| 1 | #ifndef PMSM_CTR_H |
|---|
| 2 | #define PMSM_CTR_H |
|---|
| 3 | |
|---|
| 4 | #include <estim/particles.h> |
|---|
| 5 | #include <design/ctrlbase.h> |
|---|
| 6 | #include <design/lq_ctrl.h> |
|---|
| 7 | #include "pmsm.h" |
|---|
| 8 | |
|---|
| 9 | #include <fstream> |
|---|
| 10 | |
|---|
| 11 | /*! \defgroup PMSM |
|---|
| 12 | @{ |
|---|
| 13 | */ |
|---|
| 14 | |
|---|
| 15 | using namespace bdm; |
|---|
| 16 | |
|---|
| 17 | |
|---|
| 18 | /*! PI Controller*/ |
|---|
| 19 | class PI_ctrl: public Controller{ |
|---|
| 20 | public: |
|---|
| 21 | //!integral state |
|---|
| 22 | double S; |
|---|
| 23 | double Pd; |
|---|
| 24 | double Pi; |
|---|
| 25 | double minOut; |
|---|
| 26 | double maxOut; |
|---|
| 27 | |
|---|
| 28 | PI_ctrl(double Pd0, double Pi0, double minOut0, double maxOut0): S(0.0), Pd(Pd0), Pi(Pi0),minOut(minOut0),maxOut(maxOut0){} |
|---|
| 29 | virtual vec ctrlaction ( const vec &cond ) { |
|---|
| 30 | double tmp; |
|---|
| 31 | tmp = Pd*cond(0)+S; |
|---|
| 32 | |
|---|
| 33 | S += Pi*cond(0); |
|---|
| 34 | |
|---|
| 35 | if (tmp>maxOut) tmp=maxOut; |
|---|
| 36 | if (tmp<minOut) tmp=minOut; |
|---|
| 37 | return vec_1(tmp); |
|---|
| 38 | } |
|---|
| 39 | }; |
|---|
| 40 | |
|---|
| 41 | /*! \brief Root class for controllers of PMSM |
|---|
| 42 | * |
|---|
| 43 | * It defines the interface for controllers that connect to the pmsmDSctrl. |
|---|
| 44 | * The adapt() function calls bayes() of an internal BM. Note that it is assumed that the estimator is compatible with PMSM system. |
|---|
| 45 | * I.e. it must have rv={ia, ib} and rvc={ua,ub}, any other BM will not work. |
|---|
| 46 | * |
|---|
| 47 | * Two cases are considered: |
|---|
| 48 | * - 4 dimensional rv={ia, ib, om, th} and rvc={ua,ub} |
|---|
| 49 | * - 2 dimensional rv={om, th} and rvc={ua,ub,ia_{t-1}, ib_{t-1} } |
|---|
| 50 | * These are hardcoded and sitched based on dimensionality. |
|---|
| 51 | */ |
|---|
| 52 | class PMSMCtrl: public Controller{ |
|---|
| 53 | protected: |
|---|
| 54 | //! Est where rv and rcv are not used! |
|---|
| 55 | shared_ptr<BM> Est; |
|---|
| 56 | //! switch to use or not to use the internal estimator |
|---|
| 57 | bool estim; |
|---|
| 58 | |
|---|
| 59 | // internal quantities filled by PMSMCtrl::ctrlaction() |
|---|
| 60 | double isa; |
|---|
| 61 | double isb; |
|---|
| 62 | double ome; |
|---|
| 63 | double the; |
|---|
| 64 | double Ww; |
|---|
| 65 | |
|---|
| 66 | public: |
|---|
| 67 | |
|---|
| 68 | PMSMCtrl():Controller() { |
|---|
| 69 | rv = RV("{ua ub }"); |
|---|
| 70 | rvc = RV("{o_ia o_ib t_ua t_ub o_om o_th Ww }"); |
|---|
| 71 | } |
|---|
| 72 | |
|---|
| 73 | void adapt(const itpp::vec& data){ |
|---|
| 74 | if (estim){ |
|---|
| 75 | vec y=data.get(0,1); |
|---|
| 76 | vec u=data.get(2,3); |
|---|
| 77 | if (Est->dimension()==2){ |
|---|
| 78 | static vec cond(4); // |
|---|
| 79 | cond.set_subvector(0,1,u); |
|---|
| 80 | Est->bayes(y,cond); |
|---|
| 81 | cond.set_subvector(2,3,y); // save 1-step delayed vectors |
|---|
| 82 | |
|---|
| 83 | } else { |
|---|
| 84 | Est->bayes(y,u); |
|---|
| 85 | |
|---|
| 86 | } |
|---|
| 87 | |
|---|
| 88 | } |
|---|
| 89 | } |
|---|
| 90 | |
|---|
| 91 | |
|---|
| 92 | virtual vec ctrlaction(const itpp::vec& cond) { |
|---|
| 93 | |
|---|
| 94 | if (estim){ |
|---|
| 95 | if (Est->dimension()==2){ |
|---|
| 96 | vec x_est=Est->posterior().mean(); |
|---|
| 97 | isa=cond(0); |
|---|
| 98 | isb=cond(1); |
