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2013年1月29日 星期二

Electronic Candle

  剛剛看我妹清出一個電子蠟燭XD,用一個電容式麥克風和一個RGB色LED以及一個被封住不知名的MCU(比ATtiny85還小的感覺),不過可惜的是麥克風只有開關的功能,如果顏色會隨麥克風受力大小改變會有真實蠟燭的感覺XD(這個顏色變化是固定隨機XD)。





2013年1月28日 星期一

wxArduino IDE(?) Compile and Uploader Test

  今天早上沒事做想說來寫個Arduino IDE順便研究AVR-Toolchain的Command,UI用wxWidgets刻然後底下包AVR-GCC相關工具 and Avrdude,前者要負責編譯code以及用到的Arduino Library,所以自己的IDE要寫個解析Include多少Arduino Library的Function,最後將這些編譯後檔案的obj File與Arduino自帶的Core328(ATmega328) Link完之後產生HEX File,再由給定的Command(MCU的Baudrate と Clock と Serial Port..etc)傳給Avrdude然後將HEX File上傳到MCU上,用wxWidgets可以偷懶直接用wxExecute之類的在背景開個Shell去跑AVR-Toolchain,不過我比較喜歡用該平台的API另外開個Thread去跑,下面一個簡單的demo,主要把Blink Examples Code編譯然後上傳到Arduino,第二次把Code暗與亮從50ms改成500ms然後重新編譯上傳看到LED差異證明確實有功能。




參考:


  1. Arduino Build Process
  2. Arduino Uploader – command line utility for compiling and uploading Arduino sketch
  3. WinAVR 初體驗

2013年1月24日 星期四

關於Servo選擇

選擇力矩的大小 = 重心重量 X 重心到Servo距離 X Sin(角度)

假設有一機器人上半身約重0.7/kg,而上半身到腳踝關節的距離是10/cm,當腳踝彎曲45度時,則: 0.7/kg * 10/cm * 0.707 = 4.949 kg/cm

PID Controller

  去年暑假無意間看到有paper用基因演算法去自動調整PID控制參數,感覺上非常實用也很有趣不過工作很忙一直沒時間研究,這幾天又想趁有空閒來實現那個paper,又突然看到Arduino PID Library的作者的Blog解說,發現跟一般普通理想化的PID公式不同,因此讀完了以下參考前八篇(Arduino PID Library)以及第九篇(補充說明),跟著每一篇實作code與推導公式收益良多!

PID.h


#ifndef __PID__
#define __PID__

const bool DIRECT = true;
const bool REVERSE = false;

const bool ON = true;
const bool OFF = false;

class PID
{
   public:
      PID(double*,double*,double*,double,double,double,unsigned long,bool,double,double,double);
      void Computing();
      void SetTunings(double,double,double);
      void SetSampleTime(unsigned long);
      void SetOutputLimits(double,double);
      void SetOnOff(bool);
      void SetDirection(bool);

   private:
      double Kp,Ki,Kd;
      double *input,*output;
      double *setpoint;

      double integral;
      double last_input;

      double min,max;

      unsigned long last_time;
      unsigned long sample_time;

      bool on_off;
      bool direction;
};

#endif


PID.cpp


#if ARDUINO >= 100
#include <Arduino.h>
#else
#include <WProgram.h>
#endif

#include "PID.h"

PID::PID(double *_input,double *_output,double *_setpoint,
      double _Kp,double _Ki,double _Kd,
      unsigned long _sample_time = 100000,
      bool _on_off = OFF,double _direction = DIRECT,
      double _min = 0,double _max = 255)
{
   input = _input;
   output = _output;
   setpoint = _setpoint;

   sample_time = _sample_time;

   on_off = _on_off;

   SetOutputLimits(_min,_max);

   SetDirection(_direction);

