Laboratório Controle Aplicado / Mbed 2 deprecated Template_PTC3471_2022

New version for the new pendulum

Dependencies:   PTC3471 QEI USBDevice mbed

main.cpp@4:22c6c28c1360, 2022-09-27 (annotated)

Committer:
lcaepusp
Date:
Tue Sep 27 19:34:23 2022 +0000
Revision:
4:22c6c28c1360
Parent:
3:cc61cf42842f 
Rev sentido

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 4:22c6c28c1360 4 #include "PTC3471.h" //V. 2022 REV Sentido
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 5
lcaepusp 1:d4a362424143 6 #define Ts 0.01 //periodo de amostragem
lcaepusp 1:d4a362424143 7 #define pi 3.141592653589793
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 8
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 9 /******************************************************************************/
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 10 /**************** Definição de Variaveis, Objetos e Funções ******************/
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 11 /******************************************************************************/
lcaepusp 1:d4a362424143 12 USBSerial pc; // Objeto de comunicação serial com o TeraTerm
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 13
lcaepusp 1:d4a362424143 14 Ticker Control_Interrupt; // Interrupção de Tempo para acionamento do algoritmo de controle
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 15
lcaepusp 3:cc61cf42842f 16 QEI Encoder_Motor (PTB17,PTD0,NC, 300, QEI::X4_ENCODING); // Objeto de leitura do encoder do motor
lcaepusp 3:cc61cf42842f 17 QEI Encoder_Pendulo (PTA13,PTA12,NC, 600, QEI::X4_ENCODING);// Objeto de leitura do encoder do pêndulo
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 18
lcaepusp 1:d4a362424143 19 DigitalOut Horario(PTC1); // DigitalOut que sinaliza se deve virar o motor no sentido horário
lcaepusp 1:d4a362424143 20 DigitalOut AntiHorario(PTD5); // DigitalOut que sinaliza se deve virar o motor no sentido anti-horário
lcaepusp 1:d4a362424143 21 PwmOut Motor(PTD6); // D.C. do PWM [0, 1]: porcentagem de tensão sobre o motor
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 22
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 23 bool Flag_Controle = false;
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 24 int PlotCount = 0;
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 25
lcaepusp 1:d4a362424143 26 double phi0 = 0; // phi0 -> Angulo lido pelo Encoder_Braco
lcaepusp 1:d4a362424143 27 double phi1 = 0; // phi1 -> Angulo lido pelo Encoder_Pendulo
lcaepusp 1:d4a362424143 28 double dphi1 = 0;
lcaepusp 1:d4a362424143 29
lcaepusp 1:d4a362424143 30 double th0 = 0; // th0 -> Angulo do braço
lcaepusp 1:d4a362424143 31 double th1 = 0; // th1 -> Angulo do pêndulo
lcaepusp 1:d4a362424143 32 double dth0 = 0; // dth0 -> Velocidade do braço
lcaepusp 1:d4a362424143 33 double dth1 = 0; // dth1 -> Velocidade do pêndulo
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 34
lcaepusp 1:d4a362424143 35 double th0_f = 0; // th0 -> Angulo do braço filtrado
lcaepusp 1:d4a362424143 36 double th1_f = 0; // th1 -> Angulo do pêndulo filtrado
lcaepusp 1:d4a362424143 37 double dth0_f = 0; // dth0 -> Velocidade do braço
lcaepusp 1:d4a362424143 38 double dth1_f = 0; // dth1 -> Velocidade do pêndulo
lcaepusp 1:d4a362424143 39
lcaepusp 1:d4a362424143 40 int16_t phi0_int = 0, phi1_int = 0; // Variáveis convertidas para inteiro para serem
lcaepusp 1:d4a362424143 41 int16_t th0_f_int = 0, th1_f_int = 0; // transmitidas via serial
