Laboratório Controle Aplicado / Mbed 2 deprecated Template_PTC3471_Geral_2020_V2

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main.cpp@9:0882a5d7c0a3, 2020-11-20 (annotated)

Committer:
lcaepusp
Date:
Fri Nov 20 16:37:15 2020 +0000
Revision:
9:0882a5d7c0a3
Parent:
8:2980205ae631 
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lcaepusp 0:f4d8c80475a0 1 #include "mbed.h"
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 2 #include "QEI.h"
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 3 #include "USBSerial.h"
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 4 #include "PTC3471.h"
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 5
lcaepusp 3:ea6b7e26bc9f 6 #define Ts 0.01 //periodo de amostragem
lcaepusp 8:2980205ae631 7 #define Pi 3.14159265
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 8
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 9 /******************************************************************************/
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 10 /**************** Definição de Variaveis, Objetos e Funções ******************/
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 11 /******************************************************************************/
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 12
lcaepusp 3:ea6b7e26bc9f 13 USBSerial pc; // Objeto de comunicação serial com o TeraTerm
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 14
lcaepusp 3:ea6b7e26bc9f 15 Ticker Control_Interrupt; // Interrupção de Tempo para acionamento do algoritmo de controle
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 16
lcaepusp 3:ea6b7e26bc9f 17 QEI Encoder_Motor (PTB17,PTD0,NC, 300, QEI::X4_ENCODING); // Objeto de leitura do encoder do motor
lcaepusp 3:ea6b7e26bc9f 18 QEI Encoder_Pendulo (PTA13,PTA12,NC, 600, QEI::X4_ENCODING); // Objeto de leitura do encoder do pêndulo
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 19
lcaepusp 3:ea6b7e26bc9f 20 DigitalOut Horario(PTC1); // DigitalOut que sinaliza se deve virar o motor no sentido horário
lcaepusp 3:ea6b7e26bc9f 21 DigitalOut AntiHorario(PTD5); // // DigitalOut que sinaliza se deve virar o motor no sentido anti-horário
lcaepusp 3:ea6b7e26bc9f 22 PwmOut Motor(PTD6); // // AnalogOut (PWM) que indica de 0 a 1 qual o módulo da tensão sobre o motor
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 23
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 24 bool Flag_Controle = false;
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 25 int PlotCount = 0;
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 26
lcaepusp 3:ea6b7e26bc9f 27 double phi0 = 0; // phi0 -> Ângulo lido pelo Encoder_Braco
lcaepusp 3:ea6b7e26bc9f 28 double phi1 = 0; // phi1 -> Ângulo lido pelo Encoder_Pendulo
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 29
lcaepusp 9:0882a5d7c0a3 30 int16_t phi0_int = 0, phi1_int = 0; // Variáveis convertida para inteiro para ser
lcaepusp 3:ea6b7e26bc9f 31 // transmitida via serial (economia de banda)
lcaepusp 3:ea6b7e26bc9f 32
lcaepusp 3:ea6b7e26bc9f 33 double th0 = 0; // th0 -> Ângulo do braço
lcaepusp 3:ea6b7e26bc9f 34 double th1 = 0; // th1 -> Ângulo do pêndulo
lcaepusp 3:ea6b7e26bc9f 35 double dth0 = 0; // dth0 -> Velocidade do braço
lcaepusp 3:ea6b7e26bc9f 36 double dth1 = 0; // dth1 -> Velocidade do pêndulo
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 37
lcaepusp 3:ea6b7e26bc9f 38 double th0_f = 0; // th0 -> Ângulo do braço c/ filtro
lcaepusp 3:ea6b7e26bc9f 39 double th1_f = 0; // th1 -> Ângulo do pêndulo c/ filtro
lcaepusp 3:ea6b7e26bc9f 40 double dth0_f = 0; // dth0 -> Velocidade do braço c/ filtro
lcaepusp 3:ea6b7e26bc9f 41 double dth1_f = 0; // dth1 -> Velocidade do pêndulo c/ filtro
