Kosaka Lab
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auto_tracking_car
auto tracking car
controller.cpp
- Committer:
- kosakaLab
- Date:
- 2016-06-14
- Revision:
- 0:2af3980d8cc8
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// 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]. }