New version for the new pendulum
Dependencies: PTC3471 QEI USBDevice mbed
main.cpp
- Committer:
- lcaepusp
- Date:
- 2022-09-27
- Revision:
- 3:cc61cf42842f
- Parent:
- 2:7275375e72fc
- Child:
- 4:22c6c28c1360
File content as of revision 3:cc61cf42842f:
#include "mbed.h" #include "QEI.h" #include "USBSerial.h" #include "PTC3471.h" //V. 2022 #define Ts 0.01 //periodo de amostragem #define pi 3.141592653589793 /******************************************************************************/ /**************** Definição de Variaveis, Objetos e Funções ******************/ /******************************************************************************/ USBSerial pc; // Objeto de comunicação serial com o TeraTerm Ticker Control_Interrupt; // Interrupção de Tempo para acionamento do algoritmo de controle QEI Encoder_Motor (PTB17,PTD0,NC, 300, QEI::X4_ENCODING); // Objeto de leitura do encoder do motor QEI Encoder_Pendulo (PTA13,PTA12,NC, 600, QEI::X4_ENCODING);// Objeto de leitura do encoder do pêndulo DigitalOut Horario(PTC1); // DigitalOut que sinaliza se deve virar o motor no sentido horário DigitalOut AntiHorario(PTD5); // DigitalOut que sinaliza se deve virar o motor no sentido anti-horário PwmOut Motor(PTD6); // D.C. do PWM [0, 1]: porcentagem de tensão sobre o motor bool Flag_Controle = false; int PlotCount = 0; double phi0 = 0; // phi0 -> Angulo lido pelo Encoder_Braco double phi1 = 0; // phi1 -> Angulo lido pelo Encoder_Pendulo double dphi1 = 0; double th0 = 0; // th0 -> Angulo do braço double th1 = 0; // th1 -> Angulo do pêndulo double dth0 = 0; // dth0 -> Velocidade do braço double dth1 = 0; // dth1 -> Velocidade do pêndulo double th0_f = 0; // th0 -> Angulo do braço filtrado double th1_f = 0; // th1 -> Angulo do pêndulo filtrado double dth0_f = 0; // dth0 -> Velocidade do braço double dth1_f = 0; // dth1 -> Velocidade do pêndulo int16_t phi0_int = 0, phi1_int = 0; // Variáveis convertidas para inteiro para serem int16_t th0_f_int = 0, th1_f_int = 0; // transmitidas via serial int16_t dth0_f_int = 0, dth1_f_int = 0, u_int = 0; // (economia de memória e de banda) double tau = 7e-2; // Cte de tempo do FPB dos estados double th0_a = 0; // Valor de th0 um período de amostragem anterior double th1_a = 0; // Valor de th1 um período de amostragem anterior double phi1_a = 0; // Valor de phi1 um período de amostragem anterior float K[4] = {0.0, 0.0, 0.0, 0.0}; // Ganhos do controlador float u=0.0; // Inicialização da lei de controle float t_end = 30.0; // Duração do Experimento float tempo = 0; // Acumula o tempo de execução do experimento // Esta variável pode ser usada para temporização da referência int N_plot = (int) t_end/(Ts*10); // Numero de amostras armazenadas para plot void Init(void); // Função de Inicialização void Control_Function(void); // Função de flag do controle, a ser chamada pela interrupção void Sensor_Read(void); // Função de leitura dos sensores void Controle_Algoritmo(void); // Função que implementa o algoritmo de controle escolhido /******************************************************************************/ /*************************** Corpo de Funções *********************************/ /******************************************************************************/ /*************************** Função Principal *********************************/ // A main chama todas as inicializações e então aguarda o sinal de que deve // realizar controle. Esse sinal é dado pela flag "Controle" e é setada por uma // interrupção de tempo. // // Para garantir a execução imediata do algoritmo de controle nenhum wait deve // ser chamado durante a execução do controle e o uso de printfs deve ser // esporádico. int main() { int ap = 0; // Indice dos vetores de amostras int ii = 0; // Indice para plot das amostras int16_t th0_f_int[N_plot], th1_f_int[N_plot]; // Vetores para armazenar dados e int16_t dth0_f_int[N_plot], dth1_f_int[N_plot], u_int[N_plot];// serem transmitidos via serial /*********************************************************************************/ /** Inicialização do algoritmo de proteção. NUNCA DEVE SER RETIRADO DO PROGRAMA **/ /**/ wait(5); /**/ /**/ /**/ /**/ Protecao_Init(&Encoder_Motor, &Control_Interrupt, pi); /**/ /** Inicialização do algoritmo de proteção. NUNCA DEVE SER RETIRADO DO PROGRAMA **/ /*********************************************************************************/ Init(); while(1) { if(Flag_Controle) { Sensor_Read(); // Executa a leitura dos sensores Controle_Algoritmo(); // Executa a lei de controle PlotCount++; if(PlotCount>=10) { // Controla para que o printf ocorra a cada 10 iterações // As variáveis serão multiplicadas por 1000 e convertidas para inteiro // antes de serem trasmitidas. Ao receber, deve-se dividir por 1000 antes // de fazer o plot. OBS: a precisão no gráfico será de 3 casas decimais th0_f_int[ap] = th0_f*1000; th1_f_int[ap] = th1_f*1000; dth0_f_int[ap] = dth0_f*1000; dth1_f_int[ap] = dth1_f*1000; u_int[ap] = u*1000; ap = ap + 1; // Prepara para a próxima amostra PlotCount = 0; } // Após t_end segundos, o experimento é interrompido e os dados são transmitidos via serial if (tempo >= t_end) { Control_Interrupt.detach(); Motor = 0; Horario = 0; AntiHorario = 0; for (ii=0; ii<N_plot; ii++) pc.printf("%d \t %d \t %d \t %d \t %d\n\r", th0_f_int[ii], th1_f_int[ii], dth0_f_int[ii], dth1_f_int[ii], u_int[ii]); } Flag_Controle = false; // Sinaliza que deve-se esperar o próximo sinal da interrupção // de tempo para executar o próximo passo de controle } } } /************** Função de implementação do algoritmo de controle **************/ // Nesta função você deve escrever a implementação do algoritmo de controle es- // colhido e do algoritmo de estimação das velocidades. // Caso necessite acesso a alguma variavel não medida ou alguma cons- // tante não definida sinta-se livre para passa-las como argumento, definir // como variavel global ou com um #define void Controle_Algoritmo(void) { dth0 = (th0-th0_a)/Ts; // Calculo das velocidades por backward dth1 = (th1-th1_a)/Ts; // É interessante propor outro método // Filtro (1/tau*s +1) nos derivadas dth0_f = (tau/(Ts+tau))*dth0_f + (Ts/(Ts+tau))*dth0; dth1_f = (tau/(Ts+tau))*dth1_f + (Ts/(Ts+tau))*dth1; u=-((K[0]*th0_f)+(K[1]*th1_f)+(K[2]*dth0_f)+(K[3]*dth1_f)); if(u>0.5) u=0.5; if(u<-0.5) u=-0.5; if(u<0) { Motor = -u; Horario = 1; AntiHorario = 0; } else if(u>0) { Motor = u; Horario = 0; AntiHorario = 1; } else { Motor = 0; Horario = 0; AntiHorario = 0; } } /************************* Função de Inicialização *****************************/ // Esta função concentra todas as inicializações do sistema void Init(void) { Motor.period(0.0001); Horario = 0; AntiHorario = 0; Motor = 0.0; Control_Interrupt.attach(&Control_Function, Ts); } /********************** Função de leitura dos sensores *************************/ // Cada vez que esta função é chamada deve-se calcular os ângulos e velocidades // angulares por algum método conhecido void Sensor_Read(void) { th0_a=th0; th1_a=th1; phi1_a=phi1; /** Leituras cruas dos ângulos do encoder **/ phi0 = pi*Encoder_Motor.getPulses()/600.0; phi1 = pi*Encoder_Pendulo.getPulses()/1200.0; th0 = phi0; /** 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 if(phi1>0) // vertical para baixo esta passa a ser lida como 0º. Porém, para o algoritmo de controle th1 = phi1-pi; // funcionar corretamente 0º deve ser o pêndulo na posição vertical para cima. Para // garantir que isso aconteça subido o pêndulo no sentido horário ou anti-horário fazemos else if(phi1<=0) // th1 = th1-sgn(th1)*pi, onde sgn(x) é o sinal de x. th1 = phi1+pi; // Filtro (1/tau*s +1) nos angulos th0_f = (tau/(Ts+tau))*th0_f + (Ts/(Ts+tau))*th0; th1_f = (tau/(Ts+tau))*th1_f + (Ts/(Ts+tau))*th1; } /**************** Função de flag do algoritmo de controle ******************/ // Esta função avisa a main quando executar o próximo passo do algoritmo de // controle. O uso de uma interrupção para o acionamento da flag garante que // haja exatamente Ts segundos entre execuções. void Control_Function(void) { Flag_Controle = true; tempo = tempo+Ts; }