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 42
lcaepusp 9:0882a5d7c0a3 43 int16_t th0_f_int = 0, th1_f_int = 0; // Variável convertida para inteiro para ser
lcaepusp 6:1e36bdd96b54 44 int16_t dth0_f_int = 0, dth1_f_int = 0, u_int = 0; // transmitida via serial (economia de banda)
lcaepusp 3:ea6b7e26bc9f 45
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 46
lcaepusp 3:ea6b7e26bc9f 47 double tau = 5e-2; // Cte de tempo do FPB
lcaepusp 3:ea6b7e26bc9f 48
lcaepusp 3:ea6b7e26bc9f 49 double th0_a = 0; // Valor de th0 um período de amostragem anterior
lcaepusp 3:ea6b7e26bc9f 50 double th1_a = 0; // Valor de th1 um período de amostragem anterior
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 51
lcaepusp 9:0882a5d7c0a3 52 float u = 0;
lcaepusp 3:ea6b7e26bc9f 53 float K[4] = {0.0, 0.0, 0.0, 0.0};
lcaepusp 8:2980205ae631 54
lcaepusp 8:2980205ae631 55 float t_end = 30.0; // Duração do Experimento
lcaepusp 9:0882a5d7c0a3 56 float tempo = 0; // Acumula o tempo de execução do experimento
lcaepusp 9:0882a5d7c0a3 57 // Esta variável pode ser usada para temporização da referência
lcaepusp 8:2980205ae631 58
lcaepusp 9:0882a5d7c0a3 59 int N_plot = (int) t_end/(Ts*10); // Numero de amostras a ser armazenadas para plot
lcaepusp 9:0882a5d7c0a3 60
lcaepusp 3:ea6b7e26bc9f 61 void Init(void); // Função de Inicialização
lcaepusp 3:ea6b7e26bc9f 62 void Control_Function(void); // Função de flag do controle, a ser chamada pela interrupção
lcaepusp 3:ea6b7e26bc9f 63 void Sensor_Read(void); // Função de leitura dos sensores
lcaepusp 3:ea6b7e26bc9f 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 9:0882a5d7c0a3 76 // ser chamado durante a execução do controle e o uso de printfs deve ser
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 77 // esporádico.
lcaepusp 9:0882a5d7c0a3 78 int main()
lcaepusp 9:0882a5d7c0a3 79 {
lcaepusp 9:0882a5d7c0a3 80 int ap = 0; // Indice dos vetores de amostras
lcaepusp 9:0882a5d7c0a3 81 int ii = 0; // Indice para plot das amostras
lcaepusp 9:0882a5d7c0a3 82 int16_t th0_f_int[N_plot], th1_f_int[N_plot]; // Vetores para armazenar dados e
lcaepusp 9:0882a5d7c0a3 83 int16_t dth0_f_int[N_plot], dth1_f_int[N_plot], u_int[N_plot]; // serem transmitidos via serial
lcaepusp 8:2980205ae631 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:e2066df0a7a6 88 /**/ Protecao_Init(&Encoder_Motor, &Control_Interrupt, pi); /**/
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 89 /** Inicialização do algoritmo de proteção. NUNCA DEVE SER RETIRADO DO PROGRAMA **/
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 90 /*********************************************************************************/
lcaepusp 9:0882a5d7c0a3 91
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 92 Init();
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 93 while(1) {
lcaepusp 9:0882a5d7c0a3 94
lcaepusp 9:0882a5d7c0a3 95 if(Flag_Controle) {
lcaepusp 9:0882a5d7c0a3 96
lcaepusp 3:ea6b7e26bc9f 97 Sensor_Read(); // Executa a leitura dos sensores
lcaepusp 3:ea6b7e26bc9f 98 Controle_Algoritmo(); // Execução do seu algoritmo de controle
lcaepusp 9:0882a5d7c0a3 99
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 100 PlotCount++;
lcaepusp 9:0882a5d7c0a3 101 if(PlotCount>=10) { // Controla para que o printf ocorra apenas uma vez a cada 10 iterações
lcaepusp 9:0882a5d7c0a3 102
lcaepusp 3:ea6b7e26bc9f 103 // As variáveis serão multiplicadas por 1000 e convertidas para inteiro
lcaepusp 3:ea6b7e26bc9f 104 // antes de serem trasmitidas. Ao receber, deve-se dividir por 1000 antes
lcaepusp 3:ea6b7e26bc9f 105 // de fazer o plot. OBS: a precisão no gráfico será de 3 casas decimais
lcaepusp 8:2980205ae631 106 th0_f_int[ap] = th0_f*1000;
