Gustavo Gran / Mbed 2 deprecated LQR_With_Integrator_Implicito

ver 1

Dependencies:   mbed QEI PTC3471 USBDevice

main.cpp@5:f7f8a848fe6f, 2019-09-27 (annotated)

Committer:
GustavoGran
Date:
Fri Sep 27 18:39:14 2019 +0000
Revision:
5:f7f8a848fe6f
Parent:
4:0a1ba647bce7
Child:
6:f3fae203d0a7
Added an integrator in the contol feedback.; ; There is need to set an integration gain and a reference for the pendulum arm

Who changed what in which revision?

UserRevisionLine numberNew contents of line
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
GustavoGran 3:933fafe31262 41 int th0_p = 0; // th0 -> Ângulo do braço
GustavoGran 3:933fafe31262 42 int th1_p = 0; // th1 -> Ângulo do pêndulo
GustavoGran 3:933fafe31262 43 int dth0_p = 0; // dth0 -> Velocidade do braço
GustavoGran 3:933fafe31262 44 int dth1_p = 0;
GustavoGran 4:0a1ba647bce7 45 int phi0_p = 0;
GustavoGran 4:0a1ba647bce7 46 int phi1_p = 0;
GustavoGran 3:933fafe31262 47 int u_p = 0;
GustavoGran 5:f7f8a848fe6f 48 int countInterrupt = 0;
GustavoGran 3:933fafe31262 49
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 50 double tau = 5e-2;
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 51
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 52 double th0_a = 0; // Valor de th0 um período de amostragem anterior
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 53 double th1_a = 0; // Valor de th1 um período de amostragem anterior
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 54
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 55 float u=0;
GustavoGran 4:0a1ba647bce7 56 float K1=-1.494698e-01;
GustavoGran 4:0a1ba647bce7 57 float K2=-2.820671e+00;
GustavoGran 4:0a1ba647bce7 58 float K3=-1.629279e-01;
GustavoGran 4:0a1ba647bce7 59 float K4=-3.205845e-01;
GustavoGran 5:f7f8a848fe6f 60 float Ki = 0;
GustavoGran 5:f7f8a848fe6f 61 float v = 0;
GustavoGran 5:f7f8a848fe6f 62 float vNext = 0;
GustavoGran 5:f7f8a848fe6f 63 float rBraco = 0;
GustavoGran 5:f7f8a848fe6f 64 float refBracoVal = 0.3;
GustavoGran 5:f7f8a848fe6f 65
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 66
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 67 void Init(void); // Função de Inicialização
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 68 void Control_Function(void); // Função de flag do controle, a ser chamada pela interrupção
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 69 void Sensor_Read(void); // Função de leitura dos sensores
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 70 void Controle_Algoritmo(void); // Função que implementa o algoritmo de controle escolhido
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 71
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 72 /******************************************************************************/
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 73 /*************************** Corpo de Funções *********************************/
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 74 /******************************************************************************/
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 75
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 76 /*************************** Função Principal *********************************/
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 77 // A main chama todas as inicializações e então aguarda o sinal de que deve
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 78 // realizar controle. Esse sinal é dado pela flag "Controle" e é setada por uma
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 79 // interrupção de tempo.
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 80 //
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 81 // Para garantir a execução imediata do algoritmo de controle nenhum wait deve
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 82 // ser chamado durante a execução do controle e o uso de printfs deve ser
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 83 // esporádico.
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 84 int main() {
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 85
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 86 /*********************************************************************************/
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 87 /** Inicialização do algoritmo de proteção. NUNCA DEVE SER RETIRADO DO PROGRAMA **/
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 88 /**/ wait(5); /**/
GustavoGran 4:0a1ba647bce7 89 /**/ Protecao_Init(&Encoder_Motor, &Control_Interrupt, pi); /**/
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 90 /** Inicialização do algoritmo de proteção. NUNCA DEVE SER RETIRADO DO PROGRAMA **/
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 91 /*********************************************************************************/
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 92
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 93 Init();
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 94 while(1) {
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 95
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 96 if(Flag_Controle){
GustavoGran 5:f7f8a848fe6f 97 if (countInterrupt>=1000){
GustavoGran 5:f7f8a848fe6f 98 rBraco=refBracoVal;
GustavoGran 5:f7f8a848fe6f 99 }
GustavoGran 5:f7f8a848fe6f 100 if (countInterrupt>=2000){
GustavoGran 5:f7f8a848fe6f 101 rBraco=-refBracoVal;
GustavoGran 5:f7f8a848fe6f 102 countInterrupt = 0;
GustavoGran 5:f7f8a848fe6f 103 }
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 104 Sensor_Read(); // Executa a leitura dos sensores
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 105 Controle_Algoritmo(); // Execução do seu algoritmo de controle
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 106
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 107 PlotCount++;
GustavoGran 3:933fafe31262 108 if(PlotCount>=10){
GustavoGran 3:933fafe31262 109 // Controla para que o printf ocorra apenas uma vez a cada 10 iterações
GustavoGran 3:933fafe31262 110 th0_p = th0*1000; // th0 -> Ângulo do braço
GustavoGran 3:933fafe31262 111 th1_p = th1*1000; // th1 -> Ângulo do pêndulo
GustavoGran 3:933fafe31262 112 dth0_p = dth0*1000; // dth0 -> Velocidade do braço
GustavoGran 3:933fafe31262 113 dth1_p = dth1*1000;
GustavoGran 4:0a1ba647bce7 114 phi0_p = phi0*1000;
GustavoGran 4:0a1ba647bce7 115 phi1_p = phi1*1000;
GustavoGran 3:933fafe31262 116 u_p = u * 1000;
GustavoGran 3:933fafe31262 117
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 118 PlotCount = 0;
GustavoGran 3:933fafe31262 119 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 120 //pc.printf("%d\n\r", phi1_p);
GustavoGran 3:933fafe31262 121 //pc.printf("Theta_1: %d, dTheta_1: %d\n\r", th1_p, dth1_p);
GustavoGran 3:933fafe31262 122 //pc.printf("U: %d\n\r", u_p);
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 123
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 124 }
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 125
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 126 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 127 }
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 128 }
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 129 }
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 130
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 131 /************** Função de implementação do algoritmo de controle **************/
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 132 // Nesta função você deve escrever a implementação do algoritmo de controle es-
