Subversion Repositories FlightCtrl

Rev

Rev 1227 | Details | Compare with Previous | Last modification | View Log | RSS feed

Rev Author Line No. Line
1227 killagreg 1
// ++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
2
// + Copyright (c) 04.2007 Holger Buss
3
// + Nur für den privaten Gebrauch
4
// + www.MikroKopter.com
5
// ++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
6
// + Es gilt für das gesamte Projekt (Hardware, Software, Binärfiles, Sourcecode und Dokumentation),
7
// + dass eine Nutzung (auch auszugsweise) nur für den privaten (nicht-kommerziellen) Gebrauch zulässig ist.
8
// + Sollten direkte oder indirekte kommerzielle Absichten verfolgt werden, ist mit uns (info@mikrokopter.de) Kontakt
9
// + bzgl. der Nutzungsbedingungen aufzunehmen.
10
// + Eine kommerzielle Nutzung ist z.B.Verkauf von MikroKoptern, Bestückung und Verkauf von Platinen oder Bausätzen,
11
// + Verkauf von Luftbildaufnahmen, usw.
12
// ++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
13
// + Werden Teile des Quellcodes (mit oder ohne Modifikation) weiterverwendet oder veröffentlicht,
14
// + unterliegen sie auch diesen Nutzungsbedingungen und diese Nutzungsbedingungen incl. Copyright müssen dann beiliegen
15
// ++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
16
// + Sollte die Software (auch auszugesweise) oder sonstige Informationen des MikroKopter-Projekts
17
// + auf anderen Webseiten oder sonstigen Medien veröffentlicht werden, muss unsere Webseite "http://www.mikrokopter.de"
18
// + eindeutig als Ursprung verlinkt werden
19
// ++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
20
// + Keine Gewähr auf Fehlerfreiheit, Vollständigkeit oder Funktion
21
// + Benutzung auf eigene Gefahr
22
// + Wir übernehmen keinerlei Haftung für direkte oder indirekte Personen- oder Sachschäden
23
// ++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
24
// + Die Portierung der Software (oder Teile davon) auf andere Systeme (ausser der Hardware von www.mikrokopter.de) ist nur
25
// + mit unserer Zustimmung zulässig
26
// ++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
27
// + Die Funktion printf_P() unterliegt ihrer eigenen Lizenz und ist hiervon nicht betroffen
28
// ++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
29
// + Redistributions of source code (with or without modifications) must retain the above copyright notice,
30
// + this list of conditions and the following disclaimer.
31
// +   * Neither the name of the copyright holders nor the names of contributors may be used to endorse or promote products derived
32
// +     from this software without specific prior written permission.
33
// +   * The use of this project (hardware, software, binary files, sources and documentation) is only permittet
34
// +     for non-commercial use (directly or indirectly)
35
// +     Commercial use (for excample: selling of MikroKopters, selling of PCBs, assembly, ...) is only permitted
36
// +     with our written permission
37
// +   * If sources or documentations are redistributet on other webpages, out webpage (http://www.MikroKopter.de) must be
38
// +     clearly linked as origin
39
// +   * porting to systems other than hardware from www.mikrokopter.de is not allowed
40
// +  THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE COPYRIGHT HOLDERS AND CONTRIBUTORS "AS IS"
41
// +  AND ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
42
// +  IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
43
// +  ARE DISCLAIMED. IN NO EVENT SHALL THE COPYRIGHT OWNER OR CONTRIBUTORS BE
44
// +  LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR
45
// +  CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF
46
// +  SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS
47
// +  INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN// +  CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE)
48
// +  ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE
49
// +  POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
50
// ++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
51
#include <inttypes.h>
52
#include <stdlib.h>
53
#include "fc.h"
54
#include "ubx.h"
55
#include "mymath.h"
56
#include "timer0.h"
57
#include "uart0.h"
58
#include "rc.h"
59
#include "eeprom.h"
60
 
61
typedef enum
62
{
63
        GPS_FLIGHT_MODE_UNDEF,
64
        GPS_FLIGHT_MODE_FREE,
65
        GPS_FLIGHT_MODE_AID,
66
        GPS_FLIGHT_MODE_HOME,
67
} FlightMode_t;
68
 