lcaepusp 8:2980205ae631 107 th1_f_int[ap] = th1_f*1000;
lcaepusp 8:2980205ae631 108 dth0_f_int[ap] = dth0_f*1000;
lcaepusp 8:2980205ae631 109 dth1_f_int[ap] = dth1_f*1000;
lcaepusp 8:2980205ae631 110 u_int[ap] = u*1000;
lcaepusp 9:0882a5d7c0a3 111
lcaepusp 9:0882a5d7c0a3 112 ap = ap + 1; // Prepara para a próxima amostra
lcaepusp 8:2980205ae631 113 PlotCount = 0;
lcaepusp 9:0882a5d7c0a3 114 }
lcaepusp 8:2980205ae631 115 // Após t_end segundos, o experimento é interrompido e os dados são transmitidos via serial
lcaepusp 8:2980205ae631 116 if (tempo >= t_end) {
lcaepusp 8:2980205ae631 117 Control_Interrupt.detach();
lcaepusp 8:2980205ae631 118 Motor = 0;
lcaepusp 8:2980205ae631 119 Horario = 0;
lcaepusp 8:2980205ae631 120 AntiHorario = 0;
lcaepusp 8:2980205ae631 121 for (ii=0; ii<N_plot; ii++)
lcaepusp 8:2980205ae631 122 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]);
lcaepusp 9:0882a5d7c0a3 123
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 124 }
lcaepusp 9:0882a5d7c0a3 125
lcaepusp 9:0882a5d7c0a3 126 Flag_Controle = false; // Sinaliza que deve-se esperar o próximo sinal da interrupção
lcaepusp 9:0882a5d7c0a3 127 // de tempo para executar o próximo passo de controle
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 128 }
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 129 }
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 130 }
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 131
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 132 /************** Função de implementação do algoritmo de controle **************/
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 133 // Nesta função você deve escrever a implementação do algoritmo de controle es-
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 134 // colhido e do algoritmo de estimação das velocidades.
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 135 // Caso necessite acesso a alguma variavel não medida ou alguma cons-
lcaepusp 9:0882a5d7c0a3 136 // tante não definida sinta-se livre para passa-las como argumento, definir
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 137 // como variavel global ou com um #define
lcaepusp 9:0882a5d7c0a3 138 void Controle_Algoritmo(void)
lcaepusp 9:0882a5d7c0a3 139 {
lcaepusp 9:0882a5d7c0a3 140
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 141 dth0 = (th0-th0_a)/Ts; // Calculo das velocidades por backward
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 142 dth1 = (th1-th1_a)/Ts; // É interessante propor outro método
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 143
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 144
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 145 // Filtro (1/tau*s +1) nos derivadas
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 146 dth0_f = (tau/(Ts+tau))*dth0_f + (Ts/(Ts+tau))*dth0;
lcaepusp 9:0882a5d7c0a3 147 dth1_f = (tau/(Ts+tau))*dth1_f + (Ts/(Ts+tau))*dth1;
lcaepusp 9:0882a5d7c0a3 148
lcaepusp 1:e2066df0a7a6 149 /** Inserir Calculo do Sinal de Controle **/
lcaepusp 3:ea6b7e26bc9f 150 u=-(K[0]*th0_f + K[1]*th1_f + K[2]*dth0_f + K[3]*dth1_f);
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 151
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 152 if(u>1)
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 153 u=1;
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 154 if(u<-1)
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 155 u=-1;
lcaepusp 9:0882a5d7c0a3 156
lcaepusp 9:0882a5d7c0a3 157 if(u<0) {
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 158 Motor = -u;
lcaepusp 2:61c074362ef1 159 Horario = 1;
lcaepusp 2:61c074362ef1 160 AntiHorario = 0;
lcaepusp 9:0882a5d7c0a3 161 } else if(u>0) {