|---|
| 99 | ome=x_est(0); |
|---|
| 100 | the=x_est(1); |
|---|
| 101 | } else { |
|---|
| 102 | vec x_est=Est->posterior().mean(); |
|---|
| 103 | isa=x_est(0); |
|---|
| 104 | isb=x_est(1); |
|---|
| 105 | ome=x_est(2); |
|---|
| 106 | the=x_est(3); |
|---|
| 107 | } |
|---|
| 108 | } else { |
|---|
| 109 | isa=cond(0);//x_est(0); |
|---|
| 110 | isb=cond(1);//x_est(1); |
|---|
| 111 | ome=cond(4);//x[2];//x_est(2); |
|---|
| 112 | the=cond(5);//x_est(3); |
|---|
| 113 | } |
|---|
| 114 | Ww=cond(6); |
|---|
| 115 | |
|---|
| 116 | return empty_vec; // dummy return |
|---|
| 117 | }; |
|---|
| 118 | void from_setting(const libconfig::Setting& set){ |
|---|
| 119 | Controller::from_setting(set); |
|---|
| 120 | Est=UI::build<BM>(set,"estim",UI::optional); |
|---|
| 121 | estim = Est; |
|---|
| 122 | } |
|---|
| 123 | void log_register ( logger &L, const string &prefix ) { |
|---|
| 124 | Controller::log_register(L,prefix); |
|---|
| 125 | if (estim) Est->log_register(L,prefix); |
|---|
| 126 | } |
|---|
| 127 | void log_write() const{ |
|---|
| 128 | if (estim) Est->log_write(); |
|---|
| 129 | } |
|---|
| 130 | }; |
|---|
| 131 | //UIREGISTER(PMSMCtrl); -- abstract |
|---|
| 132 | |
|---|
| 133 | class PMSM_PICtrl: public PMSMCtrl{ |
|---|
| 134 | public: |
|---|
| 135 | PI_ctrl Cwq; |
|---|
| 136 | PI_ctrl Cuq; |
|---|
| 137 | PI_ctrl Cud; |
|---|
| 138 | |
|---|
| 139 | PMSM_PICtrl():PMSMCtrl(), |
|---|
| 140 | Cwq(3.0, 3.0*0.000125/0.1, -1200, 1200), |
|---|
| 141 | Cuq(20.0, 20.0*0.000125/0.005, -1200, 1200), |
|---|
| 142 | Cud(20.0, 20.0*0.000125/0.005, -1200, 1200) {} |
|---|
| 143 | |
|---|
| 144 | |
|---|
| 145 | virtual vec ctrlaction(const itpp::vec& cond) { |
|---|
| 146 | PMSMCtrl::ctrlaction(cond); // fills isa,isb,om,the |
|---|
| 147 | |
|---|
| 148 | double Isd = isa*cos(the)+isb*sin(the); |
|---|
| 149 | double Isq = isb*cos(the)-isa*sin(the); |
|---|
| 150 | |
|---|
| 151 | double Iqw=(Cwq.ctrlaction(vec_1(Ww-ome)))(0); // conversion from vec |
|---|
| 152 | |
|---|
| 153 | double ud = (Cud.ctrlaction(vec_1(-Isd)))(0); |
|---|
| 154 | double uq = (Cuq.ctrlaction(vec_1(Iqw-Isq)))(0); |
|---|
| 155 | |
|---|
| 156 | const double Ls0=0.003465; // inductance |
|---|
| 157 | const double Fmag0= 0.1989; // Magnetic?? |
|---|
| 158 | |
|---|
| 159 | ud-=Ls0*ome*Iqw; // har |
|---|
| 160 | uq+=Fmag0*ome; |
|---|
| 161 | |
|---|
| 162 | double Um = sqrt(ud*ud+uq*uq); |
|---|
| 163 | double beta = atan(uq/ud); |
|---|
| 164 | if (ud<0) beta += M_PI; |
|---|
| 165 | beta +=the; |
|---|
| 166 | |
|---|
| 167 | vec uab(2); |
|---|
| 168 | uab(0)=Um*cos(beta); // usx = usa |
|---|
| 169 | uab(1)=Um*sin(beta); // usy |
|---|
| 170 | |
|---|
| 171 | return uab; |
|---|
| 172 | }; |
|---|
| 173 | }; |
|---|
| 174 | UIREGISTER(PMSM_PICtrl); |
|---|
| 175 | |
|---|
| 176 | /*************************************/ |
|---|
| 177 | /* LQ alpa-beta */ |
|---|
| 178 | /*************************************/ |
|---|
| 179 | |
|---|
| 180 | class PMSM_LQCtrl: public PMSMCtrl{ |
|---|
| 181 | public: |
|---|
| 182 | /* |
|---|
| 183 | PMSMCtrl: |
|---|
| 184 | double isa; |
|---|
| 185 | double isb; |
|---|
| 186 | double ome; |
|---|
| 187 | double the; |
|---|
| 188 | double Ww; |
|---|
| 189 | */ |
|---|
| 190 | |
|---|
| 191 | //PMSM parameters |
|---|
| 192 | const double a; |
|---|
| 193 | const double b; |
|---|
| 194 | const double c; |
|---|
| 195 | const double d; |
|---|
