Gustavo Gran / Mbed 2 deprecated LQR_With_Integrator_Implicito

ver 1

Dependencies:   mbed QEI PTC3471 USBDevice

main.cpp@7:e7cd972393d8, 2019-11-08 (annotated)

Committer:
GustavoGran
Date:
Fri Nov 08 18:12:59 2019 +0000
Revision:
7:e7cd972393d8
Parent:
6:f3fae203d0a7 
Versao 1 -  Adicionamos o Integrador com referencia variavel

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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
GustavoGran 7:e7cd972393d8 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 7:e7cd972393d8 40 double th0_f_1 = 0;
GustavoGran 7:e7cd972393d8 41 double th1_f_1 = 0;
GustavoGran 7:e7cd972393d8 42 double th0_f_2 = 0;
GustavoGran 7:e7cd972393d8 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 5:f7f8a848fe6f 52 int countInterrupt = 0;
GustavoGran 3:933fafe31262 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 7:e7cd972393d8 60 //1)float Kc[6] = {-8.543577854910, -19.208421295822, 11.138274014683, 21.964973574347, -2.777217871809, -5.293135981137};
GustavoGran 7:e7cd972393d8 61 //1)float Ki=-1.683953e-03;
GustavoGran 7:e7cd972393d8 62
GustavoGran 7:e7cd972393d8 63 float Kc[6] = {-8.273809779163, -18.951802594041, 10.792122644776, 21.665142029349, -2.691366775102, -5.220463329945};
GustavoGran 7:e7cd972393d8 64 float Ki=-1.686729e-03;
GustavoGran 7:e7cd972393d8 65
GustavoGran 7:e7cd972393d8 66 //float Kc[6] = {-7.630529531494, -18.360961356689, 9.976207896704, 20.974809690121, -2.489669704209, -5.053156629986};
GustavoGran 7:e7cd972393d8 67 //float Ki=-7.569496e-04;
GustavoGran 7:e7cd972393d8 68
GustavoGran 5:f7f8a848fe6f 69 float v = 0;
GustavoGran 5:f7f8a848fe6f 70 float vNext = 0;
GustavoGran 5:f7f8a848fe6f 71 float rBraco = 0;
GustavoGran 7:e7cd972393d8 72 float refBracoVal = 45*(pi/180);
GustavoGran 7:e7cd972393d8 73 //float refBracoVal = 0.6
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 74
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 75 void Init(void); // Função de Inicialização
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 76 void Control_Function(void); // Função de flag do controle, a ser chamada pela interrupção
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 77 void Sensor_Read(void); // Função de leitura dos sensores
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 78 void Controle_Algoritmo(void); // Função que implementa o algoritmo de controle escolhido
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 79
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 80 /******************************************************************************/
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 81 /*************************** Corpo de Funções *********************************/
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 82 /******************************************************************************/
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 83
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 84 /*************************** Função Principal *********************************/
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 85 // A main chama todas as inicializações e então aguarda o sinal de que deve
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 86 // realizar controle. Esse sinal é dado pela flag "Controle" e é setada por uma
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 87 // interrupção de tempo.
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 88 //
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 89 // Para garantir a execução imediata do algoritmo de controle nenhum wait deve
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 90 // ser chamado durante a execução do controle e o uso de printfs deve ser
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 91 // esporádico.
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 92 int main() {
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 93
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 94 /*********************************************************************************/
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 95 /** Inicialização do algoritmo de proteção. NUNCA DEVE SER RETIRADO DO PROGRAMA **/
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 96 /**/ wait(5); /**/
GustavoGran 4:0a1ba647bce7 97 /**/ Protecao_Init(&Encoder_Motor, &Control_Interrupt, pi); /**/
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 98 /** Inicialização do algoritmo de proteção. NUNCA DEVE SER RETIRADO DO PROGRAMA **/
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 99 /*********************************************************************************/
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 100
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 101 Init();
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 102 while(1) {
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 103
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 104 if(Flag_Controle){
