Bætti við test-um, pi controller með polymorphism og bætti við virkni í operational mode
This commit is contained in:
@@ -66,6 +66,8 @@ public:
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void reset_speed_measurement();
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void reset_controller();
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void led_on();
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void led_off();
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@@ -3,13 +3,14 @@
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class P_controller
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{
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private:
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protected:
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double Kp;
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public:
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P_controller(double Kp);
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double update(double ref, double actual);
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virtual ~P_controller() {}
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virtual double update(double ref, double actual);
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virtual void reset() {}
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};
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#endif
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#endif
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@@ -0,0 +1,21 @@
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#ifndef PI_CONTROLLER_H
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#define PI_CONTROLLER_H
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#include "p_controller.h"
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class PI_controller : public P_controller
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{
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private:
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static constexpr double U_MAX = 100.0; // %
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static constexpr double U_MIN = -100.0; // %
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double Ti;
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double T;
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double integral;
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||||
public:
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PI_controller(double Kp, double Ti, double T);
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||||
double update(double ref, double actual) override;
|
||||
void reset() override;
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};
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#endif
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@@ -15,3 +15,9 @@ framework = arduino
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monitor_speed = 115200
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[env:native]
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platform = native
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test_framework = unity
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test_build_src = yes
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build_src_filter = -<*> +<p_controller.cpp> +<pi_controller.cpp>
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+6
-3
@@ -3,7 +3,7 @@
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#include "rotary_encoder_driver.h"
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#include "motor_driver.h"
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#include "p_controller.h"
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#include "pi_controller.h"
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#include "motor_controller.h"
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@@ -16,9 +16,12 @@ RotaryEncoderDriver encoder;
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MotorDriver motor;
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const double KP = 12.5;
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const double Kp = 12.5;
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const double Ti = 1.0;
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const double T = 0.004;
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P_controller controller(KP);
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// P_controller controller(Kp);
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PI_controller controller(Kp, Ti, T);
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InitializationState initialization_state;
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@@ -120,6 +120,11 @@ void MotorController::reset_speed_measurement()
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encoder.reset_speed_measurement();
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}
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void MotorController::reset_controller()
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{
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controller.reset();
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}
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void MotorController::to_stopped()
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{
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transition_to(stopped_state);
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@@ -8,6 +8,8 @@ void OperationalState::enter()
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{
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||||
Serial.println("State: Operational");
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||||
context->reset_controller();
|
||||
|
||||
context->led_on();
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||||
}
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@@ -0,0 +1,31 @@
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#include "pi_controller.h"
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PI_controller::PI_controller(double Kp, double Ti, double T) : P_controller(Kp), Ti(Ti), T(T), integral(0.0)
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{
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}
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double PI_controller::update(double ref, double actual)
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{
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double e = ref - actual;
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double new_integral = integral + e * T;
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double u = Kp * (e + new_integral / Ti);
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||||
if (u > U_MAX)
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{
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||||
u = U_MAX;
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||||
}
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||||
else if (u < U_MIN)
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||||
{
|
||||
u = U_MIN;
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||||
}
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||||
else
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||||
{
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||||
integral = new_integral;