| 196 | const double e; |
|---|
| 197 | |
|---|
| 198 | //input penalty |
|---|
| 199 | double r; |
|---|
| 200 | |
|---|
| 201 | //time step |
|---|
| 202 | const double Dt; |
|---|
| 203 | |
|---|
| 204 | //receding horizon |
|---|
| 205 | int rec_hor; |
|---|
| 206 | |
|---|
| 207 | //system matrices |
|---|
| 208 | mat A; //5x5 |
|---|
| 209 | mat B; //5x2 |
|---|
| 210 | //mat C; //2x5 |
|---|
| 211 | mat Q; //5x5 |
|---|
| 212 | mat R; //2x2 |
|---|
| 213 | |
|---|
| 214 | //control matrix |
|---|
| 215 | mat L; |
|---|
| 216 | vec uab; |
|---|
| 217 | vec icond; |
|---|
| 218 | |
|---|
| 219 | //control maximum |
|---|
| 220 | double MAXu; |
|---|
| 221 | int MAXuflag; |
|---|
| 222 | |
|---|
| 223 | //lqg controler class |
|---|
| 224 | LQG_universal lq; |
|---|
| 225 | |
|---|
| 226 | //prediction |
|---|
| 227 | vec p_isa, p_isb, p_ome, p_the; |
|---|
| 228 | |
|---|
| 229 | PMSM_LQCtrl():PMSMCtrl(), a(0.9898), b(0.0072), c(0.0361), d(1.0), e(0.0149), |
|---|
| 230 | r(0.005), Dt(0.000125), rec_hor(10), //for r is a default value rewrited by pcp.txt file value |
|---|
| 231 | A(5, 5), B(5, 2), Q(5, 5), R(2, 2), |
|---|
| 232 | uab(2), icond(6), MAXu(100.0), MAXuflag(0) { |
|---|
| 233 | //set fix matrices elements & dimensions |
|---|
| 234 | A.zeros(); |
|---|
| 235 | A(0, 0) = A(1, 1) = a; |
|---|
| 236 | A(2, 2) = d; |
|---|
| 237 | A(2, 4) = d - 1; |
|---|
| 238 | A(3, 2) = A(3, 4) = Dt; |
|---|
| 239 | A(3, 3) = A(4, 4) = 1.0; |
|---|
| 240 | B.zeros(); |
|---|
| 241 | B(0, 0) = B(1, 1) = c; |
|---|
| 242 | //C.zeros(); |
|---|
| 243 | // C(0, 0) = C(1, 1) = 1.0; |
|---|
| 244 | Q.zeros(); |
|---|
| 245 | Q(2, 2) = 1.0; |
|---|
| 246 | R.zeros(); |
|---|
| 247 | |
|---|
| 248 | } |
|---|
| 249 | |
|---|
| 250 | |
|---|
| 251 | virtual vec ctrlaction(const itpp::vec& cond) { |
|---|
| 252 | PMSMCtrl::ctrlaction(cond); // fills isa,isb,ome,the,Ww |
|---|
| 253 | |
|---|
| 254 | int i; |
|---|
| 255 | lq.resetTime(); |
|---|
| 256 | |
|---|
| 257 | //create prediction |
|---|
| 258 | p_isa.zeros(); |
|---|
| 259 | p_isb.zeros(); |
|---|
| 260 | p_ome.zeros(); |
|---|
| 261 | p_the.zeros(); |
|---|
| 262 | p_isa(0) = isa; |
|---|
| 263 | p_isb(0) = isb; |
|---|
| 264 | p_ome(0) = ome; |
|---|
| 265 | p_the(0) = the; |
|---|
| 266 | |
|---|
| 267 | for(i = 0; i < rec_hor-1; i++){ |
|---|
| 268 | p_isa(i+1) = a*p_isa(i) + b*p_ome(i)*sin(p_the(i)) + c*0;//uab(0); //use last used control |
|---|
| 269 | p_isb(i+1) = a*p_isb(i) - b*p_ome(i)*cos(p_the(i)) + c*0;//uab(1); |
|---|
| 270 | p_ome(i+1) = d*p_ome(i) + e*(p_isb(i)*cos(p_the(i)) - p_isa(i)*sin(p_the(i))); |
|---|
| 271 | p_the(i+1) = p_the(i) + Dt*p_ome(i); |
|---|
| 272 | } |
|---|
| 273 | |
|---|
| 274 | //create control matrix |
|---|
| 275 | for(i = rec_hor; i > 0; i--){ |
|---|
| 276 | //set variable matrices elements (A matrix only) |
|---|
| 277 | A(0, 2) = b*sin(p_the(i)); |
|---|
| 278 | A(0, 3) = b*(p_ome(i))*cos(p_the(i)); |
|---|
| 279 | A(0, 4) = b*sin(p_the(i)); |
|---|
| 280 | A(1, 2) = -b*cos(p_the(i)); |
|---|
| 281 | A(1, 3) = b*(p_ome(i))*sin(p_the(i)); |
|---|
| 282 | A(1, 4) = -b*cos(p_the(i)); |
|---|
| 283 | A(2, 0) = -e*sin(p_the(i)); |
|---|
| 284 | A(2, 1) = e*cos(p_the(i)); |
|---|
| 285 | A(2, 3) = -e*(p_isa(i)*cos(p_the(i)) + p_isb(i)*sin(p_the(i))); |
|---|
| 286 | |
|---|
| 287 | lq.Models(0).A = A; |
|---|
| 288 | lq.redesign(); |
|---|
| 289 | } |
|---|
| 290 | lq.redesign(); |
|---|
| 291 | |
|---|
