New version for the new pendulum
Dependencies: PTC3471 QEI USBDevice mbed
main.cpp@3:cc61cf42842f, 2022-09-27 (annotated)
- Committer:
- lcaepusp
- Date:
- Tue Sep 27 18:07:49 2022 +0000
- Revision:
- 3:cc61cf42842f
- Parent:
- 2:7275375e72fc
- Child:
- 4:22c6c28c1360
Rev sentido de rotacao
Who changed what in which revision?
User | Revision | Line number | New 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 | 2:7275375e72fc | 4 | #include "PTC3471.h" //V. 2022 |
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 | } |