| 1 | /* |
|---|
| 2 | \file |
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| 3 | \brief Models for synchronous electric drive using IT++ and BDM |
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| 4 | \author Vaclav Smidl. |
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| 5 | |
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| 6 | ----------------------------------- |
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| 7 | BDM++ - C++ library for Bayesian Decision Making under Uncertainty |
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| 8 | |
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| 9 | Using IT++ for numerical operations |
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| 10 | ----------------------------------- |
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| 11 | */ |
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| 12 | |
|---|
| 13 | #include <itpp/itbase.h> |
|---|
| 14 | #include <estim/libKF.h> |
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| 15 | #include <estim/libPF.h> |
|---|
| 16 | #include <stat/libFN.h> |
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| 17 | |
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| 18 | #include "pmsm.h" |
|---|
| 19 | #include "simulator.h" |
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| 20 | |
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| 21 | #include "iopom.h" |
|---|
| 22 | |
|---|
| 23 | using namespace itpp; |
|---|
| 24 | //!Extended Kalman filter with unknown \c Q |
|---|
| 25 | class EKF_unQ : public EKFCh , public BMcond { |
|---|
| 26 | public: |
|---|
| 27 | //! Default constructor |
|---|
| 28 | EKF_unQ ( RV rx, RV ry,RV ru,RV rQ ) :EKFCh ( rx,ry,ru ),BMcond ( rQ ) {}; |
|---|
| 29 | void condition ( const vec &Q0 ) { |
|---|
| 30 | Q.setD ( Q0,0 ); |
|---|
| 31 | //from EKF |
|---|
| 32 | preA.set_submatrix ( dimy+dimx,dimy,Q._Ch() ); |
|---|
| 33 | }; |
|---|
| 34 | void bayes(const vec dt){ |
|---|
| 35 | EKFCh::bayes(dt); |
|---|
| 36 | |
|---|
| 37 | vec xtrue(4); |
|---|
| 38 | //UGLY HACK!!! reliance on a predictor!! |
|---|
| 39 | xtrue(0)=x[0]; |
|---|
| 40 | xtrue(1)=x[1]; |
|---|
| 41 | xtrue(2)=x[2]; |
|---|
| 42 | xtrue(3)=x[3]; |
|---|
| 43 | |
|---|
| 44 | ll = -0.5* ( 4 * 1.83787706640935 +_P.logdet() +_P.invqform(xtrue)); |
|---|
| 45 | } |
|---|
| 46 | }; |
|---|
| 47 | class EKF_unQful : public EKFfull , public BMcond { |
|---|
| 48 | public: |
|---|
| 49 | //! Default constructor |
|---|
| 50 | EKF_unQful ( RV rx, RV ry,RV ru,RV rQ ) :EKFfull ( rx,ry,ru ),BMcond ( rQ ) {}; |
|---|
| 51 | void condition ( const vec &Q0 ) { |
|---|
| 52 | Q=diag(Q0); |
|---|
| 53 | }; |
|---|
| 54 | void bayes(const vec dt){ |
|---|
| 55 | EKFfull::bayes(dt); |
|---|
| 56 | |
|---|
| 57 | vec xtrue(4); |
|---|
| 58 | //UGLY HACK!!! reliance on a predictor!! |
|---|
| 59 | xtrue(0)=x[0]; |
|---|
| 60 | xtrue(1)=x[1]; |
|---|
| 61 | xtrue(2)=x[2]; |
|---|
| 62 | xtrue(3)=x[3]; |
|---|
| 63 | |
|---|
| 64 | BM::ll = -0.5* ( 4 * 1.83787706640935 +log(det(P)) +xtrue* ( inv(P)*xtrue ) ); |
|---|
| 65 | } |
|---|
| 66 | }; |
|---|
| 67 | |
|---|
| 68 | void set_simulator_t(double &Ww) { |
|---|
| 69 | |
|---|
| 70 | if (t>0.2) x[8]=1.2; // 1A //0.2ZP |
|---|
| 71 | if (t>0.4) x[8]=10.8; // 9A |
|---|
