Subversion Repositories FlightCtrl

#include <inttypes.h>

#include <stdlib.h>

#include "fc.h"

#include "ubx.h"

#include "mymath.h"

#include "timer0.h"

#include "uart.h"

#include "rc.h"

#include "eeprom.h"

#define TSK_IDLE                0

#define TSK_HOLD                1

#define TSK_HOME                2

#define GPS_STICK_SENSE         20              // must be at least in a range where 90% of the trimming does not switch of the GPS function

#define GPS_STICK_LIMIT         45              // limit of gps stick control to avoid critical flight attitudes

#define GPS_POSDEV_INTEGRAL_LIMIT  32000  // limit for the position error integral

#define MAX_VELOCITY            300     // max ground speed in cm/s during position control

int16_t GPS_Pitch = 0, GPS_Roll = 0;

int32_t GPS_P_Factor = 0, GPS_I_Factor = 0, GPS_D_Factor = 0;

typedef struct

{

        int32_t Longitude;

        int32_t Latitude;

        int32_t Altitude;

        uint8_t Status;

} GPS_Pos_t;

// GPS coordinates for hold position

GPS_Pos_t HoldPosition  = {0,0,0,INVALID};

// GPS coordinates for home position

GPS_Pos_t HomePosition  = {0,0,0,INVALID};

// ---------------------------------------------------------------------------------

// checks pitch and roll sticks for manual control

uint8_t IsManualControlled(void)

{

        if ( (abs(PPM_in[ParamSet.ChannelAssignment[CH_PITCH]]) < GPS_STICK_SENSE) && (abs(PPM_in[ParamSet.ChannelAssignment[CH_ROLL]]) < GPS_STICK_SENSE)) return 0;

        else return 1;

}

// set home position to current positon

void GPS_SetHomePosition(void)

{

        if( ((GPSInfo.status == VALID) || (GPSInfo.status == PROCESSED)) && GPSInfo.satfix == SATFIX_3D)

        {

                HomePosition.Longitude = GPSInfo.longitude;

                HomePosition.Latitude = GPSInfo.latitude;

                HomePosition.Altitude = GPSInfo.altitude;

                HomePosition.Status = VALID;

                BeepTime = 1000; // signal if new home position was set

        }

        else

        {

                HomePosition.Status = INVALID;

        }

}

// set hold position to current positon

void GPS_SetHoldPosition(void)

{

        if( ((GPSInfo.status == VALID) || (GPSInfo.status == PROCESSED)) && GPSInfo.satfix == SATFIX_3D)

        {

                HoldPosition.Longitude = GPSInfo.longitude;

                HoldPosition.Latitude = GPSInfo.latitude;

                HoldPosition.Altitude = GPSInfo.altitude;

                HoldPosition.Status = VALID;

        }

        else

        {

                HoldPosition.Status = INVALID;

        }

}

// clear home position

void GPS_ClearHomePosition(void)

{

                HomePosition.Status = INVALID;

}

// disable GPS control sticks

void GPS_Neutral(void)

{

        GPS_Pitch = 0;

        GPS_Roll = 0;

}

// calculates the GPS control stick values from the deviation to target position

// if the pointer to the target positin is NULL or is the target position invalid

// then the P part of the controller is deactivated.

void GPS_PIDController(GPS_Pos_t *pTargetPos)

{

        int32_t temp, temp1, PID_Pitch, PID_Roll;

        int32_t coscompass, sincompass;

        int32_t GPSPosDev_North, GPSPosDev_East; // Position deviation in cm

        int32_t P_North = 0, D_North = 0, P_East = 0, D_East = 0, I_North = 0, I_East = 0;

        int32_t PID_North = 0, PID_East = 0;

        static int32_t cos_target_latitude = 1;

        static int32_t GPSPosDevIntegral_North = 0, GPSPosDevIntegral_East = 0;

        static GPS_Pos_t *pLastTargetPos = 0;

        // if GPS data and Compass are ok

        if((GPSInfo.status == VALID) && (GPSInfo.satfix == SATFIX_3D) && (CompassHeading >= 0) )

        {

                if(pTargetPos != NULL) // if there is a target position

                {

                        if(pTargetPos->Status != INVALID) // and the position data are valid

                        {

                                // if the target data are updated or the target pointer has changed

                                if ((pTargetPos->Status != PROCESSED) || (pTargetPos != pLastTargetPos) )

                                {

                                        // reset error integral

                                        GPSPosDevIntegral_North = 0;

                                        GPSPosDevIntegral_East = 0;

                                        // recalculate latitude projection

                                        cos_target_latitude = (int32_t)c_cos_8192((int16_t)(pTargetPos->Latitude/10000000L));

                                        // remember last target pointer

                                        pLastTargetPos = pTargetPos;

                                        // mark data as processed

                                        pTargetPos->Status = PROCESSED;

                                }

                                // calculate position deviation from latitude and longitude differences

                                GPSPosDev_North = (GPSInfo.latitude - pTargetPos->Latitude); // to calculate real cm we would need *111/100 additionally

