The scaling-potato from miuele

scaling-potato's Introduction

使い方

#include "chem30338.h"

int main() {

    using namespace chem30338;

    constexpr float h = 0.05f;

    constexpr pid_params params = pid_params_builder(
                p_gain{0.8f}, i_time{0.4f}, d_time{0.1f}
            )
            .alpha(0.1f).beta(0.5f).gamma(0.5f)
            .params();

    pid_bilinear pid(params, h);

    for (;;) {
        float r, y;
        std::scanf("%f,%f", &r, &y);
        float u = pid.update(r, y);
        std::printf("%f\n", u);
    }
}

C++14 以上が必要

`chem30338.h`

`class pid_bilinear`

PID制御器

参照: https://jckantor.github.io/CBE30338/05.04-Controller-Tuning-Rules-in-Frequency-Domain.html

目標値重み付け、近似微分を用いる
双一次変換による離散化
クランピングやワインドアップ防止はされない

pid_bilinear::pid_bilinear(const pid_params &params, float h)

params: パラメータ
h: サンプリング周期

float pid_bilinear::update(float sp, float meas)

sp: 目標値
meas: 制御量
戻り値: 制御入力

`class pid_params_builder`

パラメータビルダ

pid_paramsはこれを使って作成することを推奨
alpha, beta, gamma はデフォルト値が存在する
デフォルト値は今後変わるかもしれないので、(特にローパスフィルタのパラメータalpha or lpf_tauは) それぞれのメンバ関数によって明示的に設定することを推奨

pid_params_builder::pid_params_builder(p_gain kp, i_gain ki, d_gain kd)

比例ゲイン、積分時間、微分時間から初期化
alpha = 0.02f, beta = 1.f, gamma = 1.f に設定される

pid_params_builder::pid_params_builder(p_gain kp, i_time ti, d_time td)

比例ゲイン、積分ゲイン、微分ゲインから初期化
alpha = 0.15f*td, beta = 1.f, gamma = 1.f に設定される

pid_params_builder &pid_params_builder::{alpha, beta, gamma, lpf_tau}(float value)

alpha, beta, gammaをそれぞれ設定
lpf_tauは近似微分におけるローパスフィルタの時定数

pid_params pid_params_builder::params() const

pid_paramsを生成する

参考

CBE30338 Controller Tuning Rules in Frequency Domain PID Controller Implementation in Software ディジタル制御システム第３章ディジタル PI 制御と離散化

`zsequence.h`

`template <class T, std::size_t N> class zsequence<T, N>`

時系列データを表す
curr()によって現在の値、prev<I>()によってI個前の値を取得 (prev(i)はない)
advance(next)によって次の時刻の値をプッシュ
リスト初期化により初期値を設定(zsequence<float, 2> seq = { 2, 3 };)
N == 2 のとき
- 現在と一つ前の値を直接移動させる
- prev() をもつ (prev<1>()と等価)
N > 2 のとき
- リングバッファによるキュー

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ワインドアップ防止

いまのpid_bilinearはすべての状態遷移(積分も)をupdate内でおこなっているので、外からこの機能を付け足すことはできない。
STLのアロケータのようにアンチワインダーをポリシーとして与えられるのが理想だけど、アンチワインダーの入力に必要な情報は実装によって大きく異なる。このため離散化したPID制御器本体の多くの状態変数と結びつくことがあり、分離しにくい気がする。
付属するアンチワインダーごとに別々の制御器クラスを作るのが無難？