//  cart_sample.c			2009/08/09
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <math.h>
#include "sbox.h"			// sBOXライブラリヘッダファイル

//	諸定数の定義
#define CONV	3276.7			// AD/DAデータ（整数）--電圧[V]間の変換係数　データ/CONV=電圧[V]
#define DAMAX 4				// DAのチャンネル数
#define ADMAX 8				// ADのチャンネル数
#define SAMP_FREQ 1000.			// サンプリング周波数[Hz]
#define DATA_NUM_MAX 1501		// 実験データの記録長
#define DATA_SAMP 10			// DATA_SAMPサンプル毎に実験データを記録
#define Comp 1.8			// 駆動系の不感帯補償のためのオフセット電圧[V]
#define T0 0.2				// 駆動系の1次遅れ補償の時定数
#define K0 1.0				// 〃　ゲイン
#define Td 0.01				// 近似微分器の時定数
#define Fv 0.5				// 駆動系の速度フィードバック補償のゲイン
#define T0_actual 0.2			// 補償後の駆動系の実際の時定数
#define K0_actual 1.			// 〃　ゲイン
#define T 0.15				// 閉ループ系の時定数
#define C_r 0.019635			// 台車のポテンショメータの電圧[V]--変位[m]間の変換係数　pi*0.015[m]*10[rev]/24[V]
#define omega 2.			// 目標信号の角振動数[rad/s]

//	大域変数の定義．割り込み関数内で再利用する変数はvolatile宣言する．
volatile int counter1=0;		// DATA_SAMP毎に0にセットするカウンター
volatile long datanum=0;		// データ番号	
volatile double r0;			// 台車の初期位置[V]
volatile double a_ref;			// 目標信号の振幅[m]
volatile double t=0.;			// 時間[s]
volatile double dt=1./SAMP_FREQ;	// サンプリング周期[s]
volatile double x_d=0.;			// 近似微分要素の状態
volatile double x_f=0.;			// 1次遅れ補償要素の状態
volatile double exp_data[5][1510];	// 実験データ

double sgn(zz)				// 符号関数の定義
double zz;
{
	double x=1;
	if (zz<0) x=-1;
	if (zz==0) x=0;
	return(x);
}

double sat(zz,aa)			// 飽和関数の定義
double zz,aa;
{
	double x;
	x=zz;
	if(fabs(x)>aa) x=aa*sgn(x);
	return(x);  
}

/************************************************************************
		割り込み関数（ここに制御則を記述する）
*************************************************************************/
interrupt void c_int02()
{
	int V_dir,V_abs;				// ローカル変数の定義
	double r,ur,ur1,dr,ur_v,mu,v;

	r = (double)sbox_AdGet(0)/CONV-r0;		// 台車位置[V]（初期値を0とする）

	x_d+=(r-x_d)*dt/Td;				// rの近似微分drの計算
	dr=(r-x_d)/Td;

//	v = a_ref*sin(omega*t);				// rの正弦波状目標入力
	v = a_ref*sgn(sin(omega*t));			// rの矩形波状目標入力

	mu = -1./(T*T)*C_r*r-2./T*C_r*dr+v/(T*T);	// 制御入力mu
	ur = (T0_actual*mu+C_r*dr)/(C_r*K0_actual);	// 補償された駆動系への入力

	x_f+=(K0*ur-x_f)*dt/T0;				// 1次遅れフィルタ
	ur1=Fv*(x_f-dr);				// 駆動系の速度フィードバック補償

	V_dir=(int)(5.0*CONV);				// ドライバへの回転方向指令電圧．5Vで正回転，0Vで逆回転．
	if(ur1<0.0) 
		V_dir=(int)(0.0*CONV);
		
	ur_v=sat(fabs(ur1)+Comp,5.0);			// ドライバへの速度指令電圧（5V以下）．Compは不感帯補償のための一定電圧．
	V_abs=(int)(ur_v*CONV);				// ur_vのDA出力への変換

	if(datanum>=DATA_NUM_MAX-1){			// 終了処理
		V_abs=0;
		V_dir=0;
	}

	sbox_DaPut( 0, V_abs);					// 速度指令電圧をDA0チャンネルへ出力
	sbox_DaPut( 1, V_dir);					// 回転方向指令電圧をDA1チャンネルへ出力

	if(counter1==DATA_SAMP){				// 指定サンプリング毎に実験結果を記録
		if(datanum<DATA_NUM_MAX){
			exp_data[1][datanum]=C_r*r;		// 台車の位置[m]
			exp_data[2][datanum]=C_r*dr;		// 台車速度（近似微分）[m/s]
			exp_data[3][datanum]=v;			// 目標入力[m]
			exp_data[4][datanum]=ur_v;		// ドライバへの速度指令電圧[V]
		}
		datanum++;
		counter1=0;
	}
	++counter1;
	t+=dt;							// 時間軸の計算

}

/*********************************************************************************
		main function（ここからプログラムが実行される）
**********************************************************************************/
void main()
{
	int i,cont_start;				// ローカル変数の定義
	FILE *fp1;					// 実験データ出力用ファイル

	printf("Enter a_ref[m] ");			// 台車振幅の目標値
	scanf("%lf",&a_ref);
	if(fabs(a_ref)>0.1)
		a_ref=0.1;				// a_refの上限を0.1[m]とする．

	printf("start=1, stop=0 ");			// 1で制御開始．1以外の整数で制御中止
	scanf("%d",&cont_start);
	if(cont_start!=1)
		exit(-1);

	sbox_Init();					// システムの設定

	if(0 != sbox_AdTrgSet( TRG_SOFT ))		// ソフトでのADトリガ設定
		exit( -1 );

	while( sbox_AdDone() != 1 );			// AD変換終了まで待つ．

	r0 = (double)sbox_AdGet(0)/CONV;		// 台車の初期位置[V]

	if( 0 != sbox_AdTrgSet( TRG_TIMER0 ) ) 		// ADの設定
		exit( -1 );

	if( 0 != sbox_IntSet( AD_DONE, EINT4, c_int02 ) ) 	// ADの割り込み設定
		exit( -1 );
	
	sbox_DaCtrl( ON );					// DAの設定
	if( 0 != sbox_DaTrgSet( TRG_TIMER0 )) 
		exit( -1 );

	clock_set( SAMP_FREQ, TIMER_0 );		// 内部クロックの周波数設定と出力開始

	while(1)
		if(datanum==DATA_NUM_MAX){
			clock_stop(TIMER_0);		// 内部クロック出力の停止
			break;
		}

	printf("end of control\n");

	fp1=fopen("data1.txt","w");			// 記録した実験データのファイルへの書き込み
	for(i=0;i<DATA_NUM_MAX;i++)
		exp_data[0][i]=DATA_SAMP*dt*(i);	// 時間軸
	for(i=0;i<DATA_NUM_MAX;++i){
		fprintf(fp1,"%f %f %f %f %f\n",
		exp_data[0][i],exp_data[1][i],exp_data[2][i],exp_data[3][i],exp_data[4][i]); 
	}
	fclose(fp1);
	printf("end of writing\n");
}