| 292 | L = lq.getL(); |
|---|
| 293 | icond(0) = isa; |
|---|
| 294 | icond(1) = isb; |
|---|
| 295 | icond(2) = ome - Ww; |
|---|
| 296 | icond(3) = the; |
|---|
| 297 | icond(4) = Ww; |
|---|
| 298 | icond(5) = 0; |
|---|
| 299 | vec tmp = L*icond; |
|---|
| 300 | |
|---|
| 301 | uab = tmp(0,1); |
|---|
| 302 | |
|---|
| 303 | if(MAXuflag == 1){ //square cut off |
|---|
| 304 | if(uab(0) > MAXu) uab(0) = MAXu; |
|---|
| 305 | else if(uab(0) < -MAXu) uab(0) = -MAXu; |
|---|
| 306 | if(uab(1) > MAXu) uab(1) = MAXu; |
|---|
| 307 | else if(uab(1) < -MAXu) uab(1) = -MAXu; |
|---|
| 308 | } |
|---|
| 309 | else if(MAXuflag == 2){ //circular cut off |
|---|
| 310 | double uampl = sqrt(uab(0)*uab(0)+uab(1)*uab(1)); |
|---|
| 311 | double uangl = atan2(uab(1), uab(0)); |
|---|
| 312 | if (uampl > MAXu) uampl = MAXu; |
|---|
| 313 | uab(0) = uampl*cos(uangl); |
|---|
| 314 | uab(1) = uampl*sin(uangl); |
|---|
| 315 | } |
|---|
| 316 | //else{ //(MAXuflag == 0) //no cut off } |
|---|
| 317 | |
|---|
| 318 | return uab; |
|---|
| 319 | } |
|---|
| 320 | |
|---|
| 321 | void from_setting(const Setting &set){ |
|---|
| 322 | PMSMCtrl::from_setting(set); |
|---|
| 323 | UI::get(r,set, "r", UI::optional); |
|---|
| 324 | UI::get(rec_hor,set, "h", UI::optional); |
|---|
| 325 | UI::get(MAXu,set, "MAXu", UI::optional); |
|---|
| 326 | UI::get(MAXuflag,set, "MAXuflag", UI::optional); |
|---|
| 327 | } |
|---|
| 328 | |
|---|
| 329 | void validate(){ |
|---|
| 330 | R(0,0)=R(1,1)=r; |
|---|
| 331 | |
|---|
| 332 | p_isa.set_length(rec_hor+1); |
|---|
| 333 | p_isb.set_length(rec_hor+1); |
|---|
| 334 | p_ome.set_length(rec_hor+1); |
|---|
| 335 | p_the.set_length(rec_hor+1); |
|---|
| 336 | |
|---|
| 337 | Array<quadraticfn> qloss(2); |
|---|
| 338 | qloss(0).Q.setCh(Q); |
|---|
| 339 | qloss(0).rv = RV("x", 5, 1); |
|---|
| 340 | qloss(1).Q.setCh(R); |
|---|
| 341 | qloss(1).rv = RV("u", 2, 0); |
|---|
| 342 | lq.Losses = qloss; |
|---|
| 343 | |
|---|
| 344 | //set lq |
|---|
| 345 | lq.rv = RV("u", 2, 0); |
|---|
| 346 | lq.set_rvc(RV("x", 5, 0)); |
|---|
| 347 | lq.horizon = rec_hor; |
|---|
| 348 | |
|---|
| 349 | Array<linfnEx> model(2); |
|---|
| 350 | model(0).A = A; |
|---|
| 351 | model(0).B = vec("0 0 0 0 0"); |
|---|
| 352 | model(0).rv = RV("x", 5, 0); |
|---|
| 353 | model(0).rv_ret = RV("x", 5, 1); |
|---|
| 354 | model(1).A = B; |
|---|
| 355 | model(1).B = vec("0 0"); |
|---|
| 356 | model(1).rv = RV("u", 2, 0); |
|---|
| 357 | model(1).rv_ret = RV("x", 5, 1); |
|---|
| 358 | lq.Models = model; |
|---|
| 359 | |
|---|
| 360 | lq.finalLoss.Q.setCh(Q); |
|---|
| 361 | lq.finalLoss.rv = RV("x", 5, 1); |
|---|
| 362 | |
|---|
| 363 | lq.validate(); |
|---|
| 364 | |
|---|
| 365 | uab.zeros(); |
|---|
| 366 | |
|---|
| 367 | } |
|---|
| 368 | }; |
|---|
| 369 | UIREGISTER(PMSM_LQCtrl); |
|---|
| 370 | |
|---|
| 371 | /*************************************/ |
|---|
| 372 | /* LQ d-q 1 */ |
|---|
| 373 | /*************************************/ |
|---|
| 374 | |
|---|
| 375 | class PMSM_LQCtrl_dq: public PMSMCtrl{ |
|---|
| 376 | public: |
|---|
| 377 | /* |
|---|
| 378 | PMSMCtrl: |
|---|
| 379 | double isa; |
|---|
| 380 | double isb; |
|---|
| 381 | double ome; |
|---|
| 382 | double the; |
|---|
| 383 | double Ww; |
|---|
| 384 | */ |
|---|
| 385 | |
|---|
| 386 | //PMSM parameters |
|---|
| 387 | const double a; |
|---|
| 388 | const double b; |
|---|
| 389 | const double c; |
|---|
| 390 | const double d; |
