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/branches/thjac/V1_10/pitch.c
1,375 → 1,72
/* pitch.c
*
* Copyright 2009 Thomas Jachmann
*
* Pitch-Steuerung
*/
 
#include "main.h"
#include "parameter.h"
#include "fc.h"
#include "pitch_neutral.h"
#include "pitch_md.h"
#include "pitch.h"
 
#define STATE_STARTUP_WAIT 0x00 // Init-Timeout beim Einschalten abwarten
#define STATE_STARTUP_INIT 0x01 // Initialisierung beim Einschalten
#define STATE_BEGIN 0x02 // Anfangszustand nach Einschalten der Motoren
#define STATE_INITIALIZING 0x03 // Initialisierungsphase
#define STATE_MANUAL 0x04 // Manuelle Kontrolle, Höhenregelung in Konfiguration deaktiviert
#define STATE_INACTIVE 0x05 // Manuelle Kontrolle
#define STATE_WAIT 0x06 // Warten auf Einschalten der Höhenregelung
#define STATE_ACTIVATING 0x07 // Aktivierung der Höhenregelung
#define STATE_ACTIVE 0x08 // Höhenregelung ist aktiv
 
#define PARAM_INIT_TIMEOUT 25
// Zeiger auf den durch das Setting bestimmten Pitch-Steuerungsalgorithmus
int (* pitch_value_ptr)( void );
 
// Prototyp
int pitch_mk_value( void );
 
char initTimer = PARAM_INIT_TIMEOUT;
int stickValue = 0; // Aktueller Stick-Wert
int lastStickValue = 0; // Vorheriger Stick-Wert
int zeroStickOffset = 0; // Offset für Stick-Kalibrierung
int pitchOffset = 0; // Aktueller Grundgaswert in Neutralstellung
char state = STATE_STARTUP_WAIT; // Zustand
 
/* Wird verwendet, um das Umschalten auf automatische Höhenregelung
* nach Erreichen der Neutralstellung zu verzögern.
*/
int pitchNeutralTimer = PITCH_NEUTRAL_TIMER;
 
// Variable zur Höhenregelung
int pressureOffset = 0;
int accZOffset = 0;
int lastError = 0;
int lastN = 0; // Zuletzt errechneter Fehlerwert
int averageN = 0;
long altIntegral = 0;
int temp; // Temporäre Werte; wird mehrfach verwendet
 
char pitchNeutralStartup = 1; // 1=Gas-Stick beim Einschalten in Mittelstellung
 
 
extern unsigned char Notlandung; // aus fc.c
 
 
/*
* Berechnet den aktuellen Pitch-Wert für die Regelung
*
* Nach dem Einschalten der FC wird der aktuelle Gas-Stick-Wert gelesen und als Kalibrierungswert
* für die Neutralstellung gespeichert. Somit spielt die korrekte Trimmung des Sticks auf Senderseite
* keine Rolle.
*
* Nach Einschalten der Motoren geht der Stick in Neutralstellung. Diese Stick-Bewegung wird ignoriert
* und die Motoren drehen mit dem eingestellten MinGas2. Ausgehend von der Neutralstellung wird nun
* durch Bewegen des Sticks im oberen Bereich das Gas geregelt.
*
* Das erstmalige Aktivieren der automatischen Höhenregelung erfolgt durch Loslassen des Sticks im
* Schwebeflug. Der zuvor aktuelle Stick-Wert wird als Wert in Neutralstellung übernommen und die
* automatische Höhenregelung sofort aktiviert.
*
* Sobald der Stick die Neutralstellung verläßt, wird die automatische Höhenregelung deaktiviert
* und der vorige Pitch-Wert als Wert der Neutralstellung übernommen. Der Pitch läßt sich nun
* über den gesamten Stick-Bereich regeln.
*
* Erreicht der Stick ein weiteres Mal die Neutralstellung, wird die automatische Höhenregelung
* wieder aktiviert, jetzt jedoch immer mit einer zeitlichen Verzögerung. Nur so ist ein
* ungestörtes manuelles Steuern möglich.
*
* Der Pitch-Wert ist innerhalb der Regelung durch ein konfigurierbares Minimalgas nach unten begrenzt.
* Dieses Minimalgas kann auf einen sehr niedrigen Wert eingestellt sein. Um im Flug nicht unterhalb
* eines Wertes zu gelangen, der die Lageregelung außer Funktion setzt, wird ein zweiter Wert für
* Minimalgas konfiguriert, der greift, sobald erstmalig die automatische Höhenregelung aktiviert wurde.
* Führt die Initialisierung der Pitch-Steuerung durch. Diese Funktion
* wird nach jeder Setting-Auswahl sowie nach jeder Setting-Änderung
* aufgerufen.
*/
int pitch( void ) {
void pitch_init( void ) {
 