69
#define GPS_POSINTEGRAL_LIMIT 32000
70
#define GPS_STICK_LIMIT         45              // limit of gps stick control to avoid critical flight attitudes
71
#define GPS_P_LIMIT                     25
72
 
73
 
74
typedef struct
75
{
76
        int32_t Longitude;
77
        int32_t Latitude;
78
        int32_t Altitude;
79
        Status_t Status;
80
} GPS_Pos_t;
81
 
82
// GPS coordinates for hold position
83
GPS_Pos_t HoldPosition  = {0,0,0,INVALID};
84
// GPS coordinates for home position
85
GPS_Pos_t HomePosition  = {0,0,0,INVALID};
86
// the current flight mode
87
FlightMode_t FlightMode = GPS_FLIGHT_MODE_UNDEF;
88
 
89
 
90
// ---------------------------------------------------------------------------------
91
void GPS_UpdateParameter(void)
92
{
93
        static FlightMode_t FlightModeOld = GPS_FLIGHT_MODE_UNDEF;
94
 
95
        if((RC_Quality < 100) || (MKFlags & MKFLAG_EMERGENCY_LANDING))
96
        {
97
                FlightMode = GPS_FLIGHT_MODE_FREE;
98
        }
99
        else
100
        {
101
                if     (FCParam.NaviGpsModeControl <  50) FlightMode = GPS_FLIGHT_MODE_AID;
102
                else if(FCParam.NaviGpsModeControl < 180) FlightMode = GPS_FLIGHT_MODE_FREE;
103
                else                                              FlightMode = GPS_FLIGHT_MODE_HOME;
104
        }
105
        if (FlightMode != FlightModeOld)
106
        {
107
                BeepTime = 100;
108
        }
109
        FlightModeOld = FlightMode;
110
}
111
 
112
 
113
 
114
// ---------------------------------------------------------------------------------
115
// This function defines a good GPS signal condition
116
uint8_t GPS_IsSignalOK(void)
117
{
118
        static uint8_t GPSFix = 0;
119
        if( (GPSInfo.status != INVALID)  && (GPSInfo.satfix == SATFIX_3D) && (GPSInfo.flags & FLAG_GPSFIXOK) && ((GPSInfo.satnum >= ParamSet.NaviGpsMinSat) || GPSFix))
120
        {
121
                GPSFix = 1;
122
                return(1);
123
 
124
        }
125
        else return (0);
126
 
127
}
128
// ---------------------------------------------------------------------------------
129
// rescale xy-vector length to  limit
130
uint8_t GPS_LimitXY(int32_t *x, int32_t *y, int32_t limit)
131
{
132
        uint8_t retval = 0;
133
        int32_t len;
134
        len = (int32_t)c_sqrt(*x * *x + *y * *y);
135
        if (len > limit)
136
        {
137
                // normalize control vector components to the limit
138
                *x  = (*x  * limit) / len;
139
                *y  = (*y  * limit) / len;
140
                retval = 1;
141
        }
142
        return(retval);
143
}
144
 
145
// checks nick and roll sticks for manual control
146
uint8_t GPS_IsManualControlled(void)
147
{
148
        if ( (abs(PPM_in[ParamSet.ChannelAssignment[CH_NICK]]) < ParamSet.NaviStickThreshold) && (abs(PPM_in[ParamSet.ChannelAssignment[CH_ROLL]]) < ParamSet.NaviStickThreshold)) return 0;
149
        else return 1;
150
}
151
 
152
// set given position to current gps position
153
uint8_t GPS_SetCurrPosition(GPS_Pos_t * pGPSPos)
154
{
155
        uint8_t retval = 0;
156
        if(pGPSPos == NULL) return(retval);     // bad pointer
157
 
158
        if(GPS_IsSignalOK())
159
        {       // is GPS signal condition is fine
160
                pGPSPos->Longitude      = GPSInfo.longitude;
161
                pGPSPos->Latitude       = GPSInfo.latitude;
162
                pGPSPos->Altitude       = GPSInfo.altitude;
163
                pGPSPos->Status         = NEWDATA;
164
                retval = 1;
165
        }
166
        else
167
        {       // bad GPS signal condition
168
                pGPSPos->Status = INVALID;
169
                retval = 0;
170
        }
171
        return(retval);
172
}
173
 