GustavoGran 7:e7cd972393d8 105 if (countInterrupt>=600 && countInterrupt < 1200){
GustavoGran 7:e7cd972393d8 106 rBraco = refBracoVal;
GustavoGran 5:f7f8a848fe6f 107 }
GustavoGran 7:e7cd972393d8 108 else if (countInterrupt>=1200){
GustavoGran 7:e7cd972393d8 109 rBraco = -1*refBracoVal;
GustavoGran 5:f7f8a848fe6f 110 countInterrupt = 0;
GustavoGran 5:f7f8a848fe6f 111 }
GustavoGran 7:e7cd972393d8 112
GustavoGran 7:e7cd972393d8 113 // rBraco = refBracoVal;
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 114 Sensor_Read(); // Executa a leitura dos sensores
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 115 Controle_Algoritmo(); // Execução do seu algoritmo de controle
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 116
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 117 PlotCount++;
GustavoGran 3:933fafe31262 118 if(PlotCount>=10){
GustavoGran 3:933fafe31262 119 // Controla para que o printf ocorra apenas uma vez a cada 10 iterações
GustavoGran 3:933fafe31262 120 th0_p = th0*1000; // th0 -> Ângulo do braço
GustavoGran 3:933fafe31262 121 th1_p = th1*1000; // th1 -> Ângulo do pêndulo
GustavoGran 3:933fafe31262 122 dth0_p = dth0*1000; // dth0 -> Velocidade do braço
GustavoGran 3:933fafe31262 123 dth1_p = dth1*1000;
GustavoGran 4:0a1ba647bce7 124 phi0_p = phi0*1000;
GustavoGran 4:0a1ba647bce7 125 phi1_p = phi1*1000;
GustavoGran 3:933fafe31262 126 u_p = u * 1000;
GustavoGran 3:933fafe31262 127
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 128 PlotCount = 0;
GustavoGran 3:933fafe31262 129 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 130 //pc.printf("%d\n\r", phi1_p);
GustavoGran 3:933fafe31262 131 //pc.printf("Theta_1: %d, dTheta_1: %d\n\r", th1_p, dth1_p);
GustavoGran 3:933fafe31262 132 //pc.printf("U: %d\n\r", u_p);
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 133 }
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 134
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 135 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 136 }
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 137 }
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 138 }
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 139
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 140 /************** Função de implementação do algoritmo de controle **************/
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 141 // Nesta função você deve escrever a implementação do algoritmo de controle es-
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 142 // colhido e do algoritmo de estimação das velocidades.
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 143 // Caso necessite acesso a alguma variavel não medida ou alguma cons-
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 144 // tante não definida sinta-se livre para passa-las como argumento, definir
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 145 // como variavel global ou com um #define
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 146 void Controle_Algoritmo(void){
GustavoGran 7:e7cd972393d8 147 //
GustavoGran 7:e7cd972393d8 148 // dth0 = (th0-th0_a)/Ts; // Calculo das velocidades por backward
GustavoGran 7:e7cd972393d8 149 // dth1 = (th1-th1_a)/Ts; // É interessante propor outro método
GustavoGran 7:e7cd972393d8 150 //
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 151
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 152 // Filtro (1/tau*s +1) nos derivadas
GustavoGran 7:e7cd972393d8 153 // dth0_f = (tau/(Ts+tau))*dth0_f + (Ts/(Ts+tau))*dth0;
GustavoGran 7:e7cd972393d8 154 // dth1_f = (tau/(Ts+tau))*dth1_f + (Ts/(Ts+tau))*dth1;
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 155
lcaepusp 1:e2066df0a7a6 156 /** Inserir Calculo do Sinal de Controle **/
GustavoGran 5:f7f8a848fe6f 157 v = vNext;
GustavoGran 7:e7cd972393d8 158 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) + Ki*v;
GustavoGran 5:f7f8a848fe6f 159 vNext = v + rBraco - th0_f;
GustavoGran 4:0a1ba647bce7 160 //u=0;
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 161
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 162 if(u>1)
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 163 u=1;
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 164 if(u<-1)
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 165 u=-1;
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 166
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 167 if(u<0){
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 168 Motor = -u;
lcaepusp 2:61c074362ef1 169 Horario = 1;
lcaepusp 2:61c074362ef1 170 AntiHorario = 0;
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 171 }
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 172 else if(u>0){
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 173 Motor = u;
lcaepusp 2:61c074362ef1 174 Horario = 0;
lcaepusp 2:61c074362ef1 175 AntiHorario = 1;
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 176 }
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 177 else{