| 72 | if (t>0.6) x[8]=25.2; // 21A |
|---|
| 73 | |
|---|
| 74 | if (t>0.7) Ww=2.*M_PI*10.; |
|---|
| 75 | if (t>1.0) x[8]=1.2; // 1A |
|---|
| 76 | if (t>1.2) x[8]=10.8; // 9A |
|---|
| 77 | if (t>1.4) x[8]=25.2; // 21A |
|---|
| 78 | |
|---|
| 79 | if (t>1.6) Ww=2.*M_PI*50.; |
|---|
| 80 | if (t>1.9) x[8]=1.2; // 1A |
|---|
| 81 | if (t>2.1) x[8]=10.8; // 9A |
|---|
| 82 | if (t>2.3) x[8]=25.2; // 21A |
|---|
| 83 | |
|---|
| 84 | if (t>2.5) Ww=2.*M_PI*100; |
|---|
| 85 | if (t>2.8) x[8]=1.2; // 1A |
|---|
| 86 | if (t>3.0) x[8]=10.8; // 9A |
|---|
| 87 | if (t>3.2) x[8]=25.2; // 21A |
|---|
| 88 | |
|---|
| 89 | if (t>3.4) Ww=2.*M_PI*150; |
|---|
| 90 | if (t>3.7) x[8]=1.2; // 1A |
|---|
| 91 | if (t>3.9) x[8]=10.8; // 9A |
|---|
| 92 | if (t>4.1) x[8]=25.2; // 21A |
|---|
| 93 | |
|---|
| 94 | if (t>4.3) Ww=2.*M_PI*0; |
|---|
| 95 | if (t>4.8) x[8]=-1.2; // 1A |
|---|
| 96 | if (t>5.0) x[8]=-10.8; // 9A |
|---|
| 97 | if (t>5.2) x[8]=-25.2; // 21A |
|---|
| 98 | |
|---|
| 99 | if (t>5.4) Ww=2.*M_PI*(-10.); |
|---|
| 100 | if (t>5.7) x[8]=-1.2; // 1A |
|---|
| 101 | if (t>5.9) x[8]=-10.8; // 9A |
|---|
| 102 | if (t>6.1) x[8]=-25.2; // 21A |
|---|
| 103 | |
|---|
| 104 | if (t>6.3) Ww=2.*M_PI*(-50.); |
|---|
| 105 | if (t>6.7) x[8]=-1.2; // 1A |
|---|
| 106 | if (t>6.9) x[8]=-10.8; // 9A |
|---|
| 107 | if (t>7.1) x[8]=-25.2; // 21A |
|---|
| 108 | |
|---|
| 109 | if (t>7.3) Ww=2.*M_PI*(-100.); |
|---|
| 110 | if (t>7.7) x[8]=-1.2; // 1A |
|---|
| 111 | if (t>7.9) x[8]=-10.8; // 9A |
|---|
| 112 | if (t>8.1) x[8]=-25.2; // 21A |
|---|
| 113 | if (t>8.3) x[8]=10.8; // 9A |
|---|
| 114 | if (t>8.5) x[8]=25.2; // 21A |
|---|
| 115 | |
|---|
| 116 | if (t>9) Ww=2.*M_PI*0; |
|---|
| 117 | x[8]=0.0; |
|---|
| 118 | } |
|---|
| 119 | |
|---|
| 120 | int main() { |
|---|
| 121 | // Kalman filter |
|---|
| 122 | int Ndat = 90000; |
|---|
| 123 | double h = 1e-6; |
|---|
| 124 | int Nsimstep = 125; |
|---|
| 125 | int Npart = 50; |
|---|
| 126 | |
|---|
| 127 | //StrSim:06: |
|---|
| 128 | vec SSAT(Ndat); |
|---|
| 129 | |
|---|
| 130 | // internal model |
|---|
| 131 | IMpmsm fxu; |
|---|
| 132 | // Rs Ls dt Fmag(Ypm) kp p J Bf(Mz) |
|---|
| 133 | fxu.set_parameters ( 0.28, 0.003465, Nsimstep*h, 0.1989, 1.5 ,4.0, 0.04, 0.0 ); |
|---|
| 134 | // observation model |
|---|
| 135 | OMpmsm hxu; |
|---|
| 136 | |
|---|
| 137 | vec mu0= "0.0 0.0 0.0 0.0"; |
|---|
| 138 | // vec Qdiag ( "0.01 0.01 0.01 0.0001" ); //zdenek: 0.01 0.01 0.0001 0.0001 |
|---|
| 139 | vec Qdiag ( "10 10 10 0.001" ); //zdenek: 0.01 0.01 0.0001 0.0001 |
|---|
| 140 | vec Rdiag ( "100 100" ); //var(diff(xth)) = "0.034 0.034" |
|---|
| 141 | chmat Q ( Qdiag ); |
|---|
| 142 | chmat R ( Rdiag ); |
|---|
| 143 | EKFCh KFE ( rx,ry,ru ); |
|---|
| 144 | KFE.set_est ( mu0, chmat( 1*eye ( 4 ) ) ); |
|---|
| 145 | KFE.set_parameters ( &fxu,&hxu,Q,R); |
|---|
| 146 | |
|---|
| 147 | RV rQ ( "100","{Q}","4","0" ); |
|---|
| 148 | EKF_unQful KFEp ( rx,ry,ru,rQ ); |
|---|
| 149 | KFEp.set_est ( mu0, 1*ones ( 4 ) ); |
|---|
| 150 | KFEp.set_parameters ( &fxu,&hxu,diag(Qdiag),diag(Rdiag) ); |
|---|
| 151 | |
|---|
| 152 | mgamma_fix evolQ ( rQ,rQ ); |
|---|
| 153 | MPF<EKF_unQful> M ( rx,rQ,evolQ,evolQ,Npart,KFEp ); |
|---|
| 154 | // initialize |
|---|
| 155 | evolQ.set_parameters ( 1000.0 ,Qdiag, 0.5); //sigma = 1/10 mu |