174
// clear position
175
uint8_t GPS_ClearPosition(GPS_Pos_t * pGPSPos)
176
{
177
        uint8_t retval = 0;
178
        if(pGPSPos == NULL) return(retval);     // bad pointer
179
        else
180
        {
181
                pGPSPos->Longitude      = 0;
182
                pGPSPos->Latitude       = 0;
183
                pGPSPos->Altitude       = 0;
184
                pGPSPos->Status         = INVALID;
185
                retval = 1;
186
        }
187
        return (retval);
188
}
189
 
190
// disable GPS control sticks
191
void GPS_Neutral(void)
192
{
193
        GPSStickNick = 0;
194
        GPSStickRoll = 0;
195
}
196
 
197
// calculates the GPS control stick values from the deviation to target position
198
// if the pointer to the target positin is NULL or is the target position invalid
199
// then the P part of the controller is deactivated.
200
void GPS_PIDController(GPS_Pos_t *pTargetPos)
201
{
202
        static int32_t PID_Nick, PID_Roll;
203
        int32_t coscompass, sincompass;
204
        int32_t GPSPosDev_North, GPSPosDev_East; // Position deviation in cm
205
        int32_t P_North = 0, D_North = 0, P_East = 0, D_East = 0, I_North = 0, I_East = 0;
206
        int32_t PID_North = 0, PID_East = 0;
207
        static int32_t cos_target_latitude = 1;
208
        static int32_t GPSPosDevIntegral_North = 0, GPSPosDevIntegral_East = 0;
209
        static GPS_Pos_t *pLastTargetPos = 0;
210
 
211
        // if GPS data and Compass are ok
212
        if( GPS_IsSignalOK() && (CompassHeading >= 0) )
213
        {
214
 
215
                if(pTargetPos != NULL) // if there is a target position
216
                {
217
                        if(pTargetPos->Status != INVALID) // and the position data are valid
218
                        {
219
                                // if the target data are updated or the target pointer has changed
220
                                if ((pTargetPos->Status != PROCESSED) || (pTargetPos != pLastTargetPos) )
221
                                {
222
                                        // reset error integral
223
                                        GPSPosDevIntegral_North = 0;
224
                                        GPSPosDevIntegral_East = 0;
225
                                        // recalculate latitude projection
226
                                        cos_target_latitude = (int32_t)c_cos_8192((int16_t)(pTargetPos->Latitude/10000000L));
227
                                        // remember last target pointer
228
                                        pLastTargetPos = pTargetPos;
229
                                        // mark data as processed
230
                                        pTargetPos->Status = PROCESSED;
231
                                }
232
                                // calculate position deviation from latitude and longitude differences
233
                                GPSPosDev_North = (GPSInfo.latitude - pTargetPos->Latitude); // to calculate real cm we would need *111/100 additionally
234
                                GPSPosDev_East  = (GPSInfo.longitude - pTargetPos->Longitude); // to calculate real cm we would need *111/100 additionally
235
                                // calculate latitude projection
236
                                GPSPosDev_East  *= cos_target_latitude;
237
                                GPSPosDev_East /= 8192;
238
                        }
239
                        else // no valid target position available
240
                        {
241
                                // reset error
242
                                GPSPosDev_North = 0;
243
                                GPSPosDev_East = 0;
244
                                // reset error integral
245
                                GPSPosDevIntegral_North = 0;
246
                                GPSPosDevIntegral_East = 0;
247
                        }
248
                }
249
                else // no target position available
250
                {
251
                        // reset error
252
                        GPSPosDev_North = 0;
253
                        GPSPosDev_East = 0;
254
                        // reset error integral
255
                        GPSPosDevIntegral_North = 0;
256
                        GPSPosDevIntegral_East = 0;
257
                }
258
 
259
                //Calculate PID-components of the controller
260
 
261
                // D-Part
262
                D_North = ((int32_t)FCParam.NaviGpsD * GPSInfo.velnorth)/512;
263
                D_East =  ((int32_t)FCParam.NaviGpsD * GPSInfo.veleast)/512;
264
 
265
                // P-Part
266
                P_North = ((int32_t)FCParam.NaviGpsP * GPSPosDev_North)/2048;
267
                P_East =  ((int32_t)FCParam.NaviGpsP * GPSPosDev_East)/2048;
268
 
