Slides list | Rapid Control Prototyping

miniature airspeed sensor

Mon, 01 Jan 0001 00:00:00 +0000

Pitot tube

Miniature airspeed sensor

for RC plane & UAV

full description

Brass tube

mp3v5004dp & mcp3428

Resolution: 0.2041 Pa/LSB
Range: [0 836] Pa ($\approx 100km/h $)

Static sensor noise

90 min log @ 100Hz, indoor, still
Standard Dev : 0.5 Pa

Flight tests

Pressure - Speed

$P_{diff} = \frac{1}{2}\rho v^2$

$v = \sqrt{\frac{2}{\rho} * P_{diff}}$

with $\rho = 1.16 $

results

$\underbrace{v_{pitot}-v_{wind}^{p}-v_{gps}}_{error}$	m/s	km/h
mean	0.017	0.06
standard deviation	0.74	2.6

with wind:

2.6 m/s
from 101° (east)

page with further details

flight trace

connecting (fish line protection)

Prototypage Rapide avec Simulink sur dsPIC

Mon, 01 Jan 0001 00:00:00 +0000

Prototypage Rapide

Model Based Design

[Lab] - L.Kerhuel - R.Delpoux

Plan:

Model Based Design
- Model
De la simulation au programme embarqué
- Différences temporelles
- type de données et optimisation

Model Based Design (MDB)

Model Based Design

Identification
Simulation / synthèse commande
Test

TP: Validation du modèle de moteur DC fournit

log de command & réponse
Simulation comparaison
- commande avec modèle moteur vs
- système réel

TP: Validation du modèle de moteur DC fournit

De la simulation au programme embarqué

Pendule inverse

Aspect Temporel:

Simulation

Modélisation en temps continue:

transformé de Laplace en p (s)

Solver résoud les équations différentielles
- approximation numérique
Pas de contraintes temps réelle
- différent solveurs (Runge-Kutta, ODEx,…)

Aspect Temporel:

Implémentation

Implémentation en temps discret:

“pas” de calcul fixe

pas de solveur
Contrainte temps réel
- model Single-Rate & Multi-Rate
- implementation Single-Tasking & Multi-Tasking

Discrete times

Single-rate:
- Les blocks ont tous la même période d’exécution (Même couleur)
Multi-Rate
- Les blocks peuvent avoir des périodes d’exécution différentes (Schéma multicolore)

Modèle multi-rate

Charge CPU d’un modèle multi-rate single-tasking (@70 mips)

Charge CPU d’un modèle multi-rate single-tasking (@20 mips)

Single-Tasking

Single-Tasking: Dans le slot de temps, l’exécution de tous les blocks doit se terminer avant la fin du slot.

Multi-Tasking

Multi-Tasking: Préemption possible -> Monotonic Rate Scheduler

La tâche la plus fréquente à la priorité maximale
- Préemptera une tache plus lente
- Beaucoup plus flexible
- Mode par défaut (voir options du solveur)

Charge CPU d’un modèle multi-rate multi-tasking (@70 mips)

Charge CPU d’un modèle multi-rate multi-tasking (@20 mips)

Tasking Conclusion

Single-Tasking @ 20 MIPS -> Overload
- dispatcher la tache la plus lente sur plusieurs slots
- (option d’offset dans Time Step -> [.001 .005])
Multi-Tasking @ 20 MIPS -> Ok
- Rate transfert block options
  - Data Integrity
  - Deterministic data transfert

Optimisation

type de données

Virgule Fixe
Virgule Flottante

Virgule fixe

int8

$\underbrace{1}_{sign\ (1)} \ \underbrace{1111111}_{mantisse\ (7)} * \underbrace{slope}_{\text{LSB value}}$

$v = (mantisse-sign*128) * slope $
plage: $\pm 2^{7} * slope$
2 digit [0-9] significatifs

Virgule flotante

Single (32 bits)

$\underbrace{1}_{sign\ (1)} \ \underbrace{11111111}_{exponent\ (8)} \ \color{yellow}{1}\underbrace{11111111111111111111111}_{mantisse\ (23)} $

$v \approx (1-2 sign) * mantisse * 2^{exponent-127}$
plage: $\pm 2^{128} = \pm 3.4*10^{38}$
7 digit [0-9] significatifs

IEEE 754	Single	Double
Format width	32	64
Sign bit	1	1
exponent width	8	11
Precision width	23+1	52+1

1st phantom bitof the significand is always 1.