int register pitchCount = 0;
// Sind die Motoren eingeschaltet?
if( MotorenEin ) {
// FIXME Funktioniert noch nicht
switch( PARAM_PITCH_MODE ) {
case PARAM_PITCH_MODE_NEUTRAL:
pitch_value_ptr = pitch_neutral_value;
break;
 
// Vorigen Stick-Wert merken
lastStickValue = stickValue;
case PARAM_PITCH_MODE_MD:
pitch_value_ptr = pitch_md_value;
break;
 
/* StickValue exponentiell angleichen, da ausgehend von der Neutralstellung
* nur jeweils die halbe Auflösung nach oben und unten zur Verfügung steht. Bei einer
* Multiplikation mit 2 ließe sich das Gas im Schwebebereich nicht fein genug einstellen. */
temp = PPM_in[ EE_Parameter.Kanalbelegung[ K_GAS ] ] - zeroStickOffset;
if( temp > 0 ) {
temp = temp + ( ( temp * temp ) / 150 );
} else {
temp = temp - ( ( temp * temp ) / 150 );
}
 
// Original-Stick-Wert holen und glätten
stickValue = ( temp + 2 * lastStickValue ) / 3;
 
/* Aktuellen Pitch-Wert berechnen. Der Wert ergibt sich aus dem Pitch-Offset
* zuzüglich dem Stick-Wert. */
pitchCount = stickValue + pitchOffset;
 
switch( state ) {
case STATE_BEGIN:
 
// Schnelles Bewegen aus dem oberen Bereich des Sticks in Neutralstellung
if( ( lastStickValue > PITCH_STICK_THRESHOLD ) &&
( lastStickValue - stickValue >= PITCH_NEUTRAL_DIFF ) ) {
 
pitchOffset = lastStickValue;
state = STATE_INITIALIZING;
pitchNeutralTimer = PITCH_NEUTRAL_TIMER;
}
break;
 
case STATE_INITIALIZING:
 
// Während der Initialisierung das Gas konstant halten
pitchCount = pitchOffset;
 
pitchNeutralTimer--;
 
/* Läuft der Timer ab, bevor der Stick die Neutralstellung erreicht,
* wird die Aktion nicht als "schnelles Bewegen in Neutralstellung"
* gedeutet. */
if( !pitchNeutralTimer ) {
pitchOffset = 0;
state = STATE_BEGIN;
}
 
// Ist die Neutralstellung erreicht?
if( abs( stickValue ) <= PITCH_STICK_THRESHOLD ) {
 
// Ist die Höhenregelung aktiviert?
if( EE_Parameter.GlobalConfig & CFG_HOEHENREGELUNG ) {
state = STATE_ACTIVATING;
} else {
state = STATE_MANUAL;
}
}
break;
 
/* Wenn die Höhenregelung per Konfiguration deaktiviert ist, verbleibt
* die Funktion in diesem Zustand. */
case STATE_MANUAL:
// Min2-Gas einstellen für Lageregelung bei Minimalgas
if( pitchCount < PARAM_PITCH_MIN2 ) {
pitchCount = PARAM_PITCH_MIN2;
}
break;
 