|---|
| 391 | const double e; |
|---|
| 392 | |
|---|
| 393 | //input penalty |
|---|
| 394 | double r; |
|---|
| 395 | double rpd; //penalize differences u - u_old |
|---|
| 396 | |
|---|
| 397 | //time step |
|---|
| 398 | const double Dt; |
|---|
| 399 | |
|---|
| 400 | //receding horizon |
|---|
| 401 | int rec_hor; |
|---|
| 402 | |
|---|
| 403 | //system matrices |
|---|
| 404 | mat A; //5x5 |
|---|
| 405 | mat B; //5x2 |
|---|
| 406 | //mat C; //2x5 |
|---|
| 407 | mat Q; //5x5 |
|---|
| 408 | mat R; //2x2 |
|---|
| 409 | mat Rpd; //2x4 |
|---|
| 410 | |
|---|
| 411 | //control matrix |
|---|
| 412 | mat L; |
|---|
| 413 | vec uab; |
|---|
| 414 | vec icondpd; |
|---|
| 415 | vec u_old; |
|---|
| 416 | |
|---|
| 417 | //control maximum |
|---|
| 418 | double MAXu; |
|---|
| 419 | int MAXuflag; |
|---|
| 420 | |
|---|
| 421 | //lqg controler class |
|---|
| 422 | LQG_universal lq; |
|---|
| 423 | |
|---|
| 424 | //prediction |
|---|
| 425 | vec p_isa, p_isb, p_ome, p_the; |
|---|
| 426 | |
|---|
| 427 | PMSM_LQCtrl_dq():PMSMCtrl(), a(0.9898), b(0.0072), c(0.0361), d(1.0), e(0.0149), |
|---|
| 428 | r(0.005), rpd(0.1), Dt(0.000125), rec_hor(10), //for r is a default value rewrited by pcp.txt file value |
|---|
| 429 | A(5, 5), B(5, 2), Q(5, 5), R(2, 2), Rpd(2, 4), |
|---|
| 430 | uab(2), u_old(2), icondpd(8), MAXu(100.0), MAXuflag(0) { |
|---|
| 431 | //set fix matrices elements & dimensions |
|---|
| 432 | A.zeros(); |
|---|
| 433 | A(0, 0) = A(1, 1) = a; |
|---|
| 434 | A(1, 2) = A(1, 4) = -b; |
|---|
| 435 | A(2, 1) = e; |
|---|
| 436 | A(2, 2) = d; |
|---|
| 437 | A(2, 4) = d - 1; |
|---|
| 438 | A(3, 2) = A(3, 4) = Dt; |
|---|
| 439 | A(3, 3) = A(4, 4) = 1.0; |
|---|
| 440 | B.zeros(); |
|---|
| 441 | B(0, 0) = B(1, 1) = c; |
|---|
| 442 | Q.zeros(); |
|---|
| 443 | Q(2, 2) = 1.0; |
|---|
| 444 | R.zeros(); |
|---|
| 445 | Rpd.zeros(); |
|---|
| 446 | u_old.zeros(); |
|---|
| 447 | } |
|---|
| 448 | |
|---|
| 449 | |
|---|
| 450 | virtual vec ctrlaction(const itpp::vec& cond) { |
|---|
| 451 | PMSMCtrl::ctrlaction(cond); // fills isa,isb,ome,the,Ww |
|---|
| 452 | |
|---|
| 453 | vec udq; |
|---|
| 454 | vec tmp; |
|---|
| 455 | |
|---|
| 456 | lq.resetTime(); |
|---|
| 457 | |
|---|
| 458 | L = lq.getL(); |
|---|
| 459 | |
|---|
| 460 | icondpd(0) = isa*cos(the) + isb*sin(the); |
|---|
| 461 | icondpd(1) = isb*cos(the) - isa*sin(the); |
|---|
| 462 | icondpd(2) = ome - Ww; |
|---|
| 463 | icondpd(3) = the; |
|---|
| 464 | icondpd(4) = Ww; |
|---|
| 465 | icondpd(5) = u_old(0); |
|---|
| 466 | icondpd(6) = u_old(1); |
|---|
| 467 | icondpd(7) = 0; |
|---|
| 468 | |
|---|
| 469 | tmp = L*icondpd; |
|---|
| 470 | |
|---|
| 471 | udq = tmp(0,1); |
|---|
| 472 | |
|---|
| 473 | //uab = udq; //set size |
|---|
| 474 | uab(0) = udq(0)*cos(the) - udq(1)*sin(the); |
|---|
| 475 | uab(1) = udq(1)*cos(the) + udq(0)*sin(the); |
|---|
| 476 | |
|---|
| 477 | if(MAXuflag == 1){ //square cut off |
|---|
| 478 | if(uab(0) > MAXu) uab(0) = MAXu; |
|---|
| 479 | else if(uab(0) < -MAXu) uab(0) = -MAXu; |
|---|
| 480 | if(uab(1) > MAXu) uab(1) = MAXu; |
|---|
| 481 | else if(uab(1) < -MAXu) uab(1) = -MAXu; |
|---|
| 482 | } |
|---|
| 483 | else if(MAXuflag == 2){ //circular cut off |
|---|
| 484 | double uampl = sqrt(uab(0)*uab(0)+uab(1)*uab(1)); |
|---|
| 485 | double uangl = atan2(uab(1), uab(0)); |
|---|
| 486 | if (uampl > MAXu) uampl = MAXu; |
|---|
| 487 | uab(0) = uampl*cos(uangl); |