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 133 // colhido e do algoritmo de estimação das velocidades.
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 134 // Caso necessite acesso a alguma variavel não medida ou alguma cons-
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 135 // tante não definida sinta-se livre para passa-las como argumento, definir
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 136 // como variavel global ou com um #define
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 137 void Controle_Algoritmo(void){
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 138
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 139 dth0 = (th0-th0_a)/Ts; // Calculo das velocidades por backward
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 140 dth1 = (th1-th1_a)/Ts; // É interessante propor outro método
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 141
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 142
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 143 // Filtro (1/tau*s +1) nos derivadas
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 144 dth0_f = (tau/(Ts+tau))*dth0_f + (Ts/(Ts+tau))*dth0;
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 145 dth1_f = (tau/(Ts+tau))*dth1_f + (Ts/(Ts+tau))*dth1;
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 146
lcaepusp 1:e2066df0a7a6 147 /** Inserir Calculo do Sinal de Controle **/
GustavoGran 5:f7f8a848fe6f 148 v = vNext;
GustavoGran 5:f7f8a848fe6f 149 u = -(K1*th0_f + K2*th1_f + K3*dth0_f + K4*dth1_f + Ki*v);
GustavoGran 5:f7f8a848fe6f 150 vNext = v + rBraco - th0_f;
GustavoGran 4:0a1ba647bce7 151 //u=0;
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 152
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 153 if(u>1)
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 154 u=1;
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 155 if(u<-1)
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 156 u=-1;
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 157
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 158 if(u<0){
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 159 Motor = -u;
lcaepusp 2:61c074362ef1 160 Horario = 1;
lcaepusp 2:61c074362ef1 161 AntiHorario = 0;
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 162 }
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 163 else if(u>0){
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 164 Motor = u;
lcaepusp 2:61c074362ef1 165 Horario = 0;
lcaepusp 2:61c074362ef1 166 AntiHorario = 1;
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 167 }
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 168 else{
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 169 Motor = 0;
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 170 Horario = 0;
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 171 AntiHorario = 0;
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 172 }
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 173
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 174 }
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 175
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 176 /************************* Função de Inicialização *****************************/
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 177 // Esta função concentra todas as inicializações do sistema
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 178 void Init(void){
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 179
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 180 Motor.period(0.0001);
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 181 Horario = 0;
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 182 AntiHorario = 0;
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 183 Motor = 0.0;
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 184 Control_Interrupt.attach(&Control_Function, Ts);
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 185
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 186 }
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 187
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 188 /********************** Função de leitura dos sensores *************************/
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 189 // Cada vez que esta função é chamada deve-se calcular os ângulos e velocidades
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 190 // angulares por algum método conhecido
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 191 void Sensor_Read(void){
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 192
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 193 th0_a=th0;
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 194 th1_a=th1;
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 195
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 196 /** Leituras cruas dos ângulos do encoder **/
lcaepusp 1:e2066df0a7a6 197 phi0 = pi*Encoder_Motor.getPulses()/600.0; // (eventos_lidos/eventos_por_volta)*2*pi = angulo_em_radianos
lcaepusp 1:e2066df0a7a6 198 phi1 = pi*Encoder_Pendulo.getPulses()/1200.0; // (eventos_lidos/eventos_por_volta)*360 = angulo_em_graus
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 199
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 200 th0 = phi0;
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 201 /** 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 202 if(phi1>0) // vertical para baixo esta passa a ser lida como 0º. Porém, para o algoritmo de controle
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 203 th1 = phi1-pi; // funcionar corretamente 0º deve ser o pêndulo na posição vertical para cima. Para
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 204 // garantir que isso aconteça subido o pêndulo no sentido horário ou anti-horário fazemos
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 205 else if(phi1<=0) // th1 = th1-sgn(th1)*pi, onde sgn(x) é o sinal de x.
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 206 th1 = phi1+pi; // Para ficar mais claro o funcionamento destes "if else" plote o sinal de th1 no tera term
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 207
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 208 // Filtro (1/tau*s +1) nos angulos
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 209 th0_f = (tau/(Ts+tau))*th0_f + (Ts/(Ts+tau))*th0;
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 210 th1_f = (tau/(Ts+tau))*th1_f + (Ts/(Ts+tau))*th1;
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 211
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 212 }
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 213
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 214 /**************** Função de flag do algoritmo de controle ******************/
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 215 // Esta função avisa a main quando executar o próximo passo do algoritmo de
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 216 // controle. O uso de uma interrupção para o acionamento da flag garante que
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 217 // haja exatamente Ts segundos entre execuções.
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 218 void Control_Function(void){
GustavoGran 5:f7f8a848fe6f 219 countInterrupt=countInterrupt+1;
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 220 Flag_Controle = true;
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 221
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 222 }