|---|
| 156 | evolQ.condition ( Qdiag ); //Zdenek default |
|---|
| 157 | epdf& pfinit=evolQ._epdf(); |
|---|
| 158 | M.set_est ( pfinit ); |
|---|
| 159 | evolQ.set_parameters ( 100000.0, Qdiag, 0.9999 ); |
|---|
| 160 | |
|---|
| 161 | // |
|---|
| 162 | |
|---|
| 163 | epdf& KFEep = KFE._epdf(); |
|---|
| 164 | epdf& Mep = M._epdf(); |
|---|
| 165 | |
|---|
| 166 | mat Xt=zeros ( Ndat ,9 ); //true state from simulator |
|---|
| 167 | mat Dt=zeros ( Ndat,4+2 ); //observation |
|---|
| 168 | mat XtE=zeros ( Ndat, 4 ); |
|---|
| 169 | mat XtM=zeros ( Ndat,4+4 ); //Q + x |
|---|
| 170 | |
|---|
| 171 | // SET SIMULATOR |
|---|
| 172 | pmsmsim_set_parameters ( 0.28,0.003465,0.1989,0.0,4,1.5,0.04, 200., 3e-6, h ); |
|---|
| 173 | double Ww=0.0; |
|---|
| 174 | vec dt ( 2 ); |
|---|
| 175 | vec ut ( 2 ); |
|---|
| 176 | |
|---|
| 177 | for ( int tK=1;tK<Ndat;tK++ ) { |
|---|
| 178 | //Number of steps of a simulator for one step of Kalman |
|---|
| 179 | for ( int ii=0; ii<Nsimstep;ii++ ) { |
|---|
| 180 | //simulator |
|---|
| 181 | set_simulator_t(Ww); |
|---|
| 182 | pmsmsim_step ( Ww ); |
|---|
| 183 | }; |
|---|
| 184 | // collect data |
|---|
| 185 | ut ( 0 ) = KalmanObs[0]; |
|---|
| 186 | ut ( 1 ) = KalmanObs[1]; |
|---|
| 187 | dt ( 0 ) = KalmanObs[2]; |
|---|
| 188 | dt ( 1 ) = KalmanObs[3]; |
|---|
| 189 | |
|---|
| 190 | //estimator |
|---|
| 191 | KFE.bayes ( concat ( dt,ut ) ); |
|---|
| 192 | M.bayes ( concat ( dt,ut ) ); |
|---|
| 193 | SSAT(tK) = M.SSAT; |
|---|
| 194 | |
|---|
| 195 | Xt.set_row ( tK,vec ( x,9 ) ); //vec from C-array |
|---|
| 196 | Dt.set_row ( tK, concat ( dt,ut,vec_1(sqrt(pow(ut(0),2)+pow(ut(1),2))), vec_1(sqrt(pow(dt(0),2)+pow(dt(1),2))) ) ); |
|---|
| 197 | XtE.set_row ( tK,KFEep.mean() ); |
|---|
| 198 | XtM.set_row ( tK,Mep.mean() ); |
|---|
| 199 | } |
|---|
| 200 | |
|---|
| 201 | /* it_file fou ( "pmsm_sim.it" ); |
|---|
| 202 | |
|---|
| 203 | fou << Name ( "xth" ) << Xt; |
|---|
| 204 | fou << Name ( "Dt" ) << Dt; |
|---|
| 205 | fou << Name ( "xthE" ) << XtE; |
|---|
| 206 | fou << Name ( "xthM" ) << XtM; |
|---|
| 207 | fou << Name ( "SSAT" ) << SSAT;*/ |
|---|
| 208 | //Exit program: |
|---|
| 209 | |
|---|
| 210 | char tmpstr[200]; |
|---|
| 211 | sprintf(tmpstr,"%s/%s","here/","format"); |
|---|
| 212 | ofstream form(tmpstr); |
|---|
| 213 | form << "# Experimetal header file"<< endl; |
|---|
| 214 | dirfile_write(form,"here/",Xt,"X","{isa isb om th }" ); |
|---|
| 215 | dirfile_write ( form,"here",XtM,"XtM","{q1 q2 q3 q4 isa isb om th }" ); |
|---|
| 216 | dirfile_write ( form,"here",XtE,"XE","{isa isb om th }" ); |
|---|
| 217 | dirfile_write ( form,"here",Dt,"Dt","{isa isb ua ub }" ); |
|---|
| 218 | |
|---|
| 219 | //////////////// |
|---|
| 220 | // Just Testing |
|---|
| 221 | /* NcFile nc ( "pmsm_sim2.nc", NcFile::Replace ); // Create and leave in define mode |
|---|
| 222 | if ( ! nc.is_valid() ) { std::cerr << "creation of NCFile failed."<<endl;} |
|---|
| 223 | |
|---|
| 224 | write_to_nc ( nc,Xt,"X","{isa isb om th }" ); |
|---|
| 225 | write_to_nc ( nc,XtM,"XtM","{q1 q2 q3 q4 isa isb om th }" ); |
|---|
| 226 | write_to_nc ( nc,XtE,"XE","{isa isb om th }" ); |
|---|
| 227 | write_to_nc ( nc,Dt,"Dt","{isa isb ua ub }" );*/ |
|---|
| 228 | return 0; |
|---|
| 229 | } |
|---|
