| 1 | /*! | 
|---|
| 2 | \file | 
|---|
| 3 | \brief DataSource for experiments with realistic simulator of the PMSM model | 
|---|
| 4 | \author Vaclav Smidl. | 
|---|
| 5 |  | 
|---|
| 6 | ----------------------------------- | 
|---|
| 7 | BDM++ - C++ library for Bayesian Decision Making under Uncertainty | 
|---|
| 8 |  | 
|---|
| 9 | Using IT++ for numerical operations | 
|---|
| 10 | ----------------------------------- | 
|---|
| 11 | */ | 
|---|
| 12 |  | 
|---|
| 13 | #include <base/loggers.h> | 
|---|
| 14 | #include <estim/kalman.h> | 
|---|
| 15 | #include "simulator_zdenek/simulator.h" | 
|---|
| 16 | #include "pmsm.h" | 
|---|
| 17 |  | 
|---|
| 18 | using namespace bdm; | 
|---|
| 19 |  | 
|---|
| 20 | //! Simulator of PMSM machine with predefined profile on omega | 
|---|
| 21 | class pmsmDS : public DS | 
|---|
| 22 | { | 
|---|
| 23 | LOG_LEVEL(pmsmDS,logvoltage); | 
|---|
| 24 |  | 
|---|
| 25 | protected: | 
|---|
| 26 | //! indeces of logged variables | 
|---|
| 27 | int L_x, L_ou, L_oy, L_iu, L_optu; | 
|---|
| 28 | //! Setpoints of omega in timespans given by dt_prof | 
|---|
| 29 | vec profileWw; | 
|---|
| 30 | //! Setpoints of Mz in timespans given by dt_prof | 
|---|
| 31 | vec profileMz; | 
|---|
| 32 | //! time-step for profiles | 
|---|
| 33 | double dt_prof; | 
|---|
| 34 | //! Number of miliseconds per discrete time step | 
|---|
| 35 | int Dt; | 
|---|
| 36 | public: | 
|---|
| 37 | //! Constructor with fixed sampling period | 
|---|
| 38 | pmsmDS () : DS() | 
|---|
| 39 | { | 
|---|
| 40 | Dt=125; | 
|---|
| 41 | Yrv=RV ( "{o_ua o_ub o_ia o_ib t_ua t_ub o_om o_th Mz }" ); | 
|---|
| 42 | ytsize = Yrv._dsize(); | 
|---|
| 43 | Drv = Yrv; | 
|---|
| 44 | } | 
|---|
| 45 | void set_parameters ( double Rs0, double Ls0, double Fmag0, double Bf0, double p0, double kp0, double J0, double Uc0, double DT0, double dt0 ) | 
|---|
| 46 | { | 
|---|
| 47 | pmsmsim_set_parameters ( Rs0, Ls0, Fmag0, Bf0, p0, kp0, J0, Uc0, DT0, dt0 ); | 
|---|
| 48 | } | 
|---|
| 49 |  | 
|---|
| 50 | void getdata ( vec &dt ) const | 
|---|
| 51 | { | 
|---|
| 52 | dt.set_subvector(0,vec ( KalmanObs,6 )); | 
|---|
| 53 | dt(6)=x[2]; | 
|---|
| 54 | dt(7)=x[3]; | 
|---|
| 55 | dt(8)=x[8]; | 
|---|
| 56 | } | 
|---|
| 57 | void write ( vec &ut ) {} | 
|---|
| 58 |  | 
|---|
| 59 | void step() | 
|---|
| 60 | { | 
|---|
| 61 | static int ind=0; | 
|---|
| 62 | static double dW; // increase of W | 
|---|
| 63 | static double Ww; // W | 
|---|
| 64 | static double Mz; // W | 
|---|
| 65 | if ( t>=dt_prof*ind ) | 
|---|
| 66 | { | 
|---|
| 67 | ind++; | 
|---|
| 68 | // check omega profile and set dW | 
|---|
| 69 | if ( ind <2 && profileWw.length() ==1 ) | 
|---|
| 70 | { | 
|---|
| 71 | Ww=profileWw ( 0 ); | 