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 178 Motor = 0;
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 179 Horario = 0;
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 180 AntiHorario = 0;
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 181 }
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 182
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 183 }
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 184
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 185 /************************* Função de Inicialização *****************************/
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 186 // Esta função concentra todas as inicializações do sistema
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 187 void Init(void){
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 188
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 189 Motor.period(0.0001);
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 190 Horario = 0;
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 191 AntiHorario = 0;
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 192 Motor = 0.0;
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 193 Control_Interrupt.attach(&Control_Function, Ts);
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 194
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 195 }
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 196
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 197 /********************** Função de leitura dos sensores *************************/
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 198 // Cada vez que esta função é chamada deve-se calcular os ângulos e velocidades
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 199 // angulares por algum método conhecido
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 200 void Sensor_Read(void){
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 201
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 202 th0_a=th0;
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 203 th1_a=th1;
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 204
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 205 /** Leituras cruas dos ângulos do encoder **/
lcaepusp 1:e2066df0a7a6 206 phi0 = pi*Encoder_Motor.getPulses()/600.0; // (eventos_lidos/eventos_por_volta)*2*pi = angulo_em_radianos
lcaepusp 1:e2066df0a7a6 207 phi1 = pi*Encoder_Pendulo.getPulses()/1200.0; // (eventos_lidos/eventos_por_volta)*360 = angulo_em_graus
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 208
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 209 th0 = phi0;
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 210 /** 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 211 if(phi1>0) // vertical para baixo esta passa a ser lida como 0º. Porém, para o algoritmo de controle
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 212 th1 = phi1-pi; // funcionar corretamente 0º deve ser o pêndulo na posição vertical para cima. Para
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 213 // garantir que isso aconteça subido o pêndulo no sentido horário ou anti-horário fazemos
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 214 else if(phi1<=0) // th1 = th1-sgn(th1)*pi, onde sgn(x) é o sinal de x.
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 215 th1 = phi1+pi; // Para ficar mais claro o funcionamento destes "if else" plote o sinal de th1 no tera term
GustavoGran 7:e7cd972393d8 216
GustavoGran 7:e7cd972393d8 217 th0_f_2 = th0_f_1;
GustavoGran 7:e7cd972393d8 218 th1_f_2 = th1_f_1;
GustavoGran 7:e7cd972393d8 219
GustavoGran 7:e7cd972393d8 220 th0_f_1 = th0_f;
GustavoGran 7:e7cd972393d8 221 th1_f_1 = th1_f;
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 222
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 223 // Filtro (1/tau*s +1) nos angulos
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 224 th0_f = (tau/(Ts+tau))*th0_f + (Ts/(Ts+tau))*th0;
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 225 th1_f = (tau/(Ts+tau))*th1_f + (Ts/(Ts+tau))*th1;
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 226
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 227 }
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 228
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 229 /**************** Função de flag do algoritmo de controle ******************/
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 230 // Esta função avisa a main quando executar o próximo passo do algoritmo de
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 231 // controle. O uso de uma interrupção para o acionamento da flag garante que
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 232 // haja exatamente Ts segundos entre execuções.
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 233 void Control_Function(void){
GustavoGran 7:e7cd972393d8 234 countInterrupt +=1;
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 235 Flag_Controle = true;
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 236 }