Subversion Repositories FlightCtrl

Rev

Rev 1539 | Details | Compare with Previous | Last modification | View Log | RSS feed

Rev Author Line No. Line
1538 killagreg 1
// ++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
2
// + Copyright (c) Holger Buss, Ingo Busker
3
// + Nur für den privaten Gebrauch
4
// + www.MikroKopter.com
5
// + porting the sources to other systems or using the software on other systems (except hardware from www.mikrokopter.de) is not allowed
6
// ++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
7
// + Es gilt für das gesamte Projekt (Hardware, Software, Binärfiles, Sourcecode und Dokumentation),
8
// + dass eine Nutzung (auch auszugsweise) nur für den privaten (nicht-kommerziellen) Gebrauch zulässig ist.
9
// + Sollten direkte oder indirekte kommerzielle Absichten verfolgt werden, ist mit uns (info@mikrokopter.de) Kontakt
10
// + bzgl. der Nutzungsbedingungen aufzunehmen.
11
// + Eine kommerzielle Nutzung ist z.B.Verkauf von MikroKoptern, Bestückung und Verkauf von Platinen oder Bausätzen,
12
// + Verkauf von Luftbildaufnahmen, usw.
13
// ++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
14
// + Werden Teile des Quellcodes (mit oder ohne Modifikation) weiterverwendet oder veröffentlicht,
15
// + unterliegen sie auch diesen Nutzungsbedingungen und diese Nutzungsbedingungen incl. Copyright müssen dann beiliegen
16
// ++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
17
// + Sollte die Software (auch auszugesweise) oder sonstige Informationen des MikroKopter-Projekts
18
// + auf anderen Webseiten oder sonstigen Medien veröffentlicht werden, muss unsere Webseite "http://www.mikrokopter.de"
19
// + eindeutig als Ursprung verlinkt werden
20
// ++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
21
// + Keine Gewähr auf Fehlerfreiheit, Vollständigkeit oder Funktion
22
// + Benutzung auf eigene Gefahr
23
// + Wir übernehmen keinerlei Haftung für direkte oder indirekte Personen- oder Sachschäden
24
// ++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
25
// + Die Portierung der Software (oder Teile davon) auf andere Systeme (ausser der Hardware von www.mikrokopter.de) ist nur
26
// + mit unserer Zustimmung zulässig
27
// ++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
28
// + Die Funktion printf_P() unterliegt ihrer eigenen Lizenz und ist hiervon nicht betroffen
29
// ++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
30
// + Redistributions of source code (with or without modifications) must retain the above copyright notice,
31
// + this list of conditions and the following disclaimer.
32
// +   * Neither the name of the copyright holders nor the names of contributors may be used to endorse or promote products derived
33
// +     from this software without specific prior written permission.
34
// +   * The use of this project (hardware, software, binary files, sources and documentation) is only permittet
35
// +     for non-commercial use (directly or indirectly)
36
// +     Commercial use (for excample: selling of MikroKopters, selling of PCBs, assembly, ...) is only permitted
37
// +     with our written permission
38
// +   * If sources or documentations are redistributet on other webpages, out webpage (http://www.MikroKopter.de) must be
39
// +     clearly linked as origin
40
// +   * porting to systems other than hardware from www.mikrokopter.de is not allowed
41
// +  THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE COPYRIGHT HOLDERS AND CONTRIBUTORS "AS IS"
42
// +  AND ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
43
// +  IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
44
// +  ARE DISCLAIMED. IN NO EVENT SHALL THE COPYRIGHT OWNER OR CONTRIBUTORS BE
45
// +  LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR
46
// +  CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF
47
// +  SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS
48
// +  INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN// +  CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE)
49
// +  ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE
50
// +  POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
51
// ++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
52
#include <inttypes.h>
53
#include <stdlib.h>
54
#include "fc.h"
55
#include "ubx.h"
56
#include "mymath.h"
57
#include "timer0.h"
58
#include "uart0.h"
59
#include "rc.h"
60
#include "eeprom.h"
61
 
62
typedef enum
63
{
64
        GPS_FLIGHT_MODE_UNDEF,
65
        GPS_FLIGHT_MODE_FREE,
66
        GPS_FLIGHT_MODE_AID,
67
        GPS_FLIGHT_MODE_HOME,
68
} FlightMode_t;
69
 