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||||
}
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return u;
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}
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void PI_controller::reset()
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||||
{
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||||
integral = 0.0;
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||||
}
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@@ -0,0 +1,124 @@
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#include <unity.h>
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#include "p_controller.h"
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#include "pi_controller.h"
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static const double KP = 2.0;
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||||
static const double TI = 1.0;
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static const double T = 0.1;
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static const double TOL = 1e-6;
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void setUp(void) {}
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void tearDown(void) {}
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// Normal flow: engin villa -> ekkert úttak
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void test_zero_error_gives_zero_output(void)
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||||
{
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||||
PI_controller c(KP, TI, T);
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||||
TEST_ASSERT_DOUBLE_WITHIN(TOL, 0.0, c.update(10.0, 10.0));
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||||
}
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||||
// Normal flow: fyrsta skref u = Kp * (e + e*T/Ti)
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void test_first_step(void)
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||||
{
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||||
PI_controller c(KP, TI, T);
|
||||
double e = 5.0;
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||||
TEST_ASSERT_DOUBLE_WITHIN(TOL, KP * (e + e * T / TI), c.update(e, 0.0));
|
||||
}
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||||
// Normal flow: stöðug villa safnast upp, u_n = Kp * (e + n*e*T/Ti)
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void test_integral_accumulates(void)
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||||
{
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||||
PI_controller c(KP, TI, T);
|
||||
double e = 5.0;
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||||
double u = 0.0;
|
||||
for (int n = 1; n <= 5; n++)
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||||
{
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||||
u = c.update(e, 0.0);
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||||
TEST_ASSERT_DOUBLE_WITHIN(TOL, KP * (e + n * e * T / TI), u);
|
||||
}
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||||
}
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||||
// Normal flow: þegar villan er orðin 0 heldur integralið úttakinu uppi
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void test_output_held_when_error_zero(void)
|
||||
{
|
||||
PI_controller c(KP, TI, T);
|
||||
double e = 5.0;
|
||||
for (int n = 0; n < 5; n++)
|
||||
{
|
||||
c.update(e, 0.0);
|
||||
}
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||||
double E = 5 * e * T;
|
||||
TEST_ASSERT_DOUBLE_WITHIN(TOL, KP * E / TI, c.update(0.0, 0.0));
|
||||
}
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||||
// Alt flow: villa langt utan getu -> mettun í +100 %
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||||
void test_saturates_high(void)
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||||
{
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||||
PI_controller c(KP, TI, T);
|
||||
TEST_ASSERT_DOUBLE_WITHIN(TOL, 100.0, c.update(10000.0, 0.0));
|
||||
}
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||||
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||||
// Alt flow: mettun í -100 %
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||||
void test_saturates_low(void)
|
||||
{
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||||
PI_controller c(KP, TI, T);
|
||||
TEST_ASSERT_DOUBLE_WITHIN(TOL, -100.0, c.update(-10000.0, 0.0));
|
||||
}
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// Alt flow: anti-windup. Eftir langa mettun á lítil neikvæð villa
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// strax að gefa úttak undir mettun (integralið óx ekki)
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void test_no_integral_windup(void)
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||||
{
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||||
PI_controller c(KP, TI, T);
|
||||
for (int n = 0; n < 1000; n++)
|
||||
{
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||||
c.update(10000.0, 0.0);
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||||
}
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||||
double u = c.update(0.0, 1.0); // e = -1
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||||
TEST_ASSERT_TRUE(u < 0.0);
|
||||
}
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||||
// Alt flow: reset (stopped -> operational) hreinsar integralið
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||||
void test_reset_clears_integral(void)
|
||||
{
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||||
PI_controller c(KP, TI, T);
|
||||
for (int n = 0; n < 5; n++)
|
||||
{
|
||||
c.update(5.0, 0.0);
|
||||
}
|
||||
c.reset();
|
||||
TEST_ASSERT_DOUBLE_WITHIN(TOL, 0.0, c.update(0.0, 0.0));
|
||||
}
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||||
// Polymorphism: kall í gegnum P_controller& gefur PI hegðun
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void test_polymorphic_update(void)
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||||
{
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||||
PI_controller pi(KP, TI, T);
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||||
P_controller& c = pi;
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||||
double e = 5.0;
|
||||
TEST_ASSERT_DOUBLE_WITHIN(TOL, KP * (e + e * T / TI), c.update(e, 0.0));
|
||||
}
|
||||
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||||
// P_controller hegðar sér óbreytt
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||||
void test_p_controller_unchanged(void)
|
||||
{
|
||||
P_controller c(KP);
|
||||
TEST_ASSERT_DOUBLE_WITHIN(TOL, KP * 5.0, c.update(5.0, 0.0));
|
||||
}
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||||
int main(int argc, char** argv)
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{
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||||
UNITY_BEGIN();
|
||||
RUN_TEST(test_zero_error_gives_zero_output);
|
||||
RUN_TEST(test_first_step);
|
||||
RUN_TEST(test_integral_accumulates);
|
||||
RUN_TEST(test_output_held_when_error_zero);
|
||||
RUN_TEST(test_saturates_high);
|
||||
RUN_TEST(test_saturates_low);
|
||||
RUN_TEST(test_no_integral_windup);
|
||||
RUN_TEST(test_reset_clears_integral);
|
||||
RUN_TEST(test_polymorphic_update);
|
||||
RUN_TEST(test_p_controller_unchanged);
|
||||
return UNITY_END();
|
||||
}
|
||||
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