Virgule flotante

Custom (8 bits)

$\underbrace{1}_{sign\ (1)} \ \underbrace{1111}_{exponent\ (4)} \ \color{yellow}{1}\underbrace{111}_{mantisse\ (3)} $

$v \approx (1-2 sign) * mantisse * 2^{exponent-127}$
plage: $\pm 2^{128} = 3.4*10^{38}$
0.9 digit [0-9] significatifs

Custom 8 bit Floating point

Parameter	Single	Double	Custom
Format width	32	64	8
Sign bit	1	1	1
exponent width	8	11	4
Precision width	23+1	52+1	3+1

Script Matlab pour tester un flottant 8 bits

% 4 bit exponent (signed)
emin = -7; emax = 6;
% 3 bits significand
p = 3;

exps = 2.^[emin:emax];
vals = (2^p) + [0:(2^p-1)]; % significand with leading 1

TotalVal = vals'*exps;

% add denormalized values
8bitFloat = unique([TotalVal ; 2^emin * [0:(2^m-1)]']);
8bitFloat = unique(flipud(-TotalVal) ;TotalVal]); % with neg vals

Simulink

Data-type

Data-type notation

int8…uint23
fixdt(1,16)
- signed (1)
- 16 bit width
- Scaling is derived from defined min & max
fixdt(1,16,15)
- Scaling is En15 (Exp neg $\rightarrow 2^{-15}$)
fixdt(1,16,-15)
- Scaling is E15 (Exp $\rightarrow 2^{15}$)

Datatype notation

fixdt(1,16,.01,0)
- Scaling is sfix16Sp01
  - Slope point 01

SI: Stored Integer
RWV: Real World Value

TP

https://rtdc.ctrl-elec.fr/

download

base model

Elements de correction

Liens:

MPLAB device blocks for Simulink: https://www.mathworks.com/matlabcentral/fileexchange/71892-mplab-device-blocks-for-simulink
MPLAB X: https://www.microchip.com/MPLABX
XC16: https://www.microchip.com/XC16
https://lubin.kerhuel.eu
https://www.ctrl-elec.fr

Slide control:

Next: Right Arrow or Space
Previous: Left Arrow
Start: Home
Finish: End
Overview: Esc
Speaker notes: S
Fullscreen: F
Zoom: Alt + Click

Prototypage Rapide avec Simulink sur dsPIC

Mon, 01 Jan 0001 00:00:00 +0000

Prototypage Rapide

Model Based Design

[Lab] - L.Kerhuel - R.Delpoux

Objectifs

Comprendre l’approche Model-Based Design
Implémenter un contrôleur temps réel
Maîtriser les types de données (fixed point, flottant)
Comprendre l’implémentation multi-rate

Model Based Design (MDB)

Model Based Design

Identification
Simulation / synthèse commande
Test

type de données

Virgule Fixe
Virgule Flottante

Virgule fixe

int8

$\underbrace{1}_{sign\ (1)} \ \underbrace{1111111}_{mantisse\ (7)} * \underbrace{slope}_{\text{LSB value}}$

$v = (mantisse-sign*128) * slope $
plage: $\pm 2^{7} * slope$
2 digit [0-9] significatifs

Virgule flottante

Single (32 bits)

$\underbrace{1}_{sign\ (1)} \ \underbrace{11111111}_{exponent\ (8)} \ \color{yellow}{1}\underbrace{11111111111111111111111}_{mantisse\ (23)} $

$v \approx (1-2 sign) * mantisse * 2^{exponent-127}$
plage: $\pm 2^{128} = \pm 3.4*10^{38}$
7 digit [