|---|
| 488 | uab(1) = uampl*sin(uangl); |
|---|
| 489 | } |
|---|
| 490 | //else{ //(MAXuflag == 0) //no cut off } |
|---|
| 491 | |
|---|
| 492 | u_old = udq; |
|---|
| 493 | |
|---|
| 494 | return uab; |
|---|
| 495 | } |
|---|
| 496 | |
|---|
| 497 | void from_setting(const Setting &set){ |
|---|
| 498 | PMSMCtrl::from_setting(set); |
|---|
| 499 | UI::get(r,set, "r", UI::optional); |
|---|
| 500 | UI::get(rec_hor,set, "h", UI::optional); |
|---|
| 501 | UI::get(MAXu,set, "MAXu", UI::optional); |
|---|
| 502 | UI::get(MAXuflag,set, "MAXuflag", UI::optional); |
|---|
| 503 | UI::get(rpd,set, "rpd", UI::optional); |
|---|
| 504 | } |
|---|
| 505 | |
|---|
| 506 | void validate(){ |
|---|
| 507 | R(0, 0) = R(1, 1) = r; |
|---|
| 508 | Rpd(0, 0) = Rpd(1, 1) = rpd; |
|---|
| 509 | Rpd(0, 2) = Rpd(1, 3) = -rpd; |
|---|
| 510 | |
|---|
| 511 | p_isa.set_length(rec_hor+1); |
|---|
| 512 | p_isb.set_length(rec_hor+1); |
|---|
| 513 | p_ome.set_length(rec_hor+1); |
|---|
| 514 | p_the.set_length(rec_hor+1); |
|---|
| 515 | |
|---|
| 516 | Array<quadraticfn> qloss(3); |
|---|
| 517 | qloss(0).Q.setCh(Q); |
|---|
| 518 | qloss(0).rv = RV("x", 5, 1); |
|---|
| 519 | qloss(1).Q.setCh(R); |
|---|
| 520 | qloss(1).rv = RV("u", 2, 0); |
|---|
| 521 | qloss(2).Q.setCh(Rpd); |
|---|
| 522 | qloss(2).rv = RV("u", 2, 0); |
|---|
| 523 | qloss(2).rv.add(RV("u", 2, -1)); |
|---|
| 524 | lq.Losses = qloss; |
|---|
| 525 | |
|---|
| 526 | //set lq |
|---|
| 527 | lq.rv = RV("u", 2, 0); |
|---|
| 528 | RV tmp = RV("x", 5, 0); |
|---|
| 529 | tmp.add(RV("u", 2, -1)); |
|---|
| 530 | lq.set_rvc(tmp); |
|---|
| 531 | lq.horizon = rec_hor; |
|---|
| 532 | |
|---|
| 533 | Array<linfnEx> model(2); |
|---|
| 534 | model(0).A = A; |
|---|
| 535 | model(0).B = vec("0 0 0 0 0"); |
|---|
| 536 | model(0).rv = RV("x", 5, 0); |
|---|
| 537 | model(0).rv_ret = RV("x", 5, 1); |
|---|
| 538 | model(1).A = B; |
|---|
| 539 | model(1).B = vec("0 0"); |
|---|
| 540 | model(1).rv = RV("u", 2, 0); |
|---|
| 541 | model(1).rv_ret = RV("x", 5, 1); |
|---|
| 542 | lq.Models = model; |
|---|
| 543 | |
|---|
| 544 | lq.finalLoss.Q.setCh(Q); |
|---|
| 545 | lq.finalLoss.rv = RV("x", 5, 1); |
|---|
| 546 | |
|---|
| 547 | lq.validate(); |
|---|
| 548 | |
|---|
| 549 | uab.zeros(); |
|---|
| 550 | |
|---|
| 551 | //create control matrix |
|---|
| 552 | for(int i = rec_hor; i > 0; i--){ |
|---|
| 553 | lq.redesign(); |
|---|
| 554 | } |
|---|
| 555 | lq.redesign(); |
|---|
| 556 | } |
|---|
| 557 | }; |
|---|
| 558 | UIREGISTER(PMSM_LQCtrl_dq); |
|---|
| 559 | |
|---|
| 560 | /*************************************/ |
|---|
| 561 | /* LQ d-q 2 */ |
|---|
| 562 | /*************************************/ |
|---|
| 563 | |
|---|
| 564 | class PMSM_LQCtrl_dq2: public PMSMCtrl{ |
|---|
| 565 | public: |
|---|
| 566 | /* |
|---|
| 567 | PMSMCtrl: |
|---|
| 568 | double isa; |
|---|
| 569 | double isb; |
|---|
| 570 | double ome; |
|---|
| 571 | double the; |
|---|
| 572 | double Ww; |
|---|
| 573 | */ |
|---|
| 574 | |
|---|
| 575 | //PMSM parameters |
|---|
| 576 | const double a; |
|---|
| 577 | const double b; |
|---|
| 578 | const double c; |
|---|
| 579 | const double d; |
|---|
| 580 | const double e; |
|---|
| 581 | |
|---|
| 582 | //input penalty |
|---|
| 583 | double r; |
|---|
| 584 | double rpd; //penalize differences u - u_old |
|---|
| 585 | |
|---|
| 586 | //time step |
|---|
| 587 | const double Dt; |
|---|
| 588 | |
|---|