lcaepusp 1:d4a362424143 42 int16_t dth0_f_int = 0, dth1_f_int = 0, u_int = 0; // (economia de memória e de banda)
lcaepusp 1:d4a362424143 43
lcaepusp 1:d4a362424143 44 double tau = 7e-2; // Cte de tempo do FPB dos estados
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 45
lcaepusp 1:d4a362424143 46 double th0_a = 0; // Valor de th0 um período de amostragem anterior
lcaepusp 1:d4a362424143 47 double th1_a = 0; // Valor de th1 um período de amostragem anterior
lcaepusp 1:d4a362424143 48 double phi1_a = 0; // Valor de phi1 um período de amostragem anterior
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 49
lcaepusp 1:d4a362424143 50
lcaepusp 1:d4a362424143 51 float K[4] = {0.0, 0.0, 0.0, 0.0}; // Ganhos do controlador
lcaepusp 1:d4a362424143 52 float u=0.0; // Inicialização da lei de controle
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 53
lcaepusp 1:d4a362424143 54 float t_end = 30.0; // Duração do Experimento
lcaepusp 1:d4a362424143 55 float tempo = 0; // Acumula o tempo de execução do experimento
lcaepusp 1:d4a362424143 56 // Esta variável pode ser usada para temporização da referência
lcaepusp 1:d4a362424143 57
lcaepusp 1:d4a362424143 58 int N_plot = (int) t_end/(Ts*10); // Numero de amostras armazenadas para plot
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 59
lcaepusp 1:d4a362424143 60
lcaepusp 1:d4a362424143 61 void Init(void); // Função de Inicialização
lcaepusp 1:d4a362424143 62 void Control_Function(void); // Função de flag do controle, a ser chamada pela interrupção
lcaepusp 1:d4a362424143 63 void Sensor_Read(void); // Função de leitura dos sensores
lcaepusp 1:d4a362424143 64 void Controle_Algoritmo(void); // Função que implementa o algoritmo de controle escolhido
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 65
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 66 /******************************************************************************/
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 67 /*************************** Corpo de Funções *********************************/
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 68 /******************************************************************************/
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 69
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 70 /*************************** Função Principal *********************************/
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 71 // A main chama todas as inicializações e então aguarda o sinal de que deve
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 72 // realizar controle. Esse sinal é dado pela flag "Controle" e é setada por uma
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 73 // interrupção de tempo.
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 74 //
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 75 // Para garantir a execução imediata do algoritmo de controle nenhum wait deve
lcaepusp 1:d4a362424143 76 // ser chamado durante a execução do controle e o uso de printfs deve ser
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 77 // esporádico.
lcaepusp 1:d4a362424143 78 int main()
lcaepusp 1:d4a362424143 79 {
lcaepusp 1:d4a362424143 80 int ap = 0; // Indice dos vetores de amostras
lcaepusp 1:d4a362424143 81 int ii = 0; // Indice para plot das amostras
lcaepusp 1:d4a362424143 82 int16_t th0_f_int[N_plot], th1_f_int[N_plot]; // Vetores para armazenar dados e
lcaepusp 1:d4a362424143 83 int16_t dth0_f_int[N_plot], dth1_f_int[N_plot], u_int[N_plot];// serem transmitidos via serial