70
#define GPS_POSINTEGRAL_LIMIT 32000
71
#define GPS_STICK_LIMIT         45              // limit of gps stick control to avoid critical flight attitudes
72
#define GPS_P_LIMIT                     25
73
 
74
 
75
typedef struct
76
{
77
        int32_t Longitude;
78
        int32_t Latitude;
79
        int32_t Altitude;
80
        Status_t Status;
81
} GPS_Pos_t;
82
 
83
// GPS coordinates for hold position
84
GPS_Pos_t HoldPosition  = {0,0,0,INVALID};
85
// GPS coordinates for home position
86
GPS_Pos_t HomePosition  = {0,0,0,INVALID};
87
// the current flight mode
88
FlightMode_t FlightMode = GPS_FLIGHT_MODE_UNDEF;
89
 
90
 
91
// ---------------------------------------------------------------------------------
92
void GPS_UpdateParameter(void)
93
{
94
        static FlightMode_t FlightModeOld = GPS_FLIGHT_MODE_UNDEF;
95
 
96
        if((RC_Quality < 100) || (MKFlags & MKFLAG_EMERGENCY_LANDING))
97
        {
98
                FlightMode = GPS_FLIGHT_MODE_FREE;
99
        }
100
        else
101
        {
102
                if     (FCParam.NaviGpsModeControl <  50) FlightMode = GPS_FLIGHT_MODE_AID;
103
                else if(FCParam.NaviGpsModeControl < 180) FlightMode = GPS_FLIGHT_MODE_FREE;
104
                else                                              FlightMode = GPS_FLIGHT_MODE_HOME;
105
        }
106
        if (FlightMode != FlightModeOld)
107
        {
108
                BeepTime = 100;
109
        }
110
        FlightModeOld = FlightMode;
111
}
112
 
113
 
114
 
115
// ---------------------------------------------------------------------------------
116
// This function defines a good GPS signal condition
117
uint8_t GPS_IsSignalOK(void)
118
{
119
        static uint8_t GPSFix = 0;
120
        if( (GPSInfo.status != INVALID)  && (GPSInfo.satfix == SATFIX_3D) && (GPSInfo.flags & FLAG_GPSFIXOK) && ((GPSInfo.satnum >= ParamSet.NaviGpsMinSat) || GPSFix))
121
        {
122
                GPSFix = 1;
123
                return(1);
124
 
125
        }
126
        else return (0);
127
 
128
}
129
// ---------------------------------------------------------------------------------
130
// rescale xy-vector length to  limit
131
uint8_t GPS_LimitXY(int32_t *x, int32_t *y, int32_t limit)
132
{
133
        uint8_t retval = 0;
134
        int32_t len;
135
        len = (int32_t)c_sqrt(*x * *x + *y * *y);
136
        if (len > limit)
137
        {
138
                // normalize control vector components to the limit
139
                *x  = (*x  * limit) / len;
140
                *y  = (*y  * limit) / len;
141
                retval = 1;
142
        }
143
        return(retval);
144
}
145
 
146
// checks nick and roll sticks for manual control
147
uint8_t GPS_IsManualControlled(void)
148
{
149
        if ( (abs(PPM_in[ParamSet.ChannelAssignment[CH_NICK]]) < ParamSet.NaviStickThreshold) && (abs(PPM_in[ParamSet.ChannelAssignment[CH_ROLL]]) < ParamSet.NaviStickThreshold)) return 0;
150
        else return 1;
151
}
152
 
153
// set given position to current gps position
154
uint8_t GPS_SetCurrPosition(GPS_Pos_t * pGPSPos)
155
{
156
        uint8_t retval = 0;
157
        if(pGPSPos == NULL) return(retval);     // bad pointer
158
 
159
        if(GPS_IsSignalOK())
160
        {       // is GPS signal condition is fine
161
                pGPSPos->Longitude      = GPSInfo.longitude;
162
                pGPSPos->Latitude       = GPSInfo.latitude;
163
                pGPSPos->Altitude       = GPSInfo.altitude;
164
                pGPSPos->Status         = NEWDATA;
165
                retval = 1;
166
        }
167
        else
168
        {       // bad GPS signal condition
169
                pGPSPos->Status = INVALID;
170
                retval = 0;
171
        }
172
        return(retval);
173
}
174
 