                                GPSPosDev_East  = (GPSInfo.longitude - pTargetPos->Longitude); // to calculate real cm we would need *111/100 additionally

                                // calculate latitude projection

                                GPSPosDev_East  *= cos_target_latitude;

                                GPSPosDev_East /= 8192;

                        DebugOut.Analog[12] = GPSPosDev_North;

                                DebugOut.Analog[13] = GPSPosDev_East;

                                //DebugOut.Analog[12] = GPSInfo.velnorth;

                                //DebugOut.Analog[13] = GPSInfo.veleast;

                        }

                        else // no valid target position available

                        {

                                // reset error

                                GPSPosDev_North = 0;

                                GPSPosDev_East = 0;

                                // reset error integral

                                GPSPosDevIntegral_North = 0;

                                GPSPosDevIntegral_East = 0;

                        }

                }

                else // no target position available

                {

                        // reset error

                        GPSPosDev_North = 0;

                        GPSPosDev_East = 0;

                        // reset error integral

                        GPSPosDevIntegral_North = 0;

                        GPSPosDevIntegral_East = 0;

                }

                //Calculate PID-components of the controller (negative sign for compensation)

                // P-Part

                P_North = -(GPS_P_Factor * GPSPosDev_North)/2048;

                P_East =  -(GPS_P_Factor * GPSPosDev_East)/2048;

                // I-Part

                I_North = -(GPS_I_Factor * GPSPosDevIntegral_North)/8192;

                I_East =  -(GPS_I_Factor * GPSPosDevIntegral_East)/8192;

                // combine P- & I-Part

                PID_North = P_North + I_North;

                PID_East  = P_East  + I_East;

                //limit PI-Part to limit the max velocity

                temp1 = (GPS_D_Factor * MAX_VELOCITY)/512; // the PI-Part limit

                temp = (int32_t)c_sqrt(PID_North*PID_North + PID_East*PID_East); // the current PI-Part

                if(temp > temp1) // P-Part limit is reached

                {

                        // normalize P-part components to the P-Part limit

                        PID_North  = (PID_North  * temp1)/temp;

                        PID_East   = (PID_East * temp1)/temp;

                }

                else // PI-Part under its limit

                {

                        // update position error integrals

                        GPSPosDevIntegral_North += GPSPosDev_North/16;

                        if( GPSPosDevIntegral_North > GPS_POSDEV_INTEGRAL_LIMIT) GPSPosDevIntegral_North = GPS_POSDEV_INTEGRAL_LIMIT;

                        else if (GPSPosDevIntegral_North < -GPS_POSDEV_INTEGRAL_LIMIT) GPSPosDevIntegral_North = -GPS_POSDEV_INTEGRAL_LIMIT;

                        GPSPosDevIntegral_East += GPSPosDev_East/16;

                        if( GPSPosDevIntegral_East > GPS_POSDEV_INTEGRAL_LIMIT) GPSPosDevIntegral_East = GPS_POSDEV_INTEGRAL_LIMIT;

                        else if (GPSPosDevIntegral_East < -GPS_POSDEV_INTEGRAL_LIMIT) GPSPosDevIntegral_East = -GPS_POSDEV_INTEGRAL_LIMIT;

                }

                // D-Part

                D_North = -(GPS_D_Factor * GPSInfo.velnorth)/512;

                D_East =  -(GPS_D_Factor * GPSInfo.veleast)/512;

                // combine PI- and D-Part

                PID_North += D_North;

                PID_East  += D_East;

                // GPS to pitch and roll settings

                // A positive pitch angle moves head downwards (flying forward).

                // A positive roll angle tilts left side downwards (flying left).

                // If compass heading is 0 the head of the copter is in north direction.

                // A positive pitch angle will fly to north and a positive roll angle will fly to west.

                // In case of a positive north deviation/velocity the

                // copter should fly to south (negative pitch).

                // In case of a positive east position deviation and a positive east velocity the

                // copter should fly to west (positive roll).

                // The influence of the GPS_Pitch and GPS_Roll variable is contrarily to the stick values

                // in the fc.c. Therefore a positive north deviation/velocity should result in a positive

                // GPS_Pitch and a positive east deviation/velocity should result in a negative GPS_Roll.

                coscompass = (int32_t)c_cos_8192(CompassHeading);

                sincompass = (int32_t)c_sin_8192(CompassHeading);

                PID_Roll  =  (coscompass * PID_East - sincompass * PID_North) / 8192;

                PID_Pitch =   -1*((sincompass * PID_East + coscompass * PID_North) / 8192);

                // limit resulting GPS control vector

                temp = (int32_t)c_sqrt(PID_Roll*PID_Roll + PID_Pitch*PID_Pitch);

                if (temp > GPS_STICK_LIMIT)

                {

                        // normalize control vector components to the limit

                        PID_Roll  = (PID_Roll  * GPS_STICK_LIMIT)/temp;