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 162 Motor = u;
lcaepusp 2:61c074362ef1 163 Horario = 0;
lcaepusp 2:61c074362ef1 164 AntiHorario = 1;
lcaepusp 9:0882a5d7c0a3 165 } else {
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 166 Motor = 0;
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 167 Horario = 0;
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 168 AntiHorario = 0;
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 169 }
lcaepusp 9:0882a5d7c0a3 170
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 171 }
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 172
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 173 /************************* Função de Inicialização *****************************/
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 174 // Esta função concentra todas as inicializações do sistema
lcaepusp 9:0882a5d7c0a3 175 void Init(void)
lcaepusp 9:0882a5d7c0a3 176 {
lcaepusp 9:0882a5d7c0a3 177
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 178 Motor.period(0.0001);
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 179 Horario = 0;
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 180 AntiHorario = 0;
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 181 Motor = 0.0;
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 182 Control_Interrupt.attach(&Control_Function, Ts);
lcaepusp 9:0882a5d7c0a3 183
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 9:0882a5d7c0a3 189 void Sensor_Read(void)
lcaepusp 9:0882a5d7c0a3 190 {
lcaepusp 9:0882a5d7c0a3 191
lcaepusp 9:0882a5d7c0a3 192 th0_a=th0;
lcaepusp 9:0882a5d7c0a3 193 th1_a=th1;
lcaepusp 9:0882a5d7c0a3 194
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 195 /** Leituras cruas dos ângulos do encoder **/
lcaepusp 8:2980205ae631 196 phi0 = Pi*Encoder_Motor.getPulses()/600.0; // (eventos_lidos/eventos_por_volta)*2*pi = angulo_em_radianos
lcaepusp 8:2980205ae631 197 phi1 = Pi*Encoder_Pendulo.getPulses()/1200.0; // (eventos_lidos/eventos_por_volta)*360 = angulo_em_graus
lcaepusp 9:0882a5d7c0a3 198
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 199 th0 = phi0;
lcaepusp 9:0882a5d7c0a3 200 /** Tratamento do ângulo lido para ser zero na vertical para cima **/
lcaepusp 9:0882a5d7c0a3 201 // Como o encoder é incremental quando inicializamos o programa com o pêndulo na posição
lcaepusp 3:ea6b7e26bc9f 202 if(phi1>0) // vertical para baixo esta passa a ser lida como 0º. Porém, para o algoritmo de controle
lcaepusp 9:0882a5d7c0a3 203 th1 = phi1-Pi; // funcionar corretamente 0º deve ser o pêndulo na posição vertical para cima. Para
lcaepusp 9:0882a5d7c0a3 204 // garantir que isso aconteça subido o pêndulo no sentido horário ou anti-horário fazemos
lcaepusp 3:ea6b7e26bc9f 205 else if(phi1<=0) // th1 = th1-sgn(th1)*pi, onde sgn(x) é o sinal de x.
lcaepusp 8:2980205ae631 206 th1 = phi1+Pi; // Para ficar mais claro o funcionamento destes "if else" plote o sinal de th1 no tera term
lcaepusp 9:0882a5d7c0a3 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 9:0882a5d7c0a3 210 th1_f = (tau/(Ts+tau))*th1_f + (Ts/(Ts+tau))*th1;
lcaepusp 9:0882a5d7c0a3 211
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 212 }
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 213
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 214 /**************** Função de flag do algoritmo de controle ******************/
lcaepusp 9:0882a5d7c0a3 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 9:0882a5d7c0a3 218 void Control_Function(void)
lcaepusp 9:0882a5d7c0a3 219 {
lcaepusp 9:0882a5d7c0a3 220
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 221 Flag_Controle = true;
lcaepusp 9:0882a5d7c0a3 222 tempo = tempo+Ts;
lcaepusp 0:f4d8c80475a0 223 }