lcaepusp 1:d4a362424143 84
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 85 /*********************************************************************************/
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 86 /** Inicialização do algoritmo de proteção. NUNCA DEVE SER RETIRADO DO PROGRAMA **/
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 87 /**/ wait(5); /**/
lcaepusp 1:d4a362424143 88 /**/ /**/
lcaepusp 1:d4a362424143 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 1:d4a362424143 92
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 93 Init();
lcaepusp 1:d4a362424143 94
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 95 while(1) {
lcaepusp 1:d4a362424143 96
lcaepusp 1:d4a362424143 97 if(Flag_Controle) {
lcaepusp 1:d4a362424143 98
lcaepusp 1:d4a362424143 99 Sensor_Read(); // Executa a leitura dos sensores
lcaepusp 1:d4a362424143 100 Controle_Algoritmo(); // Executa a lei de controle
lcaepusp 1:d4a362424143 101
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 102 PlotCount++;
lcaepusp 1:d4a362424143 103 if(PlotCount>=10) { // Controla para que o printf ocorra a cada 10 iterações
lcaepusp 1:d4a362424143 104
lcaepusp 1:d4a362424143 105 // As variáveis serão multiplicadas por 1000 e convertidas para inteiro
lcaepusp 1:d4a362424143 106 // antes de serem trasmitidas. Ao receber, deve-se dividir por 1000 antes
lcaepusp 1:d4a362424143 107 // de fazer o plot. OBS: a precisão no gráfico será de 3 casas decimais
lcaepusp 1:d4a362424143 108 th0_f_int[ap] = th0_f*1000;
lcaepusp 1:d4a362424143 109 th1_f_int[ap] = th1_f*1000;
lcaepusp 1:d4a362424143 110 dth0_f_int[ap] = dth0_f*1000;
lcaepusp 1:d4a362424143 111 dth1_f_int[ap] = dth1_f*1000;
lcaepusp 1:d4a362424143 112 u_int[ap] = u*1000;
lcaepusp 1:d4a362424143 113
lcaepusp 1:d4a362424143 114 ap = ap + 1; // Prepara para a próxima amostra
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 115 PlotCount = 0;
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 116 }
lcaepusp 1:d4a362424143 117 // Após t_end segundos, o experimento é interrompido e os dados são transmitidos via serial
lcaepusp 1:d4a362424143 118 if (tempo >= t_end) {
lcaepusp 1:d4a362424143 119 Control_Interrupt.detach();
lcaepusp 1:d4a362424143 120 Motor = 0;
lcaepusp 1:d4a362424143 121 Horario = 0;
lcaepusp 1:d4a362424143 122 AntiHorario = 0;
lcaepusp 1:d4a362424143 123 for (ii=0; ii<N_plot; ii++)
lcaepusp 1:d4a362424143 124 pc.printf("%d \t %d \t %d \t %d \t %d\n\r", th0_f_int[ii], th1_f_int[ii],
lcaepusp 1:d4a362424143 125 dth0_f_int[ii], dth1_f_int[ii], u_int[ii]);
lcaepusp 1:d4a362424143 126
lcaepusp 1:d4a362424143 127 }
lcaepusp 1:d4a362424143 128
lcaepusp 1:d4a362424143 129 Flag_Controle = false; // Sinaliza que deve-se esperar o próximo sinal da interrupção
lcaepusp 1:d4a362424143 130 // de tempo para executar o próximo passo de controle
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 131 }
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 132 }
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 133 }
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 134
lcaepusp 1:d4a362424143 135
lcaepusp 1:d4a362424143 136
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 137 /************** Função de implementação do algoritmo de controle **************/
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 138 // Nesta função você deve escrever a implementação do algoritmo de controle es-
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 139 // colhido e do algoritmo de estimação das velocidades.
