Kosaka Lab
auto tracking car
Diff: controller.cpp
- Revision:
- 0:2af3980d8cc8
--- /dev/null Thu Jan 01 00:00:00 1970 +0000
+++ b/controller.cpp Tue Jun 14 03:12:50 2016 +0000
@@ -0,0 +1,185 @@
+// controller.cpp: 制御器
+#include "mbed.h" // mbedマイコンではstdio.hに相当
+//#include "QEI.h" // エンコーダ用ライブラリを使用
+
+#include "controller.h" // controller.cpp: モータ制御器（位置制御、電流制御）
+PwmOut pwm0p(p21); // IN1 of TA7291P for right wheel
+PwmOut pwm0m(p22); // IN2 of TA7291P for right wheel
+PwmOut pwm1p(p23); // IN1 of TA7291P for left wheel
+PwmOut pwm1m(p24); // IN2 of TA7291P for left wheel
+unsigned char fReverse[2]; // モータ逆回転フラグ：回転方向が順方向のとき0、逆方向のとき1。[0]が現在の値、[1]はその前の値 reverse direction?
+
+Serial pc(USBTX, USBRX); // PCのモニタ上のtera termに文字を表示する宣言
+
+controller_parameters K[2]; // 速度制御メインループの定数、変数
+float volt[2]; // モータへの入力電圧
+AnalogOut analog_out(DA_PORT); // デバッグ用DA(アナログ信号をDA_PORTに出力)
+
+unsigned long _countTS0; // TS0[s]ごとのカウント数
+float _time; // [s], プログラム開始時からの経過時間
+float debug[20]; // デバッグ用変数
+DigitalOut led1(LED1); // mbedマイコンのLED1を点灯
+DigitalOut led2(LED2); // mbedマイコンのLED2を点灯
+DigitalOut led3(LED3); // mbedマイコンのLED3を点灯
+DigitalOut led4(LED4); // mbedマイコンのLED4を点灯
+
+
+float data[1000][5]; // PC上のmbed USB ディスクにセーブするデータ memory to save data offline instead of "online fprintf".
+unsigned short _countTS3=0;
+
+DigitalOut debug_p26(p26); // p17 for debug
+DigitalOut debug_p25(p25); // p17 for debug
+
+// PIDゲイン
+float Kp[2], Ki[2], Kd[2];
+#define vMAX 3.3 // [V], モータ入力電圧の最大値（超えるとこの値に制限する）
+
+void init_parameters(){
+// 制御器の初期値の設定
+// 親関数： main()
+// 子関数： なし
+ // 制御器0（人の距離）のPIDゲイン
+ Kp[0] = 1;
+ Ki[0] = 0;
+ Kd[0] = 0;
+ // 制御器1（人の向き）のPIDゲイン
+ Kp[1] = 1;
+ Ki[1] = 0;
+ Kd[1] = 0;
+
+ K[0].y = K[1].y = 0; // K[1].yは人の距離[m]、K[1].yは人の向き[deg]
+ K[0].r = 1; // [m], 人の距離の目標値
+ K[0].r = 0; // [deg], 人の向きの目標値
+ K[0].u = K[1].u =0; // 制御入力
+ K[0].eI= K[1].eI=0; // eの積分値
+ K[0].e_old = K[1].e_old =0; // 1サンプル過去の偏差e
+ K[0].eI_old = K[1].eI_old =0; // 1サンプル過去の偏差の積分値eI
+ volt[0] = volt[1] = 0; // [V], モータ入力電圧
+}
+
+
+void controller(){
+// 速度制御メインループ、サンプル時間TS1秒
+// 親関数： timerTS0()
+// 子関数： PID(), v2Hbridge0()
+ void PID(int i), v2Hbridge(int i);
+ int i, f_aw;
+
+ K[0].y = 1; // [m], 人の距離koko
+ K[1].y = 0; // [deg], 人の向きkoko
+
+ PID(0); // 人の距離の制御器
+ PID(1); // 人の向きの制御器
+
+ volt[0] = K[0].u + K[1].u; // 右車輪のモータへの電圧
+ volt[1] = K[0].u - K[1].u; // 左車輪のモータへの電圧
+
+ // アンチワインドアップ：制御入力が飽和したとき積分項eIを減衰させる anti-windup: if u=v_ref is saturated, then reduce eI.