175
// clear position
176
uint8_t GPS_ClearPosition(GPS_Pos_t * pGPSPos)
177
{
178
        uint8_t retval = 0;
179
        if(pGPSPos == NULL) return(retval);     // bad pointer
180
        else
181
        {
182
                pGPSPos->Longitude      = 0;
183
                pGPSPos->Latitude       = 0;
184
                pGPSPos->Altitude       = 0;
185
                pGPSPos->Status         = INVALID;
186
                retval = 1;
187
        }
188
        return (retval);
189
}
190
 
191
// disable GPS control sticks
192
void GPS_Neutral(void)
193
{
194
        GPSStickNick = 0;
195
        GPSStickRoll = 0;
196
}
197
 
198
// calculates the GPS control stick values from the deviation to target position
199
// if the pointer to the target positin is NULL or is the target position invalid
200
// then the P part of the controller is deactivated.
201
void GPS_PIDController(GPS_Pos_t *pTargetPos)
202
{
203
        static int32_t PID_Nick, PID_Roll;
204
        int32_t coscompass, sincompass;
205
        int32_t GPSPosDev_North, GPSPosDev_East; // Position deviation in cm
206
        int32_t P_North = 0, D_North = 0, P_East = 0, D_East = 0, I_North = 0, I_East = 0;
207
        int32_t PID_North = 0, PID_East = 0;
208
        static int32_t cos_target_latitude = 1;
209
        static int32_t GPSPosDevIntegral_North = 0, GPSPosDevIntegral_East = 0;
210
        static GPS_Pos_t *pLastTargetPos = 0;
211
 
212
        // if GPS data and Compass are ok
213
        if( GPS_IsSignalOK() && (CompassHeading >= 0) )
214
        {
215
 
216
                if(pTargetPos != NULL) // if there is a target position
217
                {
218
                        if(pTargetPos->Status != INVALID) // and the position data are valid
219
                        {
220
                                // if the target data are updated or the target pointer has changed
221
                                if ((pTargetPos->Status != PROCESSED) || (pTargetPos != pLastTargetPos) )
222
                                {
223
                                        // reset error integral
224
                                        GPSPosDevIntegral_North = 0;
225
                                        GPSPosDevIntegral_East = 0;
226
                                        // recalculate latitude projection
227
                                        cos_target_latitude = (int32_t)c_cos_8192((int16_t)(pTargetPos->Latitude/10000000L));
228
                                        // remember last target pointer
229
                                        pLastTargetPos = pTargetPos;
230
                                        // mark data as processed
231
                                        pTargetPos->Status = PROCESSED;
232
                                }
233
                                // calculate position deviation from latitude and longitude differences
234
                                GPSPosDev_North = (GPSInfo.latitude - pTargetPos->Latitude); // to calculate real cm we would need *111/100 additionally
235
                                GPSPosDev_East  = (GPSInfo.longitude - pTargetPos->Longitude); // to calculate real cm we would need *111/100 additionally
236
                                // calculate latitude projection
237
                                GPSPosDev_East  *= cos_target_latitude;
238
                                GPSPosDev_East /= 8192;
239
                        }
240
                        else // no valid target position available
241
                        {
242
                                // reset error
243
                                GPSPosDev_North = 0;
244
                                GPSPosDev_East = 0;
245
                                // reset error integral
246
                                GPSPosDevIntegral_North = 0;
247
                                GPSPosDevIntegral_East = 0;
248
                        }
249
                }
250
                else // no target position available
251
                {
252
                        // reset error
253
                        GPSPosDev_North = 0;
254
                        GPSPosDev_East = 0;
255
                        // reset error integral
256
                        GPSPosDevIntegral_North = 0;
257
                        GPSPosDevIntegral_East = 0;
258
                }
259
 
260
                //Calculate PID-components of the controller
261
 
262
                // D-Part
263
                D_North = ((int32_t)FCParam.NaviGpsD * GPSInfo.velnorth)/512;
264
                D_East =  ((int32_t)FCParam.NaviGpsD * GPSInfo.veleast)/512;
265
 
