Gustavo Gran / Mbed 2 deprecated LQR_No_Integrator_Implicito

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Dependencies:   mbed QEI PTC3471 USBDevice

main.cpp@6:e4b279738a2e, 2019-11-08 (annotated)

Committer:
GustavoGran
Date:
Fri Nov 08 18:18:53 2019 +0000
Revision:
6:e4b279738a2e
Parent:
5:ca75f4b6300c 
Versao sem Integrador

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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"
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lcaepusp 0:f4d8c80475a0 5
GustavoGran 6:e4b279738a2e 6 #define Ts 0.025 //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
GustavoGran 6:e4b279738a2e 40 double th0_f_1 = 0;
GustavoGran 6:e4b279738a2e 41 double th1_f_1 = 0;
GustavoGran 6:e4b279738a2e 42 double th0_f_2 = 0;
GustavoGran 6:e4b279738a2e 43 double th1_f_2 = 0;
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 44
GustavoGran 3:933fafe31262 45 int th0_p = 0; // th0 -> Ângulo do braço
GustavoGran 3:933fafe31262 46 int th1_p = 0; // th1 -> Ângulo do pêndulo
GustavoGran 3:933fafe31262 47 int dth0_p = 0; // dth0 -> Velocidade do braço
GustavoGran 3:933fafe31262 48 int dth1_p = 0;
GustavoGran 4:0a1ba647bce7 49 int phi0_p = 0;
GustavoGran 4:0a1ba647bce7 50 int phi1_p = 0;
GustavoGran 3:933fafe31262 51 int u_p = 0;
GustavoGran 3:933fafe31262 52
GustavoGran 5:ca75f4b6300c 53
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 54 double tau = 5e-2;
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 55
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 56 double th0_a = 0; // Valor de th0 um período de amostragem anterior
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 57 double th1_a = 0; // Valor de th1 um período de amostragem anterior
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 58
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 59 float u=0;
GustavoGran 6:e4b279738a2e 60 float Kc[6] = {-7.419878862059, -18.178566554476, 9.713794094247, 20.761715610881, -2.425140320655, -5.001521706675};
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 61
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 62 void Init(void); // Função de Inicialização
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 63 void Control_Function(void); // Função de flag do controle, a ser chamada pela interrupção
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 64 void Sensor_Read(void); // Função de leitura dos sensores
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 65 void Controle_Algoritmo(void); // Função que implementa o algoritmo de controle escolhido
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 66
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 67 /******************************************************************************/
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 68 /*************************** Corpo de Funções *********************************/
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 69 /******************************************************************************/
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 70
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 71 /*************************** Função Principal *********************************/
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 72 // A main chama todas as inicializações e então aguarda o sinal de que deve
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 73 // realizar controle. Esse sinal é dado pela flag "Controle" e é setada por uma
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 74 // interrupção de tempo.
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 75 //
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 76 // Para garantir a execução imediata do algoritmo de controle nenhum wait deve
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 77 // ser chamado durante a execução do controle e o uso de printfs deve ser
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 78 // esporádico.
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 79 int main() {
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 80
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 81 /*********************************************************************************/
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 82 /** Inicialização do algoritmo de proteção. NUNCA DEVE SER RETIRADO DO PROGRAMA **/
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 83 /**/ wait(5); /**/
GustavoGran 4:0a1ba647bce7 84 /**/ Protecao_Init(&Encoder_Motor, &Control_Interrupt, pi); /**/
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 85 /** Inicialização do algoritmo de proteção. NUNCA DEVE SER RETIRADO DO PROGRAMA **/
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 86 /*********************************************************************************/
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 87
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 88 Init();
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 89 while(1) {
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 90
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 91 if(Flag_Controle){
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 92
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 93 Sensor_Read(); // Executa a leitura dos sensores
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 94 Controle_Algoritmo(); // Execução do seu algoritmo de controle
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 95
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 96 PlotCount++;
GustavoGran 3:933fafe31262 97 if(PlotCount>=10){
GustavoGran 3:933fafe31262 98 // Controla para que o printf ocorra apenas uma vez a cada 10 iterações
GustavoGran 3:933fafe31262 99 th0_p = th0*1000; // th0 -> Ângulo do braço
GustavoGran 3:933fafe31262 100 th1_p = th1*1000; // th1 -> Ângulo do pêndulo
GustavoGran 3:933fafe31262 101 dth0_p = dth0*1000; // dth0 -> Velocidade do braço
GustavoGran 3:933fafe31262 102 dth1_p = dth1*1000;
GustavoGran 4:0a1ba647bce7 103 phi0_p = phi0*1000;
GustavoGran 4:0a1ba647bce7 104 phi1_p = phi1*1000;
GustavoGran 3:933fafe31262 105 u_p = u * 1000;
GustavoGran 3:933fafe31262 106
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 107 PlotCount = 0;
GustavoGran 3:933fafe31262 108 pc.printf("%d\t%d\t%d\t%d\t%d\n\r", th0_p, dth0_p, th1_p, dth1_p, u_p);
GustavoGran 4:0a1ba647bce7 109 //pc.printf("%d\n\r", phi1_p);
GustavoGran 3:933fafe31262 110 //pc.printf("Theta_1: %d, dTheta_1: %d\n\r", th1_p, dth1_p);
GustavoGran 3:933fafe31262 111 //pc.printf("U: %d\n\r", u_p);
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 112
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 113 }
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 114
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 115 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 116 }
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 117 }
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 118 }
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 119
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 120 /************** Função de implementação do algoritmo de controle **************/
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 121 // Nesta função você deve escrever a implementação do algoritmo de controle es-
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 122 // colhido e do algoritmo de estimação das velocidades.
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 123 // Caso necessite acesso a alguma variavel não medida ou alguma cons-
