00123 
00124 
00125 /*void set_p_out(double p)  //ベクトルABに平行方向の出力値設定関数
00126 {
00127     p_out = p;
00128 }*/
00129 
00130 void q_setPDparam(double q_p,double q_d)  //ベクトルABに垂直な方向の誤差を埋めるPD制御のパラメータ設定関数
00131 {
00132     Kvq_p=q_p;
00133     Kvq_d=q_d;
00134 }
00135 
00136 void r_setPDparam(double r_p,double r_d)  //機体角度と目標角度の誤差を埋めるPD制御のパラメータ設定関数
00137 {
00138     Kvr_p=r_p;
00139     Kvr_d=r_d;
00140 }
00141 
00142 void set_r_out(double r)  //旋回時の最大出力値設定関数
00143 {
00144     r_out_max = r;
00145 }
00146 
00147 void set_target_angle(double t)  //機体の目標角度設定関数
00148 {
00149     target_angle = t;
00150 }