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|---|---|---|---|
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36fce02ff2 | ||
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d9ded44895 | ||
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|
48f2d1aa43 |
@@ -11,11 +11,13 @@ skinparam state {
|
|||||||
|
|
||||||
state Initialization
|
state Initialization
|
||||||
Initialization : Entry / Stop motor
|
Initialization : Entry / Stop motor
|
||||||
Initialization : Entry / Initialize internal parameters
|
Initialization : Do / Initialize internal parameters
|
||||||
Initialization : Entry / Reset speed measurement
|
Initialization : Do / Reset speed measurement
|
||||||
Initialization : Do / Wait 2 seconds
|
Initialization : Do / Wait 2 seconds
|
||||||
Initialization : Exit / Send Boot-up message
|
Initialization : Exit / Send Boot-up message
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
state Operational
|
state Operational
|
||||||
Operational : Entry / LED on
|
Operational : Entry / LED on
|
||||||
Operational : Do / Run speed controller
|
Operational : Do / Run speed controller
|
||||||
@@ -26,7 +28,9 @@ state Stopped
|
|||||||
Stopped : Do / Blink LED at 2 Hz
|
Stopped : Do / Blink LED at 2 Hz
|
||||||
Stopped : Exit / LED off
|
Stopped : Exit / LED off
|
||||||
|
|
||||||
Initialization --> Operational : initialization complete
|
|
||||||
|
|
||||||
|
Initialization --> Operational : initialization\n complete
|
||||||
Operational --> Initialization : reset
|
Operational --> Initialization : reset
|
||||||
Operational --> Stopped : fault detected
|
Operational --> Stopped : fault detected
|
||||||
|
|
||||||
|
|||||||
@@ -0,0 +1,18 @@
|
|||||||
|
#ifndef CONTROLLER_H
|
||||||
|
#define CONTROLLER_H
|
||||||
|
|
||||||
|
class Controller
|
||||||
|
{
|
||||||
|
public:
|
||||||
|
virtual ~Controller()
|
||||||
|
{
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
virtual double update(double ref, double actual) = 0;
|
||||||
|
|
||||||
|
virtual void reset()
|
||||||
|
{
|
||||||
|
}
|
||||||
|
};
|
||||||
|
|
||||||
|
#endif
|
||||||
@@ -7,7 +7,7 @@
|
|||||||
class InitializationState : public State
|
class InitializationState : public State
|
||||||
{
|
{
|
||||||
private:
|
private:
|
||||||
static const unsigned long WAIT_MS = 2000;
|
static const unsigned long WAIT_MS = 2000UL;
|
||||||
|
|
||||||
unsigned long enter_time_ms = 0;
|
unsigned long enter_time_ms = 0;
|
||||||
|
|
||||||
|
|||||||
@@ -3,7 +3,9 @@
|
|||||||
|
|
||||||
#include "rotary_encoder_driver.h"
|
#include "rotary_encoder_driver.h"
|
||||||
#include "motor_driver.h"
|
#include "motor_driver.h"
|
||||||
#include "p_controller.h"
|
//#include "p_controller.h"
|
||||||
|
//#include "pi_controller.h"
|
||||||
|
#include "controller.h"
|
||||||
#include "digital_out.h"
|
#include "digital_out.h"
|
||||||
|
|
||||||
class State;
|
class State;
|
||||||
@@ -24,7 +26,9 @@ private:
|
|||||||
|
|
||||||
RotaryEncoderDriver& encoder;
|
RotaryEncoderDriver& encoder;
|
||||||
MotorDriver& motor;
|
MotorDriver& motor;
|
||||||
P_controller& controller;
|
//P_controller& controller;
|
||||||
|
//PI_controller& controller;
|
||||||
|
Controller& controller;
|
||||||
|
|
||||||
Digital_out led;
|
Digital_out led;
|
||||||
|
|
||||||
@@ -35,13 +39,21 @@ public:
|
|||||||
MotorController(
|
MotorController(
|
||||||
RotaryEncoderDriver& encoder,
|
RotaryEncoderDriver& encoder,
|
||||||
MotorDriver& motor,
|
MotorDriver& motor,
|
||||||
P_controller& controller,
|
//P_controller& controller,
|
||||||
|
Controller& controller,
|
||||||
State& initialization,
|
State& initialization,
|
||||||
State& operational,
|
State& operational,
|
||||||
State& stopped
|
State& stopped
|
||||||
);
|
);
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
// void set_states(
|
||||||
|
// State* initialization,
|
||||||
|
// State* operational,
|
||||||
|
// State* stopped
|
||||||
|
// );
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
void begin();
|
void begin();
|
||||||
|
|
||||||
void update();
|
void update();
|
||||||