269
                // I-Part
270
                I_North = ((int32_t)FCParam.NaviGpsI * GPSPosDevIntegral_North)/8192;
271
                I_East =  ((int32_t)FCParam.NaviGpsI * GPSPosDevIntegral_East)/8192;
272
 
273
 
274
                // combine P & I
275
                PID_North = P_North + I_North;
276
                PID_East  = P_East  + I_East;
277
                if(!GPS_LimitXY(&PID_North, &PID_East, GPS_P_LIMIT))
278
                {
279
                        GPSPosDevIntegral_North += GPSPosDev_North/16;
280
                        GPSPosDevIntegral_East  += GPSPosDev_East/16;
1237 killagreg 281
                        GPS_LimitXY(&GPSPosDevIntegral_North, &GPSPosDevIntegral_East, GPS_POSINTEGRAL_LIMIT);
1227 killagreg 282
                }
283
 
284
                // combine PI- and D-Part
285
                PID_North += D_North;
286
                PID_East  += D_East;
287
 
288
 
289
                // scale combination with gain.
290
                PID_North = (PID_North * (int32_t)FCParam.NaviGpsGain) / 100;
291
                PID_East  = (PID_East  * (int32_t)FCParam.NaviGpsGain) / 100;
292
 
293
                // GPS to nick and roll settings
294
 
295
                // A positive nick angle moves head downwards (flying forward).
296
                // A positive roll angle tilts left side downwards (flying left).
297
                // If compass heading is 0 the head of the copter is in north direction.
298
                // A positive nick angle will fly to north and a positive roll angle will fly to west.
299
                // In case of a positive north deviation/velocity the
300
                // copter should fly to south (negative nick).
301
                // In case of a positive east position deviation and a positive east velocity the
302
                // copter should fly to west (positive roll).
303
                // The influence of the GPSStickNick and GPSStickRoll variable is contrarily to the stick values
304
                // in the fc.c. Therefore a positive north deviation/velocity should result in a positive
305
                // GPSStickNick and a positive east deviation/velocity should result in a negative GPSStickRoll.
306
 
307
                coscompass = (int32_t)c_cos_8192(YawGyroHeading / GYRO_DEG_FACTOR);
308
                sincompass = (int32_t)c_sin_8192(YawGyroHeading / GYRO_DEG_FACTOR);
309
                PID_Nick =   (coscompass * PID_North + sincompass * PID_East) / 8192;
310
                PID_Roll  =  (sincompass * PID_North - coscompass * PID_East) / 8192;
311
 
312
 
313
                // limit resulting GPS control vector
314
                GPS_LimitXY(&PID_Nick, &PID_Roll, GPS_STICK_LIMIT);
315
 
316
                GPSStickNick = (int16_t)PID_Nick;
317
                GPSStickRoll = (int16_t)PID_Roll;
318
        }
319
        else // invalid GPS data or bad compass reading
320
        {
321
                GPS_Neutral(); // do nothing
322
                // reset error integral
323
                GPSPosDevIntegral_North = 0;
324
                GPSPosDevIntegral_East = 0;
325
        }
326
}
327
 
328
 
329
 
330
 
331
void GPS_Main(void)
332
{
333
        static uint8_t GPS_P_Delay = 0;
334
        static uint16_t beep_rythm = 0;
335
 
336
        GPS_UpdateParameter();
337
 
338
        // store home position if start of flight flag is set
339
        if(MKFlags & MKFLAG_CALIBRATE)
340
        {
341
                if(GPS_SetCurrPosition(&HomePosition)) BeepTime = 700;
342
        }
343
 
344
        switch(GPSInfo.status)
345
        {
346
        case INVALID:  // invalid gps data
347
                GPS_Neutral();
348
                if(FlightMode != GPS_FLIGHT_MODE_FREE)
349
                {
350
                        BeepTime = 100; // beep if signal is neccesary
351
                }
352
                break;
353
        case PROCESSED: // if gps data are already processed do nothing
354
                // downcount timeout
355
                if(GPSTimeout) GPSTimeout--;
356
                // if no new data arrived within timeout set current data invalid
357
                // and therefore disable GPS
358
                else
359
                {
360
                        GPS_Neutral();
361
                        GPSInfo.status = INVALID;
362
                }
363
                break;
364
        case NEWDATA: // new valid data from gps device
365
                // if the gps data quality is good
366
                beep_rythm++;
367
 