/* Die Höhenregelung ist per Konfiguration aktiviert, jedoch befindet
* sich der Stick außerhalb des als Neutralstellung anerkannten
* Wertebereiches. Es wird manuell geregelt. */
case STATE_INACTIVE:
 
// Ist ein Restart zulässig?
if( PARAM_PITCH_RESTART_ENABLED ) {
/* Wenn der Gashebel ganz unten steht, Timer für Reduzierung des Minimalgaswertes
* starten. Hierfür wird die Variable pitchNeutralTimer verwendet. */
if( PPM_in[ EE_Parameter.Kanalbelegung[ K_GAS ] ] > 35 - 120 ) {
pitchNeutralTimer = PITCH_MIN2_TIMER;
} else {
pitchNeutralTimer--;
/* Gashebel steht seit PITCH_MIN2_TIMER ganz unten; jetzt erfolgt die Initialisierung. */
if( !pitchNeutralTimer ) {
state = STATE_BEGIN;
pitchOffset = 0;
// Signalisieren
beeptime = 500;
}
}
}
// Min2-Gas einstellen für Lageregelung bei Minimalgas
if( pitchCount < PARAM_PITCH_MIN2 ) {
pitchCount = PARAM_PITCH_MIN2;
}
// Stick ist innerhalb der Neutralstellung
if( abs( stickValue ) < PITCH_STICK_THRESHOLD ) {
// Timer neu setzen
pitchNeutralTimer = PITCH_NEUTRAL_TIMER;
state = STATE_WAIT;
}
break;
 
/* Der Stick ist in den für die Neutralstellung gültigen Wertebereich
* gelangt. Nun darf innerhalb einer bestimmten Zeit keine Stick-Bewegung
* erfolgen, um die automatische Höhenregelung zu aktivieren. */
case STATE_WAIT:
 
/* Stick ist innerhalb der Neutralstellung und
Stick-Differenzial ist < 2 */
if( abs( stickValue ) < PITCH_STICK_THRESHOLD &&
lastStickValue == stickValue ) {
pitchNeutralTimer--;
if( !pitchNeutralTimer ) {
state = STATE_ACTIVATING;
}
 
// Aktivierungskriterium nicht erfüllt, zurück in INACTIVE
} else {
state = STATE_INACTIVE;
}
break;
/* Die automatische Höhenregelung wird jetzt aktiviert. Der aktuelle
* Luftdruck wird gespeichert und notwendige Werte für den Regler
* werden initialisiert. */
case STATE_ACTIVATING:
 
// Die Referenzhöhe soll zu Beginn der Neutralstellung genommen werden
pressureOffset = airPressure;
accZOffset = Mess_Integral_Hoch / 128;
lastError = 0;
lastN = 0;
averageN = 0;
altIntegral = 0L;
state = STATE_ACTIVE;
// Einschalten der Höhenregelung signalisieren
beeptime = 500;
break;
 
/* Die automatische Höhenregelung ist aktiv. */
case STATE_ACTIVE:
 
// Stick ist außerhalb der Neutralstellung
if( abs( stickValue ) > PITCH_STICK_THRESHOLD ) {
pitchOffset -= averageN / 4;
pitchCount = stickValue + pitchOffset;
lastN = 0;
state = STATE_INACTIVE;
// Abschaltung der Höhenregelung signalisieren
beeptime = 500;
}
break;
}
 
// Motoren sind aus
} else {
default:
pitch_value_ptr = pitch_mk_value;
}
switch( state ) {
case STATE_STARTUP_WAIT:
// Hier können weitere Initialisierungen folgen
}
 
if( !initTimer-- ) {
state = STATE_STARTUP_INIT;
}
break;
 
case STATE_STARTUP_INIT:
/* Lädt den beim Einschalten der FC anliegenden Stickwert als
* Offset für die Kalibrierung des Gas-Sticks. */
zeroStickOffset = PPM_in[ EE_Parameter.Kanalbelegung[ K_GAS ] ];
int pitch_value( void ) {
switch( PARAM_PITCH_MODE ) {
case PARAM_PITCH_MODE_NEUTRAL:
return pitch_neutral_value();
 
if( zeroStickOffset < -75 )
pitchNeutralStartup = 0;
case PARAM_PITCH_MODE_MD:
return pitch_md_value();
 