@@ -68,9 +80,15 @@ public:
|
|||||||
|
|
||||||
void reset_controller();
|
void reset_controller();
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
void led_on();
|
void led_on();
|
||||||
|
|
||||||
void led_off();
|
void led_off();
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
};
|
};
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
#endif
|
#endif
|
||||||
|
|||||||
@@ -1,16 +1,20 @@
|
|||||||
#ifndef P_CONTROLLER_H
|
#ifndef P_CONTROLLER_H
|
||||||
#define P_CONTROLLER_H
|
#define P_CONTROLLER_H
|
||||||
|
|
||||||
class P_controller
|
#include "controller.h"
|
||||||
|
|
||||||
|
class P_controller : public Controller
|
||||||
{
|
{
|
||||||
protected:
|
private:
|
||||||
double Kp;
|
double Kp;
|
||||||
|
|
||||||
public:
|
public:
|
||||||
P_controller(double Kp);
|
P_controller(double Kp);
|
||||||
virtual ~P_controller() {}
|
|
||||||
virtual double update(double ref, double actual);
|
double update(double ref, double actual) override;
|
||||||
virtual void reset() {}
|
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
};
|
};
|
||||||
|
|
||||||
#endif
|
#endif
|
||||||
+12
-6
@@ -1,20 +1,26 @@
|
|||||||
#ifndef PI_CONTROLLER_H
|
#ifndef PI_CONTROLLER_H
|
||||||
#define PI_CONTROLLER_H
|
#define PI_CONTROLLER_H
|
||||||
|
|
||||||
#include "p_controller.h"
|
#include "controller.h"
|
||||||
|
|
||||||
class PI_controller : public P_controller
|
class PI_controller : public Controller
|
||||||
{
|
{
|
||||||
private:
|
private:
|
||||||
static constexpr double U_MAX = 100.0; // %
|
double Kp;
|
||||||
static constexpr double U_MIN = -100.0; // %
|
|
||||||
|
|
||||||
double Ti;
|
double Ti;
|
||||||
double T;
|
double T;
|
||||||
|
|
||||||
double integral;
|
double integral;
|
||||||
|
|
||||||
public:
|
public:
|
||||||
PI_controller(double Kp, double Ti, double T);
|
PI_controller(
|
||||||
|
double Kp,
|
||||||
|
double Ti,
|
||||||
|
double T
|
||||||
|
);
|
||||||
|
|
||||||
double update(double ref, double actual) override;
|
double update(double ref, double actual) override;
|
||||||
|
|
||||||
void reset() override;
|
void reset() override;
|
||||||
};
|
};
|
||||||
|
|
||||||
|
|||||||
@@ -16,10 +16,3 @@ framework = arduino
|
|||||||
monitor_speed = 115200
|
monitor_speed = 115200
|
||||||
test_framework = unity
|
test_framework = unity
|
||||||
test_build_src = yes
|
test_build_src = yes
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
; [env:native]
|
|
||||||
; platform = native
|
|
||||||
; test_framework = unity
|
|
||||||
; test_build_src = yes
|
|
||||||
; build_src_filter = -<*> +<p_controller.cpp> +<pi_controller.cpp>
|
|
||||||
|
|||||||
@@ -15,7 +15,10 @@ void InitializationState::enter()
|
|||||||
|
|
||||||
context->reset_speed_measurement();
|
context->reset_speed_measurement();
|
||||||
|
|
||||||
|
context->reset_controller();
|
||||||
|
|
||||||
enter_time_ms = millis();
|
enter_time_ms = millis();
|
||||||
|
|
||||||
}
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
|||||||
+9
-9
@@ -1,11 +1,9 @@
|
|||||||
// main.cpp er sleppt i test-build (pio test) svo setup()/loop() rekist ekki a prof
|
|
||||||
#ifndef PIO_UNIT_TESTING
|
|
||||||
|
|
||||||
#include <Arduino.h>
|
#include <Arduino.h>
|
||||||
#include <avr/interrupt.h>
|
#include <avr/interrupt.h>
|
||||||
|
|
||||||
#include "rotary_encoder_driver.h"
|
#include "rotary_encoder_driver.h"
|
||||||
#include "motor_driver.h"
|
#include "motor_driver.h"
|
||||||
|
//#include "p_controller.h"
|
||||||
#include "pi_controller.h"
|
#include "pi_controller.h"
|
||||||
|
|
||||||
#include "motor_controller.h"
|
#include "motor_controller.h"
|
||||||
@@ -19,13 +17,15 @@ RotaryEncoderDriver encoder;
|
|||||||
|
|
||||||
MotorDriver motor;
|
MotorDriver motor;
|
||||||
|
|
||||||
const double Kp = 12.5;
|
//const double KP = 12.5;
|
||||||
const double Ti = 1.0;
|
|
||||||
const double T = 0.004;
|
|
||||||
|
|
||||||
// P_controller controller(Kp);
|
//P_controller controller(KP);
|
||||||
PI_controller controller(Kp, Ti, T);
|
|
||||||
|
|
||||||
|
PI_controller controller(
|
||||||
|
12.5, // Kp
|
||||||
|