|---|
| 72 | dW=0.0; | 
|---|
| 73 | } | 
|---|
| 74 | if ( ind<profileWw.length() ) | 
|---|
| 75 | { | 
|---|
| 76 | dW = profileWw ( ind )-profileWw ( ind-1 ); | 
|---|
| 77 | dW *=125e-6/dt_prof; | 
|---|
| 78 | } | 
|---|
| 79 | else | 
|---|
| 80 | { | 
|---|
| 81 | dW = 0; | 
|---|
| 82 | } | 
|---|
| 83 | // Check Mz profile and set Mz | 
|---|
| 84 | if ( ind<profileMz.length() ) | 
|---|
| 85 | { | 
|---|
| 86 | //sudden increase | 
|---|
| 87 | Mz = profileMz(ind); | 
|---|
| 88 | } | 
|---|
| 89 | else | 
|---|
| 90 | { | 
|---|
| 91 | Mz = 0; | 
|---|
| 92 | } | 
|---|
| 93 | } | 
|---|
| 94 | Ww += dW; | 
|---|
| 95 | //Simulate Dt seconds! | 
|---|
| 96 | for ( int i=0; i<Dt; i++ ) | 
|---|
| 97 | { | 
|---|
| 98 | pmsmsim_step ( Ww , Mz); | 
|---|
| 99 | } | 
|---|
| 100 | //              for ( int i=0;i<Dt;i++ ) {      pmsmsim_noreg_step ( Ww , Mz);} | 
|---|
| 101 |  | 
|---|
| 102 | //discretization | 
|---|
| 103 | double ustep=1.2; | 
|---|
| 104 | KalmanObs [ 0 ] = ustep*itpp::round( KalmanObs [ 0 ]/ ustep) ; | 
|---|
| 105 | KalmanObs [ 1 ] = ustep*itpp::round(KalmanObs [ 1 ]/ ustep); | 
|---|
| 106 | double istep=0.085; | 
|---|
| 107 | KalmanObs [ 2 ] = istep*itpp::round( KalmanObs [ 2 ]/ istep) ; | 
|---|
| 108 | KalmanObs [ 3 ] = istep*itpp::round(KalmanObs [ 3 ]/ istep); | 
|---|
| 109 |  | 
|---|
| 110 | }; | 
|---|
| 111 |  | 
|---|
| 112 | void log_register ( logger &L ) | 
|---|
| 113 | { | 
|---|
| 114 | L_x = L.add_vector ( rx, "x" ); | 
|---|
| 115 | L_oy = L.add_vector ( ry, "o" ); | 
|---|
| 116 | L_ou = L.add_vector ( ru, "o" ); | 
|---|
| 117 | L_iu = L.add_vector ( ru, "t" ); | 
|---|
| 118 | // log differences | 
|---|
| 119 | if ( log_level[logvoltage] ) | 
|---|
| 120 | { | 
|---|
| 121 | L_optu = L.add_vector ( ru, "model" ); | 
|---|
| 122 | } | 
|---|
| 123 | } | 
|---|
| 124 |  | 
|---|
| 125 | void log_write ( logger &L ) | 
|---|
| 126 | { | 
|---|
| 127 | L.log_vector ( L_x, vec ( x,4 ) ); | 
|---|
| 128 | L.log_vector ( L_oy, vec_2 ( KalmanObs[2],KalmanObs[3] ) ); | 
|---|
| 129 | L.log_vector ( L_ou, vec_2 ( KalmanObs[0],KalmanObs[1] ) ); | 
|---|
| 130 | L.log_vector ( L_iu, vec_2 ( KalmanObs[4],KalmanObs[5] ) ); | 
|---|
| 131 | if ( log_level[logvoltage] ) | 
|---|
| 132 | { | 
|---|
| 133 | double sq3=sqrt ( 3.0 ); | 
|---|
| 134 | double ua,ub; | 
|---|
| 135 | double i1=x[0]; | 
|---|
| 136 | double i2=0.5* ( -i1+sq3*x[1] ); | 
|---|
| 137 | double i3=0.5* ( -i1-sq3*x[1] ); | 
|---|
| 138 | double u1=KalmanObs[0]; | 
|---|
| 139 | double u2=0.5* ( -u1+sq3*KalmanObs[1] ); | 
|---|
| 140 | double u3=0.5* ( -u1-sq3*KalmanObs[1] ); | 
|---|
| 141 |  | 
|---|
| 142 | double du1=1.4* ( double ( i1>0.3 ) - double ( i1<-0.3 ) ) +0.2*i1; | 
