root/pmsm/mpf_u_delta.cpp @ 278

Revision 278, 5.1 kB (checked in by smidl, 15 years ago)

props

  • Property svn:eol-style set to native
Line 
1/*!
2  \file
3  \brief TR 2525 file for testing Toy Problem of mpf for Covariance Estimation
4  \author Vaclav Smidl.
5
6  \ingroup PMSM
7
8  -----------------------------------
9  BDM++ - C++ library for Bayesian Decision Making under Uncertainty
10
11  Using IT++ for numerical operations
12  -----------------------------------
13*/
14
15
16
17#include <estim/libKF.h>
18#include <estim/libPF.h>
19#include <stat/libFN.h>
20
21#include "pmsm.h"
22#include "simulator.h"
23#include "sim_profiles.h"
24
25using namespace bdm;
26
27//!Extended Kalman filter with unknown \c Q and delta u
28class EKFCh_du_kQ : public EKFCh , public BMcond {
29        chmat Qref;
30public:
31        //! Default constructor
32        EKFCh_du_kQ ( RV rx, RV ry,RV ru,RV rC ) :EKFCh ( rx,ry,ru ),BMcond ( rC ),Qref(rx.count()) {};
33        void set_ref(const chmat &Qref0){Qref=Qref0;}
34        void condition ( const vec &val ) {
35                pfxu->condition ( val.left(2) );
36               
37                Q = Qref*std::abs(val(2));
38                preA.set_submatrix ( dimy+dimx,dimy,Q._Ch() );
39        };
40};
41
42class IMpmsm_delta :  public IMpmsm {
43protected:
44        vec ud;
45public:
46        IMpmsm_delta() :IMpmsm(),ud ( 2 ) {ud=zeros ( 2 );};
47        //! Set mechanical and electrical variables
48
49        void condition ( const vec &val ) {ud = val;}
50        vec eval ( const vec &x0, const vec &u0 ) {
51                // last state
52                double iam = x0 ( 0 );
53                double ibm = x0 ( 1 );
54                double omm = x0 ( 2 );
55                double thm = x0 ( 3 );
56                double uam = u0 ( 0 );
57                double ubm = u0 ( 1 );
58
59                vec xk=zeros ( 4 );
60                //ia
61                xk ( 0 ) = ( 1.0- Rs/Ls*dt ) * iam + Ypm/Ls*dt*omm * sin ( thm ) + ( uam+ud ( 0 ) ) *dt/Ls;
62                //ib
63                xk ( 1 ) = ( 1.0- Rs/Ls*dt ) * ibm - Ypm/Ls*dt*omm * cos ( thm ) + ( ubm+ud ( 1 ) ) *dt/Ls;
64                //om
65                xk ( 2 ) = omm;// + kp*p*p * Ypm/J*dt* ( ibm * cos ( thm )-iam * sin ( thm ) ) - p/J*dt*Mz;
66                //th
67                xk ( 3 ) = thm + omm*dt; // <0..2pi>
68                if ( xk ( 3 ) >pi ) xk ( 3 )-=2*pi;
69                if ( xk ( 3 ) <-pi ) xk ( 3 ) +=2*pi;
70                return xk;
71        }
72
73};
74
75
76int main() {
77        // Kalman filter
78        int Ndat = 9000;
79        double h = 1e-6;
80        int Nsimstep = 125;
81        int Npart = 20;
82
83        mat Rnoise = randn ( 2,Ndat );
84
85        // internal model
86        IMpmsm2o fxu0;
87        IMpmsm_delta fxu;
88        //                  Rs    Ls        dt       Fmag(Ypm)    kp   p    J     Bf(Mz)
89        fxu.set_parameters ( 0.28, 0.003465, Nsimstep*h, 0.1989, 1.5 ,4.0, 0.04, 0.0 );
90        fxu0.set_parameters ( 0.28, 0.003465, Nsimstep*h, 0.1989, 1.5 ,4.0, 0.04, 0.0 );
91        // observation model
92        OMpmsm hxu;
93
94        vec mu0= "0.0 0.0 0.0 0.0";
95        vec Qdiag ( "0.4 0.4 0.1 0.000001" ); //zdenek: 0.01 0.01 0.0001 0.0001
96        vec Rdiag ( "0.1 0.1" ); //var(diff(xth)) = "0.034 0.034"
97        chmat Q ( Qdiag );
98        mat Q2o=diag(Qdiag);
99        chmat R ( Rdiag );
100        EKFCh KFE ( rx,ry,ru );
101        KFE.set_parameters ( &fxu0,&hxu,Q,R );
102        KFE.set_est ( mu0, chmat ( ones ( 4 ) ) );
103
104        RV rUd ( "{ud k}", "2 1" );
105        EKFCh_du_kQ KFEp ( rx,ry,ru,rUd );
106        KFEp.set_parameters ( &fxu,&hxu,Q,R );
107        KFEp.set_ref(Q);
