main.cpp

00001 #include "mbed.h"
00002 #include "QEI.h"
00003 #include "USBSerial.h"
00004 #include "PTC3471.h"                                         //V. 2022 REV Sentido
00005 
00006 #define Ts 0.01                                             //periodo de amostragem
00007 #define pi 3.141592653589793
00008 
00009 /******************************************************************************/
00010 /****************  Definição de Variaveis, Objetos e Funções ******************/
00011 /******************************************************************************/
00012 USBSerial  pc;                                              // Objeto de comunicação serial com o TeraTerm
00013 
00014 Ticker Control_Interrupt;                                   // Interrupção de Tempo para acionamento do algoritmo de controle
00015 
00016 QEI Encoder_Motor (PTB17,PTD0,NC, 300, QEI::X4_ENCODING);   // Objeto de leitura do encoder do motor
00017 QEI Encoder_Pendulo (PTA13,PTA12,NC, 600, QEI::X4_ENCODING);// Objeto de leitura do encoder do pêndulo
00018 
00019 DigitalOut Horario(PTC1);                                   // DigitalOut que sinaliza se deve virar o motor no sentido horário
00020 DigitalOut AntiHorario(PTD5);                               // DigitalOut que sinaliza se deve virar o motor no sentido anti-horário
00021 PwmOut Motor(PTD6);                                         // D.C. do PWM [0, 1]: porcentagem de tensão sobre o motor
00022 
00023 bool Flag_Controle = false;
00024 int PlotCount = 0;
00025 
00026 double phi0 = 0;                                           // phi0 -> Angulo lido pelo Encoder_Braco
00027 double phi1 = 0;                                           // phi1 -> Angulo lido pelo Encoder_Pendulo
00028 double dphi1 = 0;
00029 
00030 double th0 = 0;                                            // th0 -> Angulo do braço
00031 double th1 = 0;                                            // th1 -> Angulo do pêndulo
00032 double dth0 = 0;                                           // dth0 -> Velocidade do braço
00033 double dth1 = 0;                                           // dth1 -> Velocidade do pêndulo
00034 
00035 double th0_f = 0;                                          // th0 -> Angulo do braço filtrado
00036 double th1_f = 0;                                          // th1 -> Angulo do pêndulo filtrado
00037 double dth0_f = 0;                                         // dth0 -> Velocidade do braço
00038 double dth1_f = 0;                                         // dth1 -> Velocidade do pêndulo
00039 
00040 int16_t phi0_int = 0, phi1_int = 0;                        // Variáveis convertidas para inteiro para serem
00041 int16_t th0_f_int = 0, th1_f_int = 0;                      // transmitidas via serial 
00042 int16_t dth0_f_int = 0, dth1_f_int = 0, u_int = 0;         // (economia de memória e de banda)
00043 
00044 double tau = 7e-2;                                         // Cte de tempo do FPB dos estados
00045 
00046 double th0_a = 0;                                          // Valor de th0 um período de amostragem anterior
00047 double th1_a = 0;                                          // Valor de th1 um período de amostragem anterior
00048 double phi1_a = 0;                                         // Valor de phi1 um período de amostragem anterior
00049 
00050 
00051 float K[4] = {0.0, 0.0, 0.0, 0.0};                         // Ganhos do controlador
00052 float  u=0.0;                                              // Inicialização da lei de controle
00053 
00054 float t_end = 30.0;                                        // Duração do Experimento
00055 float tempo = 0;                                           // Acumula o tempo de execução do experimento
00056                                                            // Esta variável pode ser usada para temporização da referência
00057 
00058 int N_plot =  (int) t_end/(Ts*10);                         // Numero de amostras armazenadas para plot
00059 
00060 
00061 void Init(void);                                           // Função de Inicialização
00062 void Control_Function(void);                               // Função de flag do controle, a ser chamada pela interrupção
00063 void Sensor_Read(void);                                    // Função de leitura dos sensores
00064 void Controle_Algoritmo(void);                             // Função que implementa o algoritmo de controle escolhido
00065 
00066 /******************************************************************************/
00067 /*************************** Corpo de Funções *********************************/
00068 /******************************************************************************/
00069 
00070 /*************************** Função Principal *********************************/
00071 // A main chama todas as inicializações e então aguarda o sinal de que deve
00072 // realizar controle. Esse sinal é dado pela flag "Controle" e é setada por uma
00073 // interrupção de tempo.
00074 //
00075 // Para garantir a execução imediata do algoritmo de controle nenhum wait deve
00076 // ser chamado durante a execução do controle e o uso de printfs deve ser
00077 // esporádico.