|---|
| 143 | double du2=1.4* ( double ( i2>0.3 ) - double ( i2<-0.3 ) ) +0.2*i2; | 
|---|
| 144 | double du3=1.4* ( double ( i3>0.3 ) - double ( i3<-0.3 ) ) +0.2*i3; | 
|---|
| 145 | ua = ( 2.0* ( u1-du1 )- ( u2-du2 )- ( u3-du3 ) ) /3.0; | 
|---|
| 146 | ub = ( ( u2-du2 )- ( u3-du3 ) ) /sq3; | 
|---|
| 147 | L.log_vector ( L_optu , vec_2 ( ua,ub ) ); | 
|---|
| 148 | } | 
|---|
| 149 |  | 
|---|
| 150 | } | 
|---|
| 151 |  | 
|---|
| 152 | void set_profile ( double dt, const vec &Ww, const vec &Mz ) | 
|---|
| 153 | { | 
|---|
| 154 | dt_prof=dt; | 
|---|
| 155 | profileWw=Ww; | 
|---|
| 156 | profileMz=Mz; | 
|---|
| 157 | } | 
|---|
| 158 |  | 
|---|
| 159 | void from_setting( const Setting &root ) | 
|---|
| 160 | { | 
|---|
| 161 | const SettingResolver& params_l(root["params"]); | 
|---|
| 162 | const Setting ¶ms = params_l.result; | 
|---|
| 163 | set_parameters ( params["Rs"], params["Ls"], params["Fmag"], \ | 
|---|
| 164 | params["Bf"], params["p"], params["kp"], \ | 
|---|
| 165 | params["J"], params["Uc"], params["DT"], 1.0e-6 ); | 
|---|
| 166 |  | 
|---|
| 167 | // Default values of profiles for omega and Mz | 
|---|
| 168 | vec profW=vec("1.0"); | 
|---|
| 169 | vec profM=vec("0.0"); | 
|---|
| 170 | double tstep=1.0; | 
|---|
| 171 | UI::get( tstep, root,  "tstep"); | 
|---|
| 172 | UI::get( profW, root, "profileW" ); | 
|---|
| 173 | UI::get( profM, root, "profileM" ); | 
|---|
| 174 | set_profile (tstep , profW, profM); | 
|---|
| 175 |  | 
|---|
| 176 | } | 
|---|
| 177 |  | 
|---|
| 178 | // TODO dodelat void to_setting( Setting &root ) const; | 
|---|
| 179 | }; | 
|---|
| 180 |  | 
|---|
| 181 | UIREGISTER ( pmsmDS ); | 
|---|
| 182 |  | 
|---|
| 183 |  | 
|---|
| 184 | //! This class behaves like BM but it is evaluating EKF | 
|---|
| 185 | class pmsmCRB : public EKFfull | 
|---|
| 186 | { | 
|---|
| 187 | protected: | 
|---|
| 188 | vec interr; | 
|---|
| 189 | vec old_true; | 
|---|
| 190 | vec secder; | 
|---|
| 191 | int L_CRB; | 
|---|
| 192 | int L_err; | 
|---|
| 193 | int L_sec; | 
|---|
| 194 | public: | 
|---|
| 195 | //! constructor | 
|---|
| 196 | pmsmCRB():EKFfull() | 
|---|
| 197 | { | 
|---|
| 198 | old_true=zeros(6); | 
|---|
| 199 | } | 
|---|
| 200 |  | 
|---|
| 201 | void bayes(const vec &dt) | 
|---|
| 202 | { | 
|---|
| 203 | static vec umin(2); | 
|---|
| 204 | vec u(2); | 
|---|
| 205 | vec &mu = est._mu(); | 
|---|
| 206 | //assume we know state exactly: | 
|---|
| 207 | vec true_state=vec(x,4); // read from pmsm | 
|---|
| 208 | mu=true_state; | 
|---|
| 209 |  | 
|---|
| 210 | //integration error | 
|---|
| 211 | old_true(4)=KalmanObs[4]; | 
|---|
| 212 | old_true(5)=KalmanObs[5];// add U | 
|---|
| 213 | u(0) = KalmanObs[0]; // use the required value for derivatives | 