108        KFEp.set_est ( mu0, chmat ( ones ( 4 ) ) );
109
110        mlnorm<ldmat> evolUd ( rUd,rUd );
111        MPF<EKFCh_du_kQ> M ( rx,rUd,evolUd,evolUd,Npart,KFEp );
112        // initialize
113        vec Ud0="0 0 1.0";
114        evolUd.set_parameters ( eye ( 3 ), zeros(3), ldmat ( vec( "1e-4 1e-4 10e-4" )));
115        evolUd.condition ( Ud0 );
116        epdf& pfinit=evolUd.posterior();
117        M.set_est ( pfinit );
118        evolUd.set_parameters ( eye ( 3 ), zeros(3), ldmat ( vec(" 7e-4 7e-4 1e-5" )));
119
120        mat Xt=zeros ( Ndat ,4 ); //true state from simulator
121        mat Dt=zeros ( Ndat,2+2+2 ); //observation
122        mat XtE=zeros ( Ndat, 4 );
123        mat Qtr=zeros ( Ndat, 4 );
124        mat XtM=zeros ( Ndat, 3+4 ); //W + x
125        mat XtMTh=zeros ( Ndat,1 );
126
127        // SET SIMULATOR
128        pmsmsim_set_parameters ( 0.28,0.003465,0.1989,0.0,4,1.5,0.04, 200., 3e-6, h );
129        vec dt ( 2 );
130        vec ut ( 2 );
131        vec utm ( 2 );
132        vec xt ( 4 );
133        vec xtm=zeros ( 4 );
134        double Ww=0.0;
135        vec vecW="1 2 4 8 4 2 0 -4 -9 -16 -4 0 0 0";
136        vecW*=10.0;
137
138        for ( int tK=1;tK<Ndat;tK++ ) {
139                //Number of steps of a simulator for one step of Kalman
140                for ( int ii=0; ii<Nsimstep;ii++ ) {
141                        //simulator
142                        sim_profile_vec01t ( Ww,vecW );
143                        pmsmsim_step ( Ww );
144                };
145                ut ( 0 ) = KalmanObs[0];
146                ut ( 1 ) = KalmanObs[1];
147                dt ( 0 ) = KalmanObs[2]+0.3*Rnoise ( 0,t );
148                dt ( 1 ) = KalmanObs[3]+0.3*Rnoise ( 1,t );
149                xt = vec ( x,4 );
150
151                vec x2o = fxu0.eval2o(utm-ut);
152                utm =ut;
153               
154                Q2o*=0.99;
155                Q2o+=outer_product(x2o,x2o);
156                //estimator
157                KFE.bayes ( concat ( dt,ut ) );
158                for (int ii=0; ii<Npart; ii++){dynamic_cast<EKFCh_du_kQ*>(M._BM(ii))->set_ref(chmat(elem_mult(Qdiag,Qdiag)));}
159                M.bayes ( concat ( dt,ut ) );
160
161                Xt.set_row ( tK, xt ); //vec from C-array
162                Dt.set_row ( tK, concat ( dt,ut.left(2), vec_2 ( KalmanObs[4],KalmanObs[5] ) ) );
163                Qtr.set_row ( tK, Qdiag );
164                XtE.set_row ( tK,KFE._e()->mean() );
165                XtM.set_row ( tK,M._e()->mean() );
166                // correction for theta
167
168                {
169                        double sumSin=0.0;
170                        double sumCos=0.0;
171                        vec mea ( 4 );
172                        vec* _w;
173
174                        for ( int p=0; p<Npart;p++ ) {
175                                mea = M._BM ( p )->_e()->mean();
176                                _w = M.__w();
177                                sumSin += ( *_w ) ( p ) *sin ( mea ( 3 ) );
178                                sumCos += ( *_w ) ( p ) *cos ( mea ( 3 ) );
179                        }
180                        double Th = atan2 ( sumSin, sumCos );
181
182                        XtMTh.set_row ( tK,vec_1 ( Th ) );
183                }
184
185        }
186
187        it_file fou ( "mpf_u_delta.it" );
188
189        fou << Name ( "xth" ) << Xt;
190        fou << Name ( "Dt" ) << Dt;
191        fou << Name ( "Qtr" ) << Qtr;
192        fou << Name ( "xthE" ) << XtE;
193        fou << Name ( "xthM" ) << XtM;
194        fou << Name ( "xthMTh" ) << XtMTh;
195        //Exit program:
196
197        return 0;
198}
Note: See TracBrowser for help on using the browser.