   SetTunings(_Kp,_Ki,_Kd);

   last_time = (micros() - sample_time);
}

void PID::Computing()
{
   if(on_off == OFF){
      return ;
   }

   unsigned long now = micros();

   if((now - last_time) >= sample_time){
      double error = (*setpoint - *input);

      integral += (Ki * error);
      if(integral > max){
integral = max;
      }
      else if(integral < min){
integral = min;
      }

      double diff_input = (*input - last_input);

      *output = (Kp * error) + integral - (Kd * diff_input);

      if(*output > max){
*output = max;
      }
      else if(*output < min){
*output = min;
      }

      last_input = *input;
      last_time = now;
   }
}

void PID::SetTunings(double _Kp,double _Ki,double _Kd)
{
   if((_Kp < 0) || (_Ki < 0) || (_Kd < 0)){
      return ;
   }

   double SampleTimeInSec = ((double)sample_time) / 1000000.0f;

   Kp = _Kp;
   Ki = _Ki * SampleTimeInSec;
   Kd = _Kd / SampleTimeInSec;

   if(direction != REVERSE){
      Kp = (0 - Kp);
      Ki = (0 - Ki);
      Kd = (0 - Kd);
   }
}

void PID::SetSampleTime(unsigned long _sample_time)
{
   if(_sample_time > 0){
      double ratio = ((double)_sample_time / (double)sample_time);

      Ki *= ratio;
      Kd /= ratio;

      sample_time = _sample_time;
   }
}

void PID::SetOutputLimits(double _min,double _max)
{
   if(_min > _max){
      return ;
   }

   min = _min;
   max = _max;

   if(on_off == ON){
      if(*output > max){
*output = max;
      }
      else if(*output < min){
*output = min;
      }

      if(integral > max){
integral = max;
      }
      else if(integral < min){
integral = min;
      }
   }
}

void PID::SetOnOff(bool _on_off)
{
   bool new_state = (_on_off == ON);

   if(new_state == (!on_off)){
      integral = *output;
      last_input = *input;

      if(integral > max){
integral = max;
      }
      else if(integral < min){
integral = min;
      }
   }

   on_off = new_state;
}

void PID::SetDirection(bool _direction)
{
  if((on_off == ON) && (_direction != direction)){
      Kp = (0 - Kp);
      Ki = (0 - Ki);
      Kd = (0 - Kd);
   }

   direction = _direction;
}




參考:

  第一篇是基本的PID公式,第二篇將採樣時間固定而消去幾次除法運算(Kalman Filter等等的微積分時間也可以這樣簡化計算),第三篇說明如何做Anti-Derivative Kick,第四篇說明如何消去中途修改PID參數的落差,第五篇說明如何做Anti-Reset Windup,第六篇其實就是說中途中止計算要記得直接跳出不要更改狀態,第七篇接續前一篇如果要恢復記得要回到上次計算的狀態,第八篇說明計算結果方向(正負號),例如Input大於Setpoint就增加Output(正向),或者Input小於Setpoint就增加Output(反向),第九篇算是補充說明積分項計算時間點的差異。

  1. Improving the Beginner’s PID – Introduction
  2. Improving the Beginner’s PID – Sample Time
  3. Improving the Beginner’s PID – Derivative Kick
  4. Improving the Beginner’s PID: Tuning Changes
  5. Improving the Beginner’s PID: Reset Windup
  6. Improving the Beginner’s PID: On/Off
  7. Improving the Beginner’s PID: Initialization
  8. Improving the Beginner’s PID: Direction
  9. PID: When Should I Compute the Integral Term?

2013年1月11日 星期五

嚇死我了

  最近又常常在不知不覺的情況下看Plurk與Facebook的時間超過兩小時.....我看一些固定訂閱的網站一天都要花兩小時了,所以我決定先停用SNS也有可能不會再開了,自從辭掉工作後就一直處在一個頹廢的狀態Orz...但我辭掉工作可不是為了這樣每天過爽爽的休息,還有很多東西要完成與研究啊啊...話說下周就期末考了不過我實在不是很喜歡讀學校的書...所以現在才免強算完成被退稿一次的期末日文ドラマ但還有好多課要弄,只好順其自然了(頹廢語句)...