|---|
| 214 | u(1) = KalmanObs[1]; | 
|---|
| 215 | interr = (true_state - pfxu->eval(old_true)); | 
|---|
| 216 |  | 
|---|
| 217 | //second derivative | 
|---|
| 218 | IMpmsm2o* pf = dynamic_cast<IMpmsm2o*>(pfxu.get()); | 
|---|
| 219 | if (pf) | 
|---|
| 220 | { | 
|---|
| 221 | secder=pf->eval2o(u-umin); | 
|---|
| 222 | } | 
|---|
| 223 |  | 
|---|
| 224 | umin =u; | 
|---|
| 225 | EKFfull::bayes(dt); | 
|---|
| 226 | old_true.set_subvector(0,true_state); | 
|---|
| 227 | } | 
|---|
| 228 |  | 
|---|
| 229 | void log_add(logger &L, const string &name="" ) | 
|---|
| 230 | { | 
|---|
| 231 | L_CRB=L.add_vector(rx,"crb"); | 
|---|
| 232 | L_err=L.add_vector(rx,"err"); | 
|---|
| 233 | L_sec=L.add_vector(rx,"d2"); | 
|---|
| 234 | } | 
|---|
| 235 | void logit(logger &L) | 
|---|
| 236 | { | 
|---|
| 237 | L.log_vector(L_err, interr); | 
|---|
| 238 | L.log_vector(L_CRB,diag(_R())); | 
|---|
| 239 | L.log_vector(L_sec,secder); | 
|---|
| 240 | } | 
|---|
| 241 |  | 
|---|
| 242 | void from_setting( const Setting &root ) | 
|---|
| 243 | { | 
|---|
| 244 | shared_ptr<diffbifn> IM = UI::build<diffbifn>(root, "IM"); | 
|---|
| 245 | shared_ptr<diffbifn> OM = UI::build<diffbifn>(root, "OM"); | 
|---|
| 246 |  | 
|---|
| 247 | //parameters | 
|---|
| 248 |  | 
|---|
| 249 | //statistics | 
|---|
| 250 | int dim=IM->dimension(); | 
|---|
| 251 |  | 
|---|
| 252 | vec mu0; | 
|---|
| 253 | if(root.exists("mu0")) | 
|---|
| 254 | UI::get( mu0, root, "mu0"); | 
|---|
| 255 | else | 
|---|
| 256 | mu0=zeros(dim); | 
|---|
| 257 |  | 
|---|
| 258 | mat P0; | 
|---|
| 259 | if(root.exists( "dP0" )) | 
|---|
| 260 | { | 
|---|
| 261 | vec dP0; | 
|---|
| 262 | UI::get(dP0,root, "dP0"); | 
|---|
| 263 | P0=diag(dP0); | 
|---|
| 264 | } | 
|---|
| 265 | else if (root.exists("P0")) | 
|---|
| 266 | UI::get(P0,root, "P0"); | 
|---|
| 267 | else | 
|---|
| 268 | P0=eye(dim); | 
|---|
| 269 |  | 
|---|
| 270 | set_statistics(mu0,P0); | 
|---|
| 271 |  | 
|---|
| 272 | vec dQ; | 
|---|
| 273 | UI::get( dQ, root, "dQ"); | 
|---|
| 274 | vec dR; | 
|---|
| 275 | UI::get( dR, root, "dR"); | 
|---|
| 276 | set_parameters(IM, OM, diag(dQ) , diag(dR)); | 
|---|
| 277 |  | 
|---|
| 278 | //connect | 
|---|
| 279 | shared_ptr<RV> drv = UI::build<RV>(root, "drv"); | 
|---|
| 280 | set_yrv(*drv); | 
|---|
| 281 | shared_ptr<RV> rv = UI::build<RV>(root, "rv"); | 
|---|
| 282 | set_rv(*rv); | 
|---|
| 283 | } | 
|---|
| 284 |  | 
|---|
| 285 | // TODO dodelat void to_setting( Setting &root ) const; | 
|---|
| 286 | }; | 
|---|
| 287 |  | 
|---|
| 288 | UIREGISTER ( pmsmCRB ); | 
|---|
| 289 |  | 
|---|
| 290 |  | 
|---|
| 291 | //! This class behaves like BM but it is evaluating EKF | 
|---|