| 589 | //receding horizon |
|---|
| 590 | int rec_hor; |
|---|
| 591 | |
|---|
| 592 | //system matrices |
|---|
| 593 | mat A; //5x5 |
|---|
| 594 | mat B; //5x2 |
|---|
| 595 | //mat C; //2x5 |
|---|
| 596 | mat Q; //5x5 |
|---|
| 597 | mat R; //2x2 |
|---|
| 598 | mat Rpd; //2x4 |
|---|
| 599 | |
|---|
| 600 | //control matrix |
|---|
| 601 | mat L; |
|---|
| 602 | vec uab,udq; |
|---|
| 603 | vec icondpd; |
|---|
| 604 | vec u_old; |
|---|
| 605 | |
|---|
| 606 | //control maximum |
|---|
| 607 | double MAXu; |
|---|
| 608 | int MAXuflag; |
|---|
| 609 | |
|---|
| 610 | //lqg controler class |
|---|
| 611 | LQG_universal lq; |
|---|
| 612 | |
|---|
| 613 | //prediction |
|---|
| 614 | vec p_isd, p_isq, p_ome, p_the; |
|---|
| 615 | |
|---|
| 616 | PMSM_LQCtrl_dq2():PMSMCtrl(), a(0.9898), b(0.0072), c(0.0361), d(1.0), e(0.0149), |
|---|
| 617 | r(0.005), rpd(0.1), Dt(0.000125), rec_hor(10), //for r is a default value rewrited by pcp.txt file value |
|---|
| 618 | A(5, 5), B(5, 2), Q(5, 5), R(2, 2), Rpd(2, 4), |
|---|
| 619 | uab(2), udq(2), u_old(2), icondpd(8), MAXu(100.0), MAXuflag(0) { |
|---|
| 620 | //set fix matrices elements & dimensions |
|---|
| 621 | A.zeros(); |
|---|
| 622 | A(0, 0) = A(1, 1) = a; |
|---|
| 623 | A(2, 1) = e; |
|---|
| 624 | A(2, 2) = d; |
|---|
| 625 | A(2, 4) = d - 1; |
|---|
| 626 | A(3, 2) = A(3, 4) = Dt; |
|---|
| 627 | A(3, 3) = A(4, 4) = 1.0; |
|---|
| 628 | B.zeros(); |
|---|
| 629 | B(0, 0) = B(1, 1) = c; |
|---|
| 630 | Q.zeros(); |
|---|
| 631 | Q(2, 2) = 1.0; |
|---|
| 632 | R.zeros(); |
|---|
| 633 | Rpd.zeros(); |
|---|
| 634 | u_old.zeros(); |
|---|
| 635 | } |
|---|
| 636 | |
|---|
| 637 | |
|---|
| 638 | virtual vec ctrlaction(const itpp::vec& cond) { |
|---|
| 639 | PMSMCtrl::ctrlaction(cond); // fills isa,isb,ome,the,Ww |
|---|
| 640 | |
|---|
| 641 | int i; |
|---|
| 642 | vec tmp; |
|---|
| 643 | |
|---|
| 644 | lq.resetTime(); |
|---|
| 645 | |
|---|
| 646 | //create prediction |
|---|
| 647 | p_isd.zeros(); |
|---|
| 648 | p_isq.zeros(); |
|---|
| 649 | p_ome.zeros(); |
|---|
| 650 | p_the.zeros(); |
|---|
| 651 | p_isd(0) = isa*cos(the) + isb*sin(the);//isa; |
|---|
| 652 | p_isq(0) = isb*cos(the) - isa*sin(the);//isb; |
|---|
| 653 | p_ome(0) = ome; |
|---|
| 654 | p_the(0) = the; |
|---|
| 655 | |
|---|
| 656 | for(i = 0; i < rec_hor-1; i++){ |
|---|
| 657 | p_isd(i+1) = a*p_isd(i) + p_isq(i)*p_ome(i)*Dt; + c*0.5*(udq(0)+u_old(0)); |
|---|
| 658 | p_isq(i+1) = -p_isd(i)*p_ome(i)*Dt + a*p_isq(i) - b*p_ome(i); + c*0.5*(udq(1)+u_old(1)); |
|---|
| 659 | p_ome(i+1) = d*p_ome(i) + e*p_isq(i); |
|---|
| 660 | p_the(i+1) = p_the(i) + Dt*p_ome(i); |
|---|
| 661 | } |
|---|
| 662 | |
|---|
| 663 | //create control matrix |
|---|
| 664 | for(i = rec_hor; i > 0; i--){ |
|---|
| 665 | //set variable matrices elements (A matrix only) |
|---|
| 666 | A(0, 1) = Dt*p_ome(i); |
|---|
| 667 | A(0, 2) = Dt*p_isq(i); |
|---|
| 668 | A(0, 4) = Dt*p_isq(i); |
|---|
| 669 | A(1, 0) = -Dt*p_ome(i); |
|---|
| 670 | A(1, 2) = -Dt*p_isd(i); |
|---|
| 671 | A(1, 4) = -Dt*p_isq(i); |
|---|
| 672 | |
|---|
| 673 | lq.Models(0).A = A; |
|---|
| 674 | lq.redesign(); |
|---|
| 675 | } |
|---|
| 676 | lq.redesign(); |
|---|
| 677 | |
|---|
| 678 | L = lq.getL(); |
|---|
| 679 | |
|---|
| 680 | icondpd(0) = isa*cos(the) + isb*sin(the); |
|---|
| 681 | icondpd(1) = isb*cos(the) - isa*sin(the); |
|---|
| 682 | icondpd(2) = ome - Ww; |
|---|
| 683 | icondpd(3) = the; |
|---|