1.0, // Ti
|
||||||
|
0.004 // T = 4 ms
|
||||||
|
);
|
||||||
|
|
||||||
InitializationState initialization_state;
|
InitializationState initialization_state;
|
||||||
|
|
||||||
@@ -59,6 +59,7 @@ int main()
|
|||||||
|
|
||||||
sei();
|
sei();
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
// motor_controller.set_states(
|
// motor_controller.set_states(
|
||||||
// &initialization_state,
|
// &initialization_state,
|
||||||
// &operational_state,
|
// &operational_state,
|
||||||
@@ -92,4 +93,3 @@ int main()
|
|||||||
// int main(){
|
// int main(){
|
||||||
// return 0;
|
// return 0;
|
||||||
// }
|
// }
|
||||||
#endif // PIO_UNIT_TESTING
|
|
||||||
|
|||||||
@@ -7,7 +7,9 @@
|
|||||||
MotorController::MotorController(
|
MotorController::MotorController(
|
||||||
RotaryEncoderDriver& encoder,
|
RotaryEncoderDriver& encoder,
|
||||||
MotorDriver& motor,
|
MotorDriver& motor,
|
||||||
P_controller& controller,
|
//P_controller& controller,
|
||||||
|
//PI_controller& controller;
|
||||||
|
Controller& controller,
|
||||||
State& initialization,
|
State& initialization,
|
||||||
State& operational,
|
State& operational,
|
||||||
State& stopped
|
State& stopped
|
||||||
@@ -58,6 +60,8 @@ void MotorController::transition_to(State& new_state)
|
|||||||
|
|
||||||
current_state = &new_state;
|
current_state = &new_state;
|
||||||
|
|
||||||
|
current_state->set_context(this);
|
||||||
|
|
||||||
current_state->enter();
|
current_state->enter();
|
||||||
}
|
}
|
||||||
|
|
||||||
@@ -120,11 +124,6 @@ void MotorController::reset_speed_measurement()
|
|||||||
encoder.reset_speed_measurement();
|
encoder.reset_speed_measurement();
|
||||||
}
|
}
|
||||||
|
|
||||||
void MotorController::reset_controller()
|
|
||||||
{
|
|
||||||
controller.reset();
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
void MotorController::to_stopped()
|
void MotorController::to_stopped()
|
||||||
{
|
{
|
||||||
transition_to(stopped_state);
|
transition_to(stopped_state);
|
||||||
@@ -135,6 +134,11 @@ bool MotorController::fault_active()
|
|||||||
return motor.fault_active();
|
return motor.fault_active();
|
||||||
}
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
void MotorController::reset_controller()
|
||||||
|
{
|
||||||
|
controller.reset();
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
void MotorController::led_on()
|
void MotorController::led_on()
|
||||||
{
|
{
|
||||||
led.set_hi();
|
led.set_hi();
|
||||||
@@ -145,3 +149,4 @@ void MotorController::led_off()
|
|||||||
{
|
{
|
||||||
led.set_lo();
|
led.set_lo();
|
||||||
}
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
|||||||
@@ -8,8 +8,6 @@ void OperationalState::enter()
|
|||||||
{
|
{
|
||||||
Serial.println("State: Operational");
|
Serial.println("State: Operational");
|
||||||
|
|
||||||
context->reset_controller();
|
|
||||||
|
|
||||||
context->led_on();
|
context->led_on();
|
||||||
}
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
|||||||
+44
-19
@@ -1,30 +1,55 @@
|
|||||||
#include "pi_controller.h"
|
#include "pi_controller.h"
|
||||||
|
|
||||||
PI_controller::PI_controller(double Kp, double Ti, double T) : P_controller(Kp), Ti(Ti), T(T), integral(0.0)
|
|
||||||
|
PI_controller::PI_controller(
|
||||||
|
double Kp,
|
||||||
|
double Ti,
|
||||||
|
double T
|
||||||
|
)
|
||||||
|
: Kp(Kp),
|
||||||
|
Ti(Ti),
|
||||||
|
T(T),
|
||||||
|
integral(0.0)
|
||||||
{
|
{
|
||||||
}
|
}
|
||||||
|
|
||||||
double PI_controller::update(double ref, double actual)
|
double PI_controller::update(double ref, double actual)
|
||||||
{
|
{
|
||||||
double e = ref - actual;
|
return 0.0;
|
||||||
double new_integral = integral + e * T;
|
}
|
||||||
double u = Kp * (e + new_integral / Ti);
|
|
||||||
|
// double PI_controller::update(double ref, double actual)
|
||||||
|
// {
|
||||||
|
// double error = ref - actual;
|
||||||
|
|
||||||
|
// double new_integral =
|
||||||
|
// integral + error * T;
|
||||||
|
|
||||||
|
// double output =
|
||||||
|
// Kp * (error + new_integral / Ti);
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