266
                // P-Part
267
                P_North = ((int32_t)FCParam.NaviGpsP * GPSPosDev_North)/2048;
268
                P_East =  ((int32_t)FCParam.NaviGpsP * GPSPosDev_East)/2048;
269
 
270
                // I-Part
271
                I_North = ((int32_t)FCParam.NaviGpsI * GPSPosDevIntegral_North)/8192;
272
                I_East =  ((int32_t)FCParam.NaviGpsI * GPSPosDevIntegral_East)/8192;
273
 
274
 
275
                // combine P & I
276
                PID_North = P_North + I_North;
277
                PID_East  = P_East  + I_East;
278
                if(!GPS_LimitXY(&PID_North, &PID_East, GPS_P_LIMIT))
279
                {
280
                        GPSPosDevIntegral_North += GPSPosDev_North/16;
281
                        GPSPosDevIntegral_East  += GPSPosDev_East/16;
282
                        GPS_LimitXY(&GPSPosDevIntegral_North, &GPSPosDevIntegral_East, GPS_POSINTEGRAL_LIMIT);
283
                }
284
 
285
                // combine PI- and D-Part
286
                PID_North += D_North;
287
                PID_East  += D_East;
288
 
289
 
290
                // scale combination with gain.
291
                PID_North = (PID_North * (int32_t)FCParam.NaviGpsGain) / 100;
292
                PID_East  = (PID_East  * (int32_t)FCParam.NaviGpsGain) / 100;
293
 
294
                // GPS to nick and roll settings
295
 
296
                // A positive nick angle moves head downwards (flying forward).
297
                // A positive roll angle tilts left side downwards (flying left).
298
                // If compass heading is 0 the head of the copter is in north direction.
299
                // A positive nick angle will fly to north and a positive roll angle will fly to west.
300
                // In case of a positive north deviation/velocity the
301
                // copter should fly to south (negative nick).
302
                // In case of a positive east position deviation and a positive east velocity the
303
                // copter should fly to west (positive roll).
304
                // The influence of the GPSStickNick and GPSStickRoll variable is contrarily to the stick values
305
                // in the fc.c. Therefore a positive north deviation/velocity should result in a positive
306
                // GPSStickNick and a positive east deviation/velocity should result in a negative GPSStickRoll.
307
 
308
                coscompass = (int32_t)c_cos_8192(YawGyroHeading / GYRO_DEG_FACTOR);
309
                sincompass = (int32_t)c_sin_8192(YawGyroHeading / GYRO_DEG_FACTOR);
310
                PID_Nick =   (coscompass * PID_North + sincompass * PID_East) / 8192;
311
                PID_Roll  =  (sincompass * PID_North - coscompass * PID_East) / 8192;
312
 
313
 
314
                // limit resulting GPS control vector
315
                GPS_LimitXY(&PID_Nick, &PID_Roll, GPS_STICK_LIMIT);
316
 
317
                GPSStickNick = (int16_t)PID_Nick;
318
                GPSStickRoll = (int16_t)PID_Roll;
319
        }
320
        else // invalid GPS data or bad compass reading
321
        {
322
                GPS_Neutral(); // do nothing
323
                // reset error integral
324
                GPSPosDevIntegral_North = 0;
325
                GPSPosDevIntegral_East = 0;
326
        }
327
}
328
 
329
 
330
 
331
 
332
void GPS_Main(void)
333
{
334
        static uint8_t GPS_P_Delay = 0;
335
        static uint16_t beep_rythm = 0;
336
 
337
        GPS_UpdateParameter();
338
 
339
        // store home position if start of flight flag is set
340
        if(MKFlags & MKFLAG_CALIBRATE)
341
        {
342
                if(GPS_SetCurrPosition(&HomePosition)) BeepTime = 700;
343
        }
344
 
345
        switch(GPSInfo.status)
346
        {
347
        case INVALID:  // invalid gps data
348
                GPS_Neutral();
349
                if(FlightMode != GPS_FLIGHT_MODE_FREE)
350
                {
351
                        BeepTime = 100; // beep if signal is neccesary
352
                }
353
                break;
354
        case PROCESSED: // if gps data are already processed do nothing
355
                // downcount timeout
356
                if(GPSTimeout) GPSTimeout--;
357
                // if no new data arrived within timeout set current data invalid
358
                // and therefore disable GPS
359
                else
360
                {
361
                        GPS_Neutral();
362
                        GPSInfo.status = INVALID;
363
                }
364
                break;
365
        case NEWDATA: // new valid data from gps device
366
                // if the gps data quality is good
367
                beep_rythm++;
368
 