| 684 | icondpd(4) = Ww; |
|---|
| 685 | icondpd(5) = u_old(0); |
|---|
| 686 | icondpd(6) = u_old(1); |
|---|
| 687 | icondpd(7) = 0; |
|---|
| 688 | |
|---|
| 689 | tmp = L*icondpd; |
|---|
| 690 | |
|---|
| 691 | udq = tmp(0,1); |
|---|
| 692 | |
|---|
| 693 | //uab = udq; //set size |
|---|
| 694 | uab(0) = udq(0)*cos(the) - udq(1)*sin(the); |
|---|
| 695 | uab(1) = udq(1)*cos(the) + udq(0)*sin(the); |
|---|
| 696 | |
|---|
| 697 | if(MAXuflag == 1){ //square cut off |
|---|
| 698 | if(uab(0) > MAXu) uab(0) = MAXu; |
|---|
| 699 | else if(uab(0) < -MAXu) uab(0) = -MAXu; |
|---|
| 700 | if(uab(1) > MAXu) uab(1) = MAXu; |
|---|
| 701 | else if(uab(1) < -MAXu) uab(1) = -MAXu; |
|---|
| 702 | } |
|---|
| 703 | else if(MAXuflag == 2){ //circular cut off |
|---|
| 704 | double uampl = sqrt(uab(0)*uab(0)+uab(1)*uab(1)); |
|---|
| 705 | double uangl = atan2(uab(1), uab(0)); |
|---|
| 706 | if (uampl > MAXu) uampl = MAXu; |
|---|
| 707 | uab(0) = uampl*cos(uangl); |
|---|
| 708 | uab(1) = uampl*sin(uangl); |
|---|
| 709 | } |
|---|
| 710 | //else{ //(MAXuflag == 0) //no cut off } |
|---|
| 711 | |
|---|
| 712 | u_old = udq; |
|---|
| 713 | |
|---|
| 714 | return uab; |
|---|
| 715 | } |
|---|
| 716 | |
|---|
| 717 | void from_setting(const Setting &set){ |
|---|
| 718 | PMSMCtrl::from_setting(set); |
|---|
| 719 | UI::get(r,set, "r", UI::optional); |
|---|
| 720 | UI::get(rec_hor,set, "h", UI::optional); |
|---|
| 721 | UI::get(MAXu,set, "MAXu", UI::optional); |
|---|
| 722 | UI::get(MAXuflag,set, "MAXuflag", UI::optional); |
|---|
| 723 | UI::get(rpd,set, "rpd", UI::optional); |
|---|
| 724 | } |
|---|
| 725 | |
|---|
| 726 | void validate(){ |
|---|
| 727 | R(0, 0) = R(1, 1) = r; |
|---|
| 728 | Rpd(0, 0) = Rpd(1, 1) = rpd; |
|---|
| 729 | Rpd(0, 2) = Rpd(1, 3) = -rpd; |
|---|
| 730 | |
|---|
| 731 | p_isd.set_length(rec_hor+1); |
|---|
| 732 | p_isq.set_length(rec_hor+1); |
|---|
| 733 | p_ome.set_length(rec_hor+1); |
|---|
| 734 | p_the.set_length(rec_hor+1); |
|---|
| 735 | |
|---|
| 736 | Array<quadraticfn> qloss(3); |
|---|
| 737 | qloss(0).Q.setCh(Q); |
|---|
| 738 | qloss(0).rv = RV("x", 5, 1); |
|---|
| 739 | qloss(1).Q.setCh(R); |
|---|
| 740 | qloss(1).rv = RV("u", 2, 0); |
|---|
| 741 | qloss(2).Q.setCh(Rpd); |
|---|
| 742 | qloss(2).rv = RV("u", 2, 0); |
|---|
| 743 | qloss(2).rv.add(RV("u", 2, -1)); |
|---|
| 744 | lq.Losses = qloss; |
|---|
| 745 | |
|---|
| 746 | //set lq |
|---|
| 747 | lq.rv = RV("u", 2, 0); |
|---|
| 748 | RV tmp = RV("x", 5, 0); |
|---|
| 749 | tmp.add(RV("u", 2, -1)); |
|---|
| 750 | lq.set_rvc(tmp); |
|---|
| 751 | |
|---|
| 752 | lq.horizon = rec_hor; |
|---|
| 753 | |
|---|
| 754 | Array<linfnEx> model(2); |
|---|
| 755 | model(0).A = A; |
|---|
| 756 | model(0).B = vec("0 0 0 0 0"); |
|---|
| 757 | model(0).rv = RV("x", 5, 0); |
|---|
| 758 | model(0).rv_ret = RV("x", 5, 1); |
|---|
| 759 | model(1).A = B; |
|---|
| 760 | model(1).B = vec("0 0"); |
|---|
| 761 | model(1).rv = RV("u", 2, 0); |
|---|
| 762 | model(1).rv_ret = RV("x", 5, 1); |
|---|
| 763 | lq.Models = model; |
|---|
| 764 | |
|---|
| 765 | lq.finalLoss.Q.setCh(Q); |
|---|
| 766 | lq.finalLoss.rv = RV("x", 5, 1); |
|---|
| 767 | |
|---|
| 768 | lq.validate(); |
|---|
| 769 | |
|---|
| 770 | uab.zeros(); |
|---|
| 771 | udq.zeros(); |
|---|
| 772 | } |
|---|
| 773 | }; |
|---|
| 774 | UIREGISTER(PMSM_LQCtrl_dq2); |
|---|
| 775 | |
|---|
| 776 | /*!@}*/ |
|---|
| 777 | #endif //PMSM_CTR_H |
|---|