// // Positive saturation
|
||||||
|
// if (output > 100.0)
|
||||||
|
// {
|
||||||
|
// return 100.0;
|
||||||
|
// }
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
// // Negative saturation
|
||||||
|
// if (output < -100.0)
|
||||||
|
// {
|
||||||
|
// return -100.0;
|
||||||
|
// }
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
// // Only save the integral if the controller
|
||||||
|
// // is not saturated
|
||||||
|
// integral = new_integral;
|
||||||
|
|
||||||
|
// return output;
|
||||||
|
// }
|
||||||
|
|
||||||
if (u > U_MAX)
|
|
||||||
{
|
|
||||||
u = U_MAX;
|
|
||||||
}
|
|
||||||
else if (u < U_MIN)
|
|
||||||
{
|
|
||||||
u = U_MIN;
|
|
||||||
}
|
|
||||||
else
|
|
||||||
{
|
|
||||||
integral = new_integral;
|
|
||||||
}
|
|
||||||
return u;
|
|
||||||
// return 0.0;
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
void PI_controller::reset()
|
void PI_controller::reset()
|
||||||
{
|
{
|
||||||
|
|||||||
@@ -1,150 +1,28 @@
|
|||||||
#include <unity.h>
|
#include <unity.h>
|
||||||
|
|
||||||
// #ifdef ARDUINO
|
//#include "p_controller.h"
|
||||||
#include <Arduino.h>
|
|
||||||
// #endif
|
|
||||||
|
|
||||||
#include "p_controller.h"
|
|
||||||
#include "pi_controller.h"
|
#include "pi_controller.h"
|
||||||
|
|
||||||
static const double KP = 2.0;
|
static const double KP = 2.0;
|
||||||
static const double TI = 1.0;
|
static const double KI = 1.0;
|
||||||
static const double T = 0.1;
|
static const double T = 0.1;
|
||||||
static const double TOL = 1e-4; // double er 32-bita float a AVR
|
static const double TOL = 1e-4; // Tolerance
|
||||||
|
|
||||||
// void setUp(void) {}
|
void test_positive_error()
|
||||||
// void tearDown(void) {}
|
|
||||||
|
|
||||||
// Normal flow: engin villa -> ekkert úttak
|
|
||||||
void test_zero_error_gives_zero_output(void)
|
|
||||||
{
|
{
|
||||||
PI_controller c(KP, TI, T);
|
PI_controller controller(KP, KI, T);
|
||||||
TEST_ASSERT_FLOAT_WITHIN(TOL, 0.0, c.update(10.0, 10.0));
|
|
||||||
|
double output = controller.update(10.0, 8.0);
|
||||||
|
|
||||||
|
TEST_ASSERT_DOUBLE_WITHIN(TOL, 4.4, output);
|
||||||
}
|
}
|
||||||
|
|
||||||
// Normal flow: fyrsta skref u = Kp * (e + e*T/Ti)
|
|
||||||
void test_first_step(void)
|
|
||||||
{
|
|
||||||
PI_controller c(KP, TI, T);
|
|
||||||
double e = 5.0;
|
|
||||||
TEST_ASSERT_FLOAT_WITHIN(TOL, KP * (e + e * T / TI), c.update(e, 0.0));
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
// Normal flow: stöðug villa safnast upp, u_n = Kp * (e + n*e*T/Ti)
|
int main()
|
||||||
void test_integral_accumulates(void)
|
|
||||||
{
|
{
|
||||||
PI_controller c(KP, TI, T);
|
|
||||||
double e = 5.0;
|
|
||||||
double u = 0.0;
|
|
||||||
for (int n = 1; n <= 5; n++)
|
|
||||||
{
|
|
||||||
u = c.update(e, 0.0);
|
|
||||||
TEST_ASSERT_FLOAT_WITHIN(TOL, KP * (e + n * e * T / TI), u);
|
|
||||||
}
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
// Normal flow: þegar villan er orðin 0 heldur integralið úttakinu uppi
|
|
||||||
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;
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||||||
TEST_ASSERT_FLOAT_WITHIN(TOL, KP * E / TI, c.update(0.0, 0.0));
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||||||
}
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||||||
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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);
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||||||
TEST_ASSERT_FLOAT_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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{
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||||||
PI_controller c(KP, TI, T);
|
|
||||||
TEST_ASSERT_FLOAT_WITHIN(TOL, -100.0, c.update(-10000.0, 0.0));
|
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||||||
}
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||||||
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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);
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||||||
for (int n = 0; n < 1000; n++)