368
                if (GPS_IsSignalOK())
369
                {
370
                        switch(FlightMode) // check what's to do
371
                        {
372
                                case GPS_FLIGHT_MODE_FREE:
373
                                        // update hold position to current gps position
374
                                        GPS_SetCurrPosition(&HoldPosition); // can get invalid if gps signal is bad
375
                                        // disable gps control
376
                                        GPS_Neutral();
377
                                        break;
378
 
379
                                case GPS_FLIGHT_MODE_AID:
380
                                        if(HoldPosition.Status != INVALID)
381
                                        {
382
                                                if( GPS_IsManualControlled() ) // MK controlled by user
383
                                                {
384
                                                        // update hold point to current gps position
385
                                                        GPS_SetCurrPosition(&HoldPosition);
386
                                                        // disable gps control
387
                                                        GPS_Neutral();
388
                                                        GPS_P_Delay = 0;
389
                                                }
390
                                                else // GPS control active
391
                                                {
392
                                                        if(GPS_P_Delay < 7)
393
                                                        { // delayed activation of P-Part for 8 cycles (8*0.25s = 2s)
394
                                                                GPS_P_Delay++;
395
                                                                GPS_SetCurrPosition(&HoldPosition); // update hold point to current gps position
396
                                                                GPS_PIDController(NULL); // activates only the D-Part
397
                                                        }
398
                                                        else GPS_PIDController(&HoldPosition);// activates the P&D-Part
399
                                                }
400
                                        }
401
                                        else // invalid Hold Position
402
                                        {  // try to catch a valid hold position from gps data input
403
                                                GPS_SetCurrPosition(&HoldPosition);
404
                                                GPS_Neutral();
405
                                        }
406
                                        break;
407
 
408
                                case GPS_FLIGHT_MODE_HOME:
409
                                        if(HomePosition.Status != INVALID)
410
                                        {
411
                                                // update hold point to current gps position
412
                                                // to avoid a flight back if home comming is deactivated
413
                                                GPS_SetCurrPosition(&HoldPosition);
414
                                                if( GPS_IsManualControlled() ) // MK controlled by user
415
                                                {
416
                                                        GPS_Neutral();
417
                                                }
418
                                                else // GPS control active
419
                                                {
420
                                                        GPS_PIDController(&HomePosition);
421
                                                }
422
                                        }
423
                                        else // bad home position
424
                                        {
425
                                                BeepTime = 50; // signal invalid home position
426
                                                // try to hold at least the position as a fallback option
427
 
428
                                                if (HoldPosition.Status != INVALID)
429
                                                {
430
                                                        if( GPS_IsManualControlled() ) // MK controlled by user
431
                                                        {
432
                                                                GPS_Neutral();
433
                                                        }
434
                                                        else // GPS control active
435
                                                        {
436
                                                                GPS_PIDController(&HoldPosition);
437
                                                        }
438
                                                }
439
                                                else
440
                                                { // try to catch a valid hold position
441
                                                        GPS_SetCurrPosition(&HoldPosition);
442
                                                        GPS_Neutral();
443
                                                }
444
                                        }
445
                                        break; // eof TSK_HOME
446
                                default: // unhandled task
447
                                        GPS_Neutral();
448
                                        break; // eof default
449
                        } // eof switch GPS_Task
450
                } // eof gps data quality is good
451
                else // gps data quality is bad
452
                {       // disable gps control
453
                        GPS_Neutral();
454
                        if(FlightMode != GPS_FLIGHT_MODE_FREE)
455
                        {
456
                                // beep if signal is not sufficient
457
                                if(!(GPSInfo.flags & FLAG_GPSFIXOK) && !(beep_rythm % 5)) BeepTime = 100;
458
                                else if (GPSInfo.satnum < ParamSet.NaviGpsMinSat && !(beep_rythm % 5)) BeepTime = 10;
459
                        }
460
                }
461
                // set current data as processed to avoid further calculations on the same gps data
462
                GPSInfo.status = PROCESSED;
463
                break;
464
        } // eof GPSInfo.status
465
}
466