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 124 // tante não definida sinta-se livre para passa-las como argumento, definir
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 125 // como variavel global ou com um #define
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 126 void Controle_Algoritmo(void){
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 127
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 128 dth0 = (th0-th0_a)/Ts; // Calculo das velocidades por backward
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 129 dth1 = (th1-th1_a)/Ts; // É interessante propor outro método
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 130
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 131
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 132 // Filtro (1/tau*s +1) nos derivadas
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 133 dth0_f = (tau/(Ts+tau))*dth0_f + (Ts/(Ts+tau))*dth0;
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 134 dth1_f = (tau/(Ts+tau))*dth1_f + (Ts/(Ts+tau))*dth1;
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 135
lcaepusp 1:e2066df0a7a6 136 /** Inserir Calculo do Sinal de Controle **/
GustavoGran 6:e4b279738a2e 137 u = -(Kc[0]*th0_f + Kc[1]*th1_f + Kc[2]*th0_f_1 + Kc[3]*th1_f_1 + Kc[4]*th0_f_2 + Kc[5]*th1_f_2);
GustavoGran 6:e4b279738a2e 138 //u=0
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 139
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 140 if(u>1)
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 141 u=1;
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 142 if(u<-1)
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 143 u=-1;
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 144
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 145 if(u<0){
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 146 Motor = -u;
lcaepusp 2:61c074362ef1 147 Horario = 1;
lcaepusp 2:61c074362ef1 148 AntiHorario = 0;
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 149 }
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 150 else if(u>0){
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 151 Motor = u;
lcaepusp 2:61c074362ef1 152 Horario = 0;
lcaepusp 2:61c074362ef1 153 AntiHorario = 1;
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 154 }
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 155 else{
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 156 Motor = 0;
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 157 Horario = 0;
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 158 AntiHorario = 0;
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 159 }
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 160
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 161 }
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 162
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 163 /************************* Função de Inicialização *****************************/
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 164 // Esta função concentra todas as inicializações do sistema
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 165 void Init(void){
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 166
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 167 Motor.period(0.0001);
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 168 Horario = 0;
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 169 AntiHorario = 0;
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 170 Motor = 0.0;
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 171 Control_Interrupt.attach(&Control_Function, Ts);
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 172
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 173 }
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 174
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 175 /********************** Função de leitura dos sensores *************************/
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 176 // Cada vez que esta função é chamada deve-se calcular os ângulos e velocidades
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 177 // angulares por algum método conhecido
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 178 void Sensor_Read(void){
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 179
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 180 th0_a=th0;
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 181 th1_a=th1;
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 182
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 183 /** Leituras cruas dos ângulos do encoder **/
lcaepusp 1:e2066df0a7a6 184 phi0 = pi*Encoder_Motor.getPulses()/600.0; // (eventos_lidos/eventos_por_volta)*2*pi = angulo_em_radianos
lcaepusp 1:e2066df0a7a6 185 phi1 = pi*Encoder_Pendulo.getPulses()/1200.0; // (eventos_lidos/eventos_por_volta)*360 = angulo_em_graus
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 186
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 187 th0 = phi0;
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 188 /** 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 189 if(phi1>0) // vertical para baixo esta passa a ser lida como 0º. Porém, para o algoritmo de controle
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 190 th1 = phi1-pi; // funcionar corretamente 0º deve ser o pêndulo na posição vertical para cima. Para
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 191 // garantir que isso aconteça subido o pêndulo no sentido horário ou anti-horário fazemos
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 192 else if(phi1<=0) // th1 = th1-sgn(th1)*pi, onde sgn(x) é o sinal de x.
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 193 th1 = phi1+pi; // Para ficar mais claro o funcionamento destes "if else" plote o sinal de th1 no tera term
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 194
GustavoGran 6:e4b279738a2e 195 th0_f_2 = th0_f_1;
GustavoGran 6:e4b279738a2e 196 th1_f_2 = th1_f_1;
GustavoGran 6:e4b279738a2e 197
GustavoGran 6:e4b279738a2e 198 th0_f_1 = th0_f;
GustavoGran 6:e4b279738a2e 199 th1_f_1 = th1_f;
GustavoGran 6:e4b279738a2e 200
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 201 // Filtro (1/tau*s +1) nos angulos
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 202 th0_f = (tau/(Ts+tau))*th0_f + (Ts/(Ts+tau))*th0;
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 203 th1_f = (tau/(Ts+tau))*th1_f + (Ts/(Ts+tau))*th1;
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 204
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 205 }
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 206
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 207 /**************** Função de flag do algoritmo de controle ******************/
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 208 // Esta função avisa a main quando executar o próximo passo do algoritmo de
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 209 // controle. O uso de uma interrupção para o acionamento da flag garante que
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 210 // haja exatamente Ts segundos entre execuções.
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 211 void Control_Function(void){
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 212
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 213 Flag_Controle = true;
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 214
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 215 }