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            250     // 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;

                //limit P-part to limit the max velocity
                temp1 = (GPS_D_Factor * MAX_VELOCITY)/512; // the P-Part limit
                temp = (int32_t)c_sqrt(P_North*P_North + P_East*P_East); // the current P-Part
                if(temp > temp1) // P-Part limit is reached
                {
                        // normalize P-part components to the P-Part limit
                        P_North  = (P_North  * temp1)/temp;
                        P_East   = (P_East * temp1)/temp;
                        // reset error integral
                        GPSPosDevIntegral_North = 0;
                        GPSPosDevIntegral_East = 0;
                }
                else // P-Part under its limit
                {
                        // calculate 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;
                }

                // I-Part
                I_North = -(GPS_I_Factor * GPSPosDevIntegral_North)/8192;
                I_East =  -(GPS_I_Factor * GPSPosDevIntegral_East)/8192;

        // D-Part
                D_North = -(GPS_D_Factor * GPSInfo.velnorth)/512;
                D_East =  -(GPS_D_Factor * GPSInfo.veleast)/512;


                // combine P- I- D-Part
                PID_North = P_North + I_North + D_North;
                PID_East  = P_East  + I_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;
}