Gustavo Gran / Mbed 2 deprecated LQR_No_Integrator_Implicito

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Dependencies:   mbed QEI PTC3471 USBDevice

main.cpp@2:61c074362ef1, 2018-08-16 (annotated)

Committer:
lcaepusp
Date:
Thu Aug 16 13:40:52 2018 +0000
Revision:
2:61c074362ef1
Parent:
1:e2066df0a7a6
Child:
3:933fafe31262
Template PTC3471 2018 - Novo sentido de rota??o do bra?o

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lcaepusp 0:f4d8c80475a0 1 #include "mbed.h"
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 2 #include "QEI.h"
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 3 #include "USBSerial.h"
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 4 #include "PTC3471.h"
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 5
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 6 #define Ts 0.01 //periodo de amostragem
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 7 #define pi 3.14159
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 8
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 9 /******************************************************************************/
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 10 /**************** Definição de Variaveis, Objetos e Funções ******************/
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 11 /******************************************************************************/
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 12
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 13 USBSerial pc; // Objeto de comunicação serial com o TeraTerm
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 14
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 15 Ticker Control_Interrupt; // Interrupção de Tempo para acionamento do algoritmo de controle
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 16
lcaepusp 2:61c074362ef1 17 //QEI Encoder_Motor (PTD0,PTB17,NC, 300, QEI::X4_ENCODING); // Objeto de leitura do encoder do motor
lcaepusp 2:61c074362ef1 18 QEI Encoder_Motor (PTB17,PTD0,NC, 300, QEI::X4_ENCODING); // Objeto de leitura do encoder do motor
lcaepusp 1:e2066df0a7a6 19 QEI Encoder_Pendulo (PTA12,PTA13,NC, 600, QEI::X4_ENCODING); // Objeto de leitura do encoder do pêndulo
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 20
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 21 DigitalOut Horario(PTC1); // DigitalOut que sinaliza se deve virar o motor no sentido horário
lcaepusp 1:e2066df0a7a6 22 DigitalOut AntiHorario(PTD5); // // DigitalOut que sinaliza se deve virar o motor no sentido anti-horário
lcaepusp 1:e2066df0a7a6 23 PwmOut Motor(PTD6); // // AnalogOut (PWM) que indica de 0 a 1 qual o módulo da tensão sobre o motor
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 24
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 25 bool Flag_Controle = false;
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 26 int PlotCount = 0;
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 27
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 28 double phi0 = 0; // phi0 -> Ângulo lido pelo Encoder_Braco
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 29 double phi1 = 0; // phi1 -> Ângulo lido pelo Encoder_Pendulo
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 30
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 31 double th0 = 0; // th0 -> Ângulo do braço
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 32 double th1 = 0; // th1 -> Ângulo do pêndulo
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 33 double dth0 = 0; // dth0 -> Velocidade do braço
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 34 double dth1 = 0; // dth1 -> Velocidade do pêndulo
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 35
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 36 double th0_f = 0; // th0 -> Ângulo do braço
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 37 double th1_f = 0; // th1 -> Ângulo do pêndulo
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 38 double dth0_f = 0; // dth0 -> Velocidade do braço
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 39 double dth1_f = 0; // dth1 -> Velocidade do pêndulo
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 40
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 41 double tau = 5e-2;
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 42
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 43 double th0_a = 0; // Valor de th0 um período de amostragem anterior
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 44 double th1_a = 0; // Valor de th1 um período de amostragem anterior
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 45
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 46 float u=0;
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 47
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 48 void Init(void); // Função de Inicialização
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 49 void Control_Function(void); // Função de flag do controle, a ser chamada pela interrupção
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 50 void Sensor_Read(void); // Função de leitura dos sensores
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 51 void Controle_Algoritmo(void); // Função que implementa o algoritmo de controle escolhido
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 52
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 53 /******************************************************************************/
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 54 /*************************** Corpo de Funções *********************************/
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 55 /******************************************************************************/
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 56
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 57 /*************************** Função Principal *********************************/
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 58 // A main chama todas as inicializações e então aguarda o sinal de que deve
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 59 // realizar controle. Esse sinal é dado pela flag "Controle" e é setada por uma
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 60 // interrupção de tempo.
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 61 //
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 62 // Para garantir a execução imediata do algoritmo de controle nenhum wait deve
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 63 // ser chamado durante a execução do controle e o uso de printfs deve ser
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 64 // esporádico.
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 65 int main() {
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 66
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 67 /*********************************************************************************/
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 68 /** Inicialização do algoritmo de proteção. NUNCA DEVE SER RETIRADO DO PROGRAMA **/
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 69 /**/ wait(5); /**/
lcaepusp 1:e2066df0a7a6 70 /**/ Protecao_Init(&Encoder_Motor, &Control_Interrupt, pi); /**/
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 71 /** Inicialização do algoritmo de proteção. NUNCA DEVE SER RETIRADO DO PROGRAMA **/
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 72 /*********************************************************************************/
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 73
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 74 Init();
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 75 while(1) {
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 76
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 77 if(Flag_Controle){
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 78
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 79 Sensor_Read(); // Executa a leitura dos sensores
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 80 Controle_Algoritmo(); // Execução do seu algoritmo de controle
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 81
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 82 PlotCount++;
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 83 if(PlotCount>=100){ // Controla para que o printf ocorra apenas uma vez a cada 10 iterações
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 84
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 85 PlotCount = 0;