+ f_aw = 0;
+ for(i=0;i<2;i++){
+ if( volt[i] > vMAX ){ // モータ入力電圧がvMAXを超えたとき
+ volt[i] = vMAX; // 電圧をvMAXにする
+ f_aw = 1;
+ }else if( volt[i] < -vMAX ){ // モータ入力電圧が-vMAXを超えたとき
+ volt[1] = -vMAX; // 電圧を-vMAXにする
+ f_aw = 1;
+ }
+ }
+ if( f_aw ){
+ K[0].eI = K[0].eI_old; // 積分しなかったことにする
+ K[1].eI = K[1].eI_old;
+ }
+
+ v2Hbridge(0); // モータ０への入力電圧をPWMにしてHbridgeに出力 volt. to Hbridge
+ v2Hbridge(1); // モータ１への入力電圧をPWMにしてHbridgeに出力 volt. to Hbridge
+}
+
+
+void PID(int i){
+// 制御器：偏差eが入力され、制御入力（モータ電圧）uを出力
+// 入力：出力 K[i].y, 目標値 K[i].r, PID制御積分項 K[i].eI, サンプル時間 TS1 [s]
+// 出力：制御入力（モータ電圧） K[i].u [V]
+ float e, ed;
+
+ e = K[i].r - K[i].y; // 偏差 e の計算
+
+ K[i].eI = K[i].eI + TS1*e; // e の積分値の計算
+ K[i].eI_old = K[i].eI; // eIの1サンプル過去の値を更新
+
+ ed = (e-K[i].e_old)/TS1; // e の微分値の計算
+ K[i].e_old = e; // e の1サンプル過去の値を更新
+
+ K[i].u = Kp[i]*e + Ki[i]*K[i].eI + Kd[i]*ed; // ＰＩＤ制御器の出力を計算
+}
+
+void v2Hbridge(int i){
+// 指令電圧vより、PWM関数pwm_out()のパラメータ（dutyとフラグ）をセット。
+// 親関数： timerTS0()
+// 子関数： なし
+// 入力：電圧指令 p.v [V]
+// 出力：フルブリッジのfwdIN, rvsIN用duty,
+// デッドタイムフラグfDeadtime, モータ逆回転フラグfReverse[i]
+ float duty; // 0-1, PWMデューティ duty of H bridge
+
+ duty = volt[i]/vMAX; // 指令電圧p.vの値を最大電圧vMAXで割って-1～1にしてdutyに代入
+ if( duty>=0 ){ // dutyがプラスでモータが順回転のとき
+ if( fReverse[i]==1 ){ // モータが逆回転から順回転に切り替ったとき
+ if( i==0 ){ pwm0p = 0; pwm0m = 0; // デッドタイム作成
+ }else{ pwm1p = 0; pwm1m = 0;
+ }
+ wait(TS1/10); // make デッドタイム
+ }
+ fReverse[i] = 0; // 逆回転フラグをオフにする
+ if( i==0 ){ pwm0p = duty; pwm0m = 0; // dutyをPWM関数pwm_out()に渡す
+ }else{ pwm1p = duty; pwm1m = 0;
+ }
+ }else{ // dutyがマイナスでモータが逆回転のとき
+ if( fReverse[i]==0 ){ // モータが順回転から逆回転に切り替ったとき
+ if( i==0 ){ pwm0p = 0; pwm0m = 0; // デッドタイム作成
+ }else{ pwm1p = 0; pwm1m = 0;
+ }
+ wait(TS1/10); // make デッドタイム
+ }
+ fReverse[i] = 1; // 逆回転フラグをオンにする
+ if( i==0 ){ pwm0p = 0; pwm0m = -duty; // dutyをPWM関数pwm_out()に渡す
+ }else{ pwm1p = 0; pwm1m = -duty; // dutyをPWM関数pwm_out()に渡す
+ }
+ }
+}
+
+
+void data2mbedUSB(){ // PC上のmbed USB ディスクにセーブするためのデータをTS3[s]ごとに代入 save data to mbed USB drive
+ if( _countTS3<1000 ){ // データ数が1,000の5種類のデータをメモリーに貯める
+ data[_countTS3][0]= debug[0];
+ data[_countTS3][1]= debug[1];
+ data[_countTS3][2]= K[0].y;
+ data[_countTS3][3]= K[1].y;
+ data[_countTS3][4]= _countTS0*TS0;
+ _countTS3++;
+ }
+}
+void timerTS0(){ // タイマーtimerTS0()はTS0[s]ごとにコールされる timer called every TS0[s].
+// debug_p26 = 1;
+ _countTS0++; // カウンターに1足す
+ _time += TS0; // 現在の時間にTS0[s]足す
+
+ controller(); // 制御器
+// debug_p26 = 0;
+}
+
+void timerTS1(void const *argument){ // タイマーtimerTS1()はTS1[s]ごとにコールされる
+}
+
+void display2PC(){ // PCのモニタ上のtera termに諸量を表示 display to tera term on PC
+ pc.printf("%8.1f[s]\t%8.2f[V]\t%8.2f [Hz]\t%8.2f\t%8.2f\r\n",
+ _time, K[0].y, K[1].y, K[0].u, debug[0]);
+// pc.printf("%8.1f[s]\t%8.5f[V]\t%4d [deg]\t%8.2f\r\n", _time, _u, (int)(_th/(2*PI)*360.0), _r);//debug[0]*3.3/R_SHUNT); // print to tera term
+}
+void timerTS2(){ // タイマーtimerTS2()はTS2[s]ごとにコールされる
+}
+void timerTS3(){ // タイマーtimerTS3()はTS3[s]ごとにコールされる
+ data2mbedUSB(); // PC上のmbed USB ディスクにセーブするためのデータをTS3[s]ごとに代入 data2mbedUSB() is called every TS3[s].
+}
+void timerTS4(){ // タイマーtimerTS4()はTS4[s]ごとにコールされる
+ display2PC(); // PCのモニタ上のtera termに文字を表示 display to tera term on PC. display2PC() is called every TS4[s].
+}