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||||||
{
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||||||
c.update(10000.0, 0.0);
|
|
||||||
}
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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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||||||
}
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||||||
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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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||||||
{
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||||||
PI_controller c(KP, TI, T);
|
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||||||
for (int n = 0; n < 5; n++)
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||||||
{
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||||||
c.update(5.0, 0.0);
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||||||
}
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||||||
c.reset();
|
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||||||
TEST_ASSERT_FLOAT_WITHIN(TOL, 0.0, c.update(0.0, 0.0));
|
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||||||
}
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||||||
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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;
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||||||
TEST_ASSERT_FLOAT_WITHIN(TOL, KP * (e + e * T / TI), c.update(e, 0.0));
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||||||
}
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||||||
// P_controller hegðar sér óbreytt
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void test_p_controller_unchanged(void)
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||||||
{
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||||||
P_controller c(KP);
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||||||
TEST_ASSERT_FLOAT_WITHIN(TOL, KP * 5.0, c.update(5.0, 0.0));
|
|
||||||
}
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||||||
void setup()
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||||||
{
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// init();
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||||||
delay(2000);
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||||||
UNITY_BEGIN();
|
UNITY_BEGIN();
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||||||
RUN_TEST(test_zero_error_gives_zero_output);
|
|
||||||
RUN_TEST(test_first_step);
|
RUN_TEST(test_positive_error);
|
||||||
RUN_TEST(test_integral_accumulates);
|
|
||||||
RUN_TEST(test_output_held_when_error_zero);
|
return UNITY_END();
|
||||||
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();
|
|
||||||
UNITY_END();
|
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||||||
}
|
}
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||||||
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void loop() {}
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// #ifdef ARDUINO
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// void setup()
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// {
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// delay(2000); // bida eftir serial tengingu eftir reset
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||||||
// run_tests();
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// }
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||||||
// void loop()
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||||||
// {
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// }
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||||||
// #else
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||||||
// int main(int argc, char** argv)
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||||||
// {
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||||||
// return run_tests();
|
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||||||
// }
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||||||
// #endif
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