lcaepusp 1:e2066df0a7a6 86 pc.printf("Theta_0: %f, dTheta_0: %f\n\r", th0*180/pi, dth0*180/pi);
lcaepusp 1:e2066df0a7a6 87 pc.printf("Theta_1: %f, dTheta_1: %f\n\r", th1*180/pi, dth1*180/pi);
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 88
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 89 }
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 90
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 91 Flag_Controle = false; // Sinaliza que deve-se esperar o próximo sinal da interrupção de tempo para executar o próximo passo de controle
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 92 }
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 93 }
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 94 }
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 95
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 96 /************** Função de implementação do algoritmo de controle **************/
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 97 // Nesta função você deve escrever a implementação do algoritmo de controle es-
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 98 // colhido e do algoritmo de estimação das velocidades.
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 99 // Caso necessite acesso a alguma variavel não medida ou alguma cons-
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 100 // tante não definida sinta-se livre para passa-las como argumento, definir
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 101 // como variavel global ou com um #define
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 102 void Controle_Algoritmo(void){
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 103
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 104 dth0 = (th0-th0_a)/Ts; // Calculo das velocidades por backward
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 105 dth1 = (th1-th1_a)/Ts; // É interessante propor outro método
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 106
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 107
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 108 // Filtro (1/tau*s +1) nos derivadas
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 109 dth0_f = (tau/(Ts+tau))*dth0_f + (Ts/(Ts+tau))*dth0;
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 110 dth1_f = (tau/(Ts+tau))*dth1_f + (Ts/(Ts+tau))*dth1;
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 111
lcaepusp 1:e2066df0a7a6 112 /** Inserir Calculo do Sinal de Controle **/
lcaepusp 1:e2066df0a7a6 113 u = 0;
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 114
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 115
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 116 if(u>1)
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 117 u=1;
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 118 if(u<-1)
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 119 u=-1;
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 120
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 121 if(u<0){
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 122 Motor = -u;
lcaepusp 2:61c074362ef1 123 Horario = 1;
lcaepusp 2:61c074362ef1 124 AntiHorario = 0;
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 125 }
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 126 else if(u>0){
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 127 Motor = u;
lcaepusp 2:61c074362ef1 128 Horario = 0;
lcaepusp 2:61c074362ef1 129 AntiHorario = 1;
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 130 }
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 131 else{
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 132 Motor = 0;
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 133 Horario = 0;
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 134 AntiHorario = 0;
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 135 }
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 136
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 137 }
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 138
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 139 /************************* Função de Inicialização *****************************/
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 140 // Esta função concentra todas as inicializações do sistema
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 141 void Init(void){
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 142
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 143 Motor.period(0.0001);
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 144 Horario = 0;
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 145 AntiHorario = 0;
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 146 Motor = 0.0;
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 147 Control_Interrupt.attach(&Control_Function, Ts);
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 148
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 149 }
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 150
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 151 /********************** Função de leitura dos sensores *************************/
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 152 // Cada vez que esta função é chamada deve-se calcular os ângulos e velocidades
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 153 // angulares por algum método conhecido
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 154 void Sensor_Read(void){
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 155
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 156 th0_a=th0;
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 157 th1_a=th1;
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 158
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 159 /** Leituras cruas dos ângulos do encoder **/
lcaepusp 1:e2066df0a7a6 160 phi0 = pi*Encoder_Motor.getPulses()/600.0; // (eventos_lidos/eventos_por_volta)*2*pi = angulo_em_radianos
lcaepusp 1:e2066df0a7a6 161 phi1 = pi*Encoder_Pendulo.getPulses()/1200.0; // (eventos_lidos/eventos_por_volta)*360 = angulo_em_graus
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 162
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 163 th0 = phi0;
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 164 /** Tratamento do ângulo lido para ser zero na vertical para cima **/ // Como o encoder é incremental quando inicializamos o programa com o pêndulo na posição
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 165 if(phi1>0) // vertical para baixo esta passa a ser lida como 0º. Porém, para o algoritmo de controle
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 166 th1 = phi1-pi; // funcionar corretamente 0º deve ser o pêndulo na posição vertical para cima. Para
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 167 // garantir que isso aconteça subido o pêndulo no sentido horário ou anti-horário fazemos
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 168 else if(phi1<=0) // th1 = th1-sgn(th1)*pi, onde sgn(x) é o sinal de x.
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 169 th1 = phi1+pi; // Para ficar mais claro o funcionamento destes "if else" plote o sinal de th1 no tera term
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 170
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 171 // Filtro (1/tau*s +1) nos angulos
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 172 th0_f = (tau/(Ts+tau))*th0_f + (Ts/(Ts+tau))*th0;
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 173 th1_f = (tau/(Ts+tau))*th1_f + (Ts/(Ts+tau))*th1;
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 174
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 175 }
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 176
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 177 /**************** Função de flag do algoritmo de controle ******************/
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 178 // Esta função avisa a main quando executar o próximo passo do algoritmo de
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 179 // controle. O uso de uma interrupção para o acionamento da flag garante que
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 180 // haja exatamente Ts segundos entre execuções.
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 181 void Control_Function(void){
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 182
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 183 Flag_Controle = true;
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 184
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 185 }