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 140 // Caso necessite acesso a alguma variavel não medida ou alguma cons-
lcaepusp 1:d4a362424143 141 // tante não definida sinta-se livre para passa-las como argumento, definir
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 142 // como variavel global ou com um #define
lcaepusp 1:d4a362424143 143 void Controle_Algoritmo(void)
lcaepusp 1:d4a362424143 144 {
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 145
lcaepusp 1:d4a362424143 146 dth0 = (th0-th0_a)/Ts; // Calculo das velocidades por backward
lcaepusp 1:d4a362424143 147 dth1 = (th1-th1_a)/Ts; // É interessante propor outro método
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 148
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 149 // Filtro (1/tau*s +1) nos derivadas
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 150 dth0_f = (tau/(Ts+tau))*dth0_f + (Ts/(Ts+tau))*dth0;
lcaepusp 1:d4a362424143 151 dth1_f = (tau/(Ts+tau))*dth1_f + (Ts/(Ts+tau))*dth1;
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 152
lcaepusp 1:d4a362424143 153 u=-((K[0]*th0_f)+(K[1]*th1_f)+(K[2]*dth0_f)+(K[3]*dth1_f));
lcaepusp 3:cc61cf42842f 154
lcaepusp 1:d4a362424143 155 if(u>0.5)
lcaepusp 1:d4a362424143 156 u=0.5;
lcaepusp 1:d4a362424143 157 if(u<-0.5)
lcaepusp 1:d4a362424143 158 u=-0.5;
lcaepusp 1:d4a362424143 159
lcaepusp 1:d4a362424143 160 if(u<0) {
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 161 Motor = -u;
lcaepusp 3:cc61cf42842f 162 Horario = 1;
lcaepusp 3:cc61cf42842f 163 AntiHorario = 0;
lcaepusp 3:cc61cf42842f 164 } else if(u>0) {
lcaepusp 3:cc61cf42842f 165 Motor = u;
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 166 Horario = 0;
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 167 AntiHorario = 1;
lcaepusp 1:d4a362424143 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 /************************* Função de Inicialização *****************************/
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 176 // Esta função concentra todas as inicializações do sistema
lcaepusp 1:d4a362424143 177 void Init(void)
lcaepusp 1:d4a362424143 178 {
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 179 Motor.period(0.0001);
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 180 Horario = 0;
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 181 AntiHorario = 0;
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 182 Motor = 0.0;
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 183 Control_Interrupt.attach(&Control_Function, Ts);
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 184 }
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 185
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 186 /********************** Função de leitura dos sensores *************************/
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 187 // Cada vez que esta função é chamada deve-se calcular os ângulos e velocidades
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 188 // angulares por algum método conhecido
lcaepusp 1:d4a362424143 189 void Sensor_Read(void)
lcaepusp 1:d4a362424143 190 {
lcaepusp 1:d4a362424143 191 th0_a=th0;
lcaepusp 1:d4a362424143 192 th1_a=th1;
lcaepusp 1:d4a362424143 193 phi1_a=phi1;
lcaepusp 1:d4a362424143 194
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 195 /** Leituras cruas dos ângulos do encoder **/
lcaepusp 1:d4a362424143 196 phi0 = pi*Encoder_Motor.getPulses()/600.0;
lcaepusp 1:d4a362424143 197 phi1 = pi*Encoder_Pendulo.getPulses()/1200.0;
lcaepusp 1:d4a362424143 198
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 199 th0 = phi0;
lcaepusp 1:d4a362424143 200 /** Tratamento do ângulo lido para ser zero na vertical para cima **/
lcaepusp 1:d4a362424143 201 // Como o encoder é incremental quando inicializamos o programa com o pêndulo na posição
lcaepusp 1:d4a362424143 202 if(phi1>0) // vertical para baixo esta passa a ser lida como 0º. Porém, para o algoritmo de controle
lcaepusp 1:d4a362424143 203 th1 = phi1-pi; // funcionar corretamente 0º deve ser o pêndulo na posição vertical para cima. Para
lcaepusp 1:d4a362424143 204 // garantir que isso aconteça subido o pêndulo no sentido horário ou anti-horário fazemos
lcaepusp 1:d4a362424143 205 else if(phi1<=0) // th1 = th1-sgn(th1)*pi, onde sgn(x) é o sinal de x.
lcaepusp 1:d4a362424143 206 th1 = phi1+pi;
lcaepusp 1:d4a362424143 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 1:d4a362424143 210 th1_f = (tau/(Ts+tau))*th1_f + (Ts/(Ts+tau))*th1;
lcaepusp 1:d4a362424143 211
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 212 }
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 213
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 214 /**************** Função de flag do algoritmo de controle ******************/
lcaepusp 1:d4a362424143 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 1:d4a362424143 218 void Control_Function(void)
lcaepusp 1:d4a362424143 219 {
lcaepusp 1:d4a362424143 220
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 221 Flag_Controle = true;
lcaepusp 1:d4a362424143 222 tempo = tempo+Ts;
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 223 }