// Die Einschaltphase ist jetzt beendet
state = STATE_BEGIN;
 
break;
 
default:
 
/* Nach dem Einschalten der Motoren darf pitchOffset keinen hohen Wert haben,
* da der Kopter sonst sofort hochschießen würde.
*/
pitchCount = 0;
pitchOffset = 0;
stickValue = 0;
state = STATE_BEGIN;
}
default:
return pitch_mk_value();
}
 
if( pitchOffset < 0 )
pitchOffset = 0;
// Pitch-Wert darf nicht < 0 sein
if( pitchCount < 0 ) {
pitchCount = 0;
}
 
// pitchCount als Debug-Wert rausschreiben
DebugOut.Analog[26] = stickValue;
DebugOut.Analog[28] = pitchCount;
DebugOut.Analog[29] = pitchOffset;
 
return pitchCount;
}
 
 
/*
* Berechnet den Korrekturwert für die Höhenregelung
* Führt eine Pitch-Berechnung aus, die der Original-SW entspricht.
*/
int altitudeController( void ) {
 
int register n = 0;
int register error;
 
if( ( state == STATE_ACTIVE ) && !Notlandung ) {
 
// Fehlerwert für Regler ermitteln
error = airPressure - pressureOffset;
int pitch_mk_value( void ) {
register int stickValue = PPM_in[ EE_Parameter.Kanalbelegung[ K_GAS ] ];
register int pitchCount = stickValue + 120;
// Proportionalanteil
n = ( PARAM_ALT_P * error ) / 4; // dividiert durch ( 16 / STICK_GAIN ) = 16 / 4 = 4
DebugOut.Analog[26] = stickValue;
DebugOut.Analog[28] = pitchCount;
 
// Integralanteil
altIntegral += ( PARAM_ALT_I * error ) / 4;
// Integral begrenzen
if( altIntegral > PARAM_ALT_INT_MAX )
altIntegral = PARAM_ALT_INT_MAX;
else if( altIntegral < -PARAM_ALT_INT_MAX )
altIntegral = -PARAM_ALT_INT_MAX;
n += altIntegral / 4000;
// Differenzialanteil
n += ( PARAM_ALT_D * ( error - lastError ) ) / 2;
 
// ACC-Z-Integral zur Dämpfung einbeziehen
temp = ( ( ( Mess_Integral_Hoch / 128 ) - accZOffset ) * (signed long) PARAM_ALT_ACC ) / 32;
 
// Dämpfung limitieren
if( temp > ( 70 * STICK_GAIN ) )
temp = 70 * STICK_GAIN;
else if( temp < -( 70 * STICK_GAIN ) )
temp = -( 70 * STICK_GAIN );
 
n += temp;
 
// Verstärkung des Fehlerwertes zur Anpassung des Gewichtes
n = n * PARAM_ALT_GAIN / 10;
int altMax = PARAM_ALT_MAX * STICK_GAIN;
// Limitierung des Korrekturwertes
if( n > altMax )
n = altMax;
else if( n < -altMax )
n = -altMax;
lastN = n;
lastError = error;
/* Berechnung einer exponentiellen Glättung für den neuen Gaswert bei Verlassen der
* Höhenregelung. Dies soll ein zu heftiges Reagieren mindern. */
averageN = averageN + PARAM_EXP_SMOOTHING_FACTOR * ( n - averageN ) / 100;
}
DebugOut.Analog[30] = altIntegral / 4000;
DebugOut.Analog[27] = n;
return n;
return pitchCount;
}