| 292 | class pmsmCRBMz : public EKFfull | 
|---|
| 293 | { | 
|---|
| 294 | protected: | 
|---|
| 295 | int L_CRB; | 
|---|
| 296 | public: | 
|---|
| 297 | //! constructor | 
|---|
| 298 | pmsmCRBMz():EKFfull() {} | 
|---|
| 299 |  | 
|---|
| 300 | void bayes(const vec &dt) | 
|---|
| 301 | { | 
|---|
| 302 | //assume we know state exactly: | 
|---|
| 303 | vec true_state(5); | 
|---|
| 304 | true_state.set_subvector(0,vec(x,4)); // read from pmsm | 
|---|
| 305 | true_state(4)=x[8]; | 
|---|
| 306 |  | 
|---|
| 307 | vec &mu = est._mu(); | 
|---|
| 308 | mu = true_state; | 
|---|
| 309 | //hack for ut | 
|---|
| 310 | EKFfull::bayes(dt); | 
|---|
| 311 | } | 
|---|
| 312 |  | 
|---|
| 313 | void log_add(logger &L, const string &name="" ) | 
|---|
| 314 | { | 
|---|
| 315 | L_CRB=L.add_vector(concat(rx,RV("Mz",1,0)),"crbz"); | 
|---|
| 316 | } | 
|---|
| 317 | void logit(logger &L) | 
|---|
| 318 | { | 
|---|
| 319 | L.log_vector(L_CRB,diag(_R())); | 
|---|
| 320 | } | 
|---|
| 321 |  | 
|---|
| 322 | void from_setting( const Setting &root ) | 
|---|
| 323 | { | 
|---|
| 324 | shared_ptr<diffbifn> IM = UI::build<diffbifn>(root,"IM"); | 
|---|
| 325 | shared_ptr<diffbifn> OM = UI::build<diffbifn>(root,"OM"); | 
|---|
| 326 |  | 
|---|
| 327 | //statistics | 
|---|
| 328 | int dim=IM->dimension(); | 
|---|
| 329 | vec mu0; | 
|---|
| 330 | if( root.exists( "mu0")) | 
|---|
| 331 | UI::get(mu0, root, "mu0"); | 
|---|
| 332 | else | 
|---|
| 333 | mu0=zeros(dim); | 
|---|
| 334 |  | 
|---|
| 335 | mat P0; | 
|---|
| 336 |  | 
|---|
| 337 | if(root.exists("dP0")) | 
|---|
| 338 | { | 
|---|
| 339 | vec dP0; | 
|---|
| 340 | UI::get(dP0, root, "dP0"); | 
|---|
| 341 | P0=diag(dP0); | 
|---|
| 342 | } | 
|---|
| 343 | else if(root.exists("P0")) | 
|---|
| 344 | UI::get( P0, root, "P0" ); | 
|---|
| 345 | else | 
|---|
| 346 | P0=eye(dim); | 
|---|
| 347 |  | 
|---|
| 348 | set_statistics(mu0,P0); | 
|---|
| 349 |  | 
|---|
| 350 | vec dQ; | 
|---|
| 351 | UI::get(dQ, root, "dQ"); | 
|---|
| 352 | vec dR; | 
|---|
| 353 | UI::get(dR, root, "dR"); | 
|---|
| 354 | set_parameters(IM, OM, diag(dQ), diag(dR)); | 
|---|
| 355 |  | 
|---|
| 356 | //connect | 
|---|
| 357 | shared_ptr<RV> drv = UI::build<RV>(root, "drv"); | 
|---|
| 358 | set_yrv(*drv); | 
|---|
| 359 | shared_ptr<RV> rv = UI::build<RV>(root, "rv"); | 
|---|
| 360 | set_rv(*rv); | 
|---|
| 361 | } | 
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| 362 |  | 
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| 363 | // TODO dodelat void to_setting( Setting &root ) const; | 
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| 364 | }; | 
|---|
| 365 |  | 
|---|
| 366 | UIREGISTER ( pmsmCRBMz ); | 
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