                        PID_Pitch = (PID_Pitch * GPS_STICK_LIMIT)/temp;

                }

                GPS_Roll  = (int16_t)PID_Roll;

                GPS_Pitch = (int16_t)PID_Pitch;

        }

        else // invalid GPS data or bad compass reading

        {

                GPS_Neutral(); // do nothing

                // reset error integral

                GPSPosDevIntegral_North = 0;

                GPSPosDevIntegral_East = 0;

        }

}

void GPS_Main(uint8_t ctrl)

{

        static uint8_t GPS_Task = TSK_IDLE;

        static uint8_t GPS_P_Delay = 0;

        int16_t satbeep;

        // ctrl enables the gps feature

        if(ctrl < 70) GPS_Task = TSK_IDLE;

        else if (ctrl < 160) GPS_Task = TSK_HOLD;

        else GPS_Task = TSK_HOME; // ctrl >= 160

        switch(GPSInfo.status)

        {

        case INVALID:  // invalid gps data

                GPS_Neutral();

                if(GPS_Task != TSK_IDLE)

                {

                        BeepTime = 100; // beep if signal is neccesary

                }

                break;

        case PROCESSED: // if gps data are already processed do nothing

                // downcount timeout

                if(GPSTimeout) GPSTimeout--;

                // if no new data arrived within timeout set current data invalid

                // and therefore disable GPS

                else

                {

                        GPS_Neutral();

                        GPSInfo.status = INVALID;

                }

                break;

        case VALID: // new valid data from gps device

                // if the gps data quality is good

                if (GPSInfo.satfix == SATFIX_3D)

                {

                        switch(GPS_Task) // check what's to do

                        {

                                case TSK_IDLE:

                                        // update hold position to current gps position

                                        GPS_SetHoldPosition(); // can get invalid if gps signal is bad

                                        // disable gps control

                                        GPS_Neutral();

                                        break; // eof TSK_IDLE

                                case TSK_HOLD:

                                        if(HoldPosition.Status != INVALID)

                                        {

                                                if( IsManualControlled() ) // MK controlled by user

                                                {

                                                        // update hold point to current gps position

                                                        GPS_SetHoldPosition();

                                                        // disable gps control

                                                        GPS_Neutral();

                                                        GPS_P_Delay = 0;

                                                }

                                                else // GPS control active

                                                {

                                                        if(GPS_P_Delay<7)

                                                        { // delayed activation of P-Part for 8 cycles (8*0.25s = 2s)

                                                                GPS_P_Delay++;

                                                                GPS_SetHoldPosition();  // update hold point to current gps position

                                                                GPS_PIDController(NULL); // activates only the D-Part

                                                        }

                                                        else GPS_PIDController(&HoldPosition);// activates the P&D-Part

                                                }

                                        }

                                        else // invalid Hold Position

                                        {  // try to catch a valid hold position from gps data input

                                                GPS_SetHoldPosition();

                                                GPS_Neutral();

                                        }

                                        break; // eof TSK_HOLD

                                case TSK_HOME:

                                        if(HomePosition.Status != INVALID)

                                        {

                                                // update hold point to current gps position

                                                // to avoid a flight back if home comming is deactivated

                                                GPS_SetHoldPosition();

                                                if( IsManualControlled() ) // MK controlled by user

                                                {

                                                        GPS_Neutral();

                                                }

                                                else // GPS control active

                                                {

                                                        GPS_PIDController(&HomePosition);

                                                }

                                        }

                                        else // bad home position

                                        {

                                                BeepTime = 50; // signal invalid home position

                                                // try to hold at least the position as a fallback option

                                                if (HoldPosition.Status != INVALID)

                                                {

                                                        if( IsManualControlled() ) // MK controlled by user

                                                        {

                                                                GPS_Neutral();

                                                        }

                                                        else // GPS control active

                                                        {

                                                                GPS_PIDController(&HoldPosition);

                                                        }

                                                }

                                                else

                                                { // try to catch a valid hold position

                                                        GPS_SetHoldPosition();

                                                        GPS_Neutral();

                                                }

                                        }

                                        break; // eof TSK_HOME

                                default: // unhandled task

                                        GPS_Neutral();

                                        break; // eof default

                        } // eof switch GPS_Task

                } // eof 3D-FIX

                else // no 3D-SATFIX

                {       // disable gps control

                        GPS_Neutral();

                        if(GPS_Task != TSK_IDLE)

                        {

                                satbeep = 1600 - (int16_t)GPSInfo.satnum * 200; // is zero at 8 sats

                                if (satbeep < 0) satbeep = 0;

                                BeepTime = 50 + (uint16_t)satbeep; // max 1650 * 0.1 ms =

                        }

                }

                // set current data as processed to avoid further calculations on the same gps data

                GPSInfo.status = PROCESSED;

                break;

        } // eof GPSInfo.status

        DebugOut.Analog[14] = GPS_Pitch;

        DebugOut.Analog[15] = GPS_Roll;

}