00078 int main()
00079 {
00080     int ap = 0;                                                   // Indice dos vetores de amostras
00081     int ii = 0;                                                   // Indice para plot das amostras
00082     int16_t th0_f_int[N_plot], th1_f_int[N_plot];                 // Vetores para armazenar dados e
00083     int16_t dth0_f_int[N_plot], dth1_f_int[N_plot], u_int[N_plot];// serem transmitidos via serial
00084     
00085     /*********************************************************************************/
00086     /** Inicialização do algoritmo de proteção. NUNCA DEVE SER RETIRADO DO PROGRAMA **/
00087     /**/                                wait(5);                                   /**/
00088     /**/                                                                           /**/
00089     /**/          Protecao_Init(&Encoder_Motor, &Control_Interrupt, pi);           /**/
00090     /** Inicialização do algoritmo de proteção. NUNCA DEVE SER RETIRADO DO PROGRAMA **/
00091     /*********************************************************************************/
00092 
00093     Init();
00094    
00095     while(1) {
00096 
00097         if(Flag_Controle) {
00098 
00099             Sensor_Read();                                    // Executa a leitura dos sensores
00100             Controle_Algoritmo();                             // Executa a lei de controle
00101 
00102             PlotCount++;
00103             if(PlotCount>=10) {                               // Controla para que o printf ocorra a cada 10 iterações
00104 
00105                 // As variáveis serão multiplicadas por 1000 e convertidas para inteiro
00106                 // antes de serem trasmitidas. Ao receber, deve-se dividir por 1000 antes
00107                 // de fazer o plot. OBS: a precisão no gráfico será de 3 casas decimais
00108                 th0_f_int[ap] = th0_f*1000;
00109                 th1_f_int[ap] = th1_f*1000;
00110                 dth0_f_int[ap] = dth0_f*1000;
00111                 dth1_f_int[ap] = dth1_f*1000;
00112                 u_int[ap] = u*1000;
00113 
00114                 ap = ap + 1;                                 // Prepara para a próxima amostra
00115                 PlotCount = 0;
00116             }
00117             // Após t_end segundos, o experimento é interrompido e os dados são transmitidos via serial
00118             if (tempo >= t_end) {
00119                 Control_Interrupt.detach();
00120                 Motor = 0;
00121                 Horario = 0;
00122                 AntiHorario = 0;
00123                 for (ii=0; ii<N_plot; ii++)
00124                     pc.printf("%d \t %d \t %d \t %d \t %d\n\r", th0_f_int[ii], th1_f_int[ii], 
00125                     dth0_f_int[ii], dth1_f_int[ii], u_int[ii]);
00126 
00127             }
00128 
00129             Flag_Controle = false;                       // Sinaliza que deve-se esperar o próximo sinal da interrupção
00130                                                         // de tempo para executar o próximo passo de controle
00131         }
00132     }
00133 }
00134 
00135 
00136 
00137 /************** Função de implementação do algoritmo de controle **************/
00138 // Nesta função você deve escrever a implementação do algoritmo de controle es-
00139 // colhido e do algoritmo de estimação das velocidades.
00140 // Caso necessite acesso a alguma variavel não medida ou alguma cons-
00141 // tante não definida sinta-se livre para passa-las como argumento, definir
00142 // como variavel global ou com um #define
00143 void Controle_Algoritmo(void)
00144 {
00145 
00146     dth0 = (th0-th0_a)/Ts;                                   // Calculo das velocidades por backward
00147     dth1 = (th1-th1_a)/Ts;                                   // É interessante propor outro método
00148 
00149     // Filtro (1/tau*s +1) nos derivadas
00150     dth0_f = (tau/(Ts+tau))*dth0_f + (Ts/(Ts+tau))*dth0;
00151     dth1_f = (tau/(Ts+tau))*dth1_f + (Ts/(Ts+tau))*dth1;
00152 
00153     u=-((K[0]*th0_f)+(K[1]*th1_f)+(K[2]*dth0_f)+(K[3]*dth1_f));
00154 
00155     if(u>0.5)
00156         u=0.5;
00157     if(u<-0.5)
00158         u=-0.5;
00159 
00160     if(u<0) {
00161         Motor = -u;
00162         Horario = 1;
00163         AntiHorario = 0;
00164     } else if(u>0) {
00165         Motor = u;
00166         Horario = 0;
00167         AntiHorario = 1;
00168     } else {
00169         Motor = 0;
00170         Horario = 0;
00171         AntiHorario = 0;
00172     }
00173 }
00174 
00175 /************************* Função de Inicialização *****************************/
00176 // Esta função concentra todas as inicializações do sistema
00177 void Init(void)
00178 {
00179     Motor.period(0.0001);
00180     Horario = 0;
00181     AntiHorario = 0;
00182     Motor = 0.0;
00183     Control_Interrupt.attach(&Control_Function, Ts);
00184 }
00185 
00186 /********************** Função de leitura dos sensores *************************/
00187 // Cada vez que esta função é chamada deve-se calcular os ângulos e velocidades
00188 // angulares por algum método conhecido
00189 void Sensor_Read(void)
00190 {
00191     th0_a=th0;
00192     th1_a=th1;
00193     phi1_a=phi1;
00194 
00195     /** Leituras cruas dos ângulos do encoder **/
00196     phi0 = pi*Encoder_Motor.getPulses()/600.0;             
00197     phi1 = pi*Encoder_Pendulo.getPulses()/1200.0;         
00198 
00199     th0 = phi0;
00200     /** Tratamento do ângulo lido para ser zero na vertical para cima **/  
00201                               // Como o encoder é incremental quando inicializamos o programa com o pêndulo na posição
00202     if(phi1>0)                // vertical para baixo esta passa a ser lida como 0º. Porém, para o algoritmo de controle
00203         th1 = phi1-pi;        // funcionar corretamente 0º deve ser o pêndulo na posição vertical para cima. Para
00204                               // garantir que isso aconteça subido o pêndulo no sentido horário ou anti-horário fazemos
00205     else if(phi1<=0)          // th1 = th1-sgn(th1)*pi, onde sgn(x) é o sinal de x.
00206         th1 = phi1+pi;                         
00207 
00208     // Filtro (1/tau*s +1) nos angulos
00209     th0_f = (tau/(Ts+tau))*th0_f + (Ts/(Ts+tau))*th0;
00210     th1_f = (tau/(Ts+tau))*th1_f + (Ts/(Ts+tau))*th1;
00211 
00212 }
00213 
00214 /**************** Função de flag do algoritmo de controle ******************/
00215 // Esta função avisa a main quando executar o próximo passo do algoritmo de
00216 // controle. O uso de uma interrupção para o acionamento da flag garante que
00217 // haja exatamente Ts segundos entre execuções.
00218 void Control_Function(void)
00219 {
00220 
00221     Flag_Controle = true;
00222     tempo = tempo+Ts;
00223 }