369
                if (GPS_IsSignalOK())
370
                {
371
                        switch(FlightMode) // check what's to do
372
                        {
373
                                case GPS_FLIGHT_MODE_FREE:
374
                                        // update hold position to current gps position
375
                                        GPS_SetCurrPosition(&HoldPosition); // can get invalid if gps signal is bad
376
                                        // disable gps control
377
                                        GPS_Neutral();
378
                                        break;
379
 
380
                                case GPS_FLIGHT_MODE_AID:
381
                                        if(HoldPosition.Status != INVALID)
382
                                        {
383
                                                if( GPS_IsManualControlled() ) // MK controlled by user
384
                                                {
385
                                                        // update hold point to current gps position
386
                                                        GPS_SetCurrPosition(&HoldPosition);
387
                                                        // disable gps control
388
                                                        GPS_Neutral();
389
                                                        GPS_P_Delay = 0;
390
                                                }
391
                                                else // GPS control active
392
                                                {
393
                                                        if(GPS_P_Delay < 7)
394
                                                        { // delayed activation of P-Part for 8 cycles (8*0.25s = 2s)
395
                                                                GPS_P_Delay++;
396
                                                                GPS_SetCurrPosition(&HoldPosition); // update hold point to current gps position
397
                                                                GPS_PIDController(NULL); // activates only the D-Part
398
                                                        }
399
                                                        else GPS_PIDController(&HoldPosition);// activates the P&D-Part
400
                                                }
401
                                        }
402
                                        else // invalid Hold Position
403
                                        {  // try to catch a valid hold position from gps data input
404
                                                GPS_SetCurrPosition(&HoldPosition);
405
                                                GPS_Neutral();
406
                                        }
407
                                        break;
408
 
409
                                case GPS_FLIGHT_MODE_HOME:
410
                                        if(HomePosition.Status != INVALID)
411
                                        {
412
                                                // update hold point to current gps position
413
                                                // to avoid a flight back if home comming is deactivated
414
                                                GPS_SetCurrPosition(&HoldPosition);
415
                                                if( GPS_IsManualControlled() ) // MK controlled by user
416
                                                {
417
                                                        GPS_Neutral();
418
                                                }
419
                                                else // GPS control active
420
                                                {
421
                                                        GPS_PIDController(&HomePosition);
422
                                                }
423
                                        }
424
                                        else // bad home position
425
                                        {
426
                                                BeepTime = 50; // signal invalid home position
427
                                                // try to hold at least the position as a fallback option
428
 
429
                                                if (HoldPosition.Status != INVALID)
430
                                                {
431
                                                        if( GPS_IsManualControlled() ) // MK controlled by user
432
                                                        {
433
                                                                GPS_Neutral();
434
                                                        }
435
                                                        else // GPS control active
436
                                                        {
437
                                                                GPS_PIDController(&HoldPosition);
438
                                                        }
439
                                                }
440
                                                else
441
                                                { // try to catch a valid hold position
442
                                                        GPS_SetCurrPosition(&HoldPosition);
443
                                                        GPS_Neutral();
444
                                                }
445
                                        }
446
                                        break; // eof TSK_HOME
447
                                default: // unhandled task
448
                                        GPS_Neutral();
449
                                        break; // eof default
450
                        } // eof switch GPS_Task
451
                } // eof gps data quality is good
452
                else // gps data quality is bad
453
                {       // disable gps control
454
                        GPS_Neutral();
455
                        if(FlightMode != GPS_FLIGHT_MODE_FREE)
456
                        {
457
                                // beep if signal is not sufficient
458
                                if(!(GPSInfo.flags & FLAG_GPSFIXOK) && !(beep_rythm % 5)) BeepTime = 100;
459
                                else if (GPSInfo.satnum < ParamSet.NaviGpsMinSat && !(beep_rythm % 5)) BeepTime = 10;
460
                        }
461
                }
462
                // set current data as processed to avoid further calculations on the same gps data
463
                GPSInfo.status = PROCESSED;
464
                break;
465
        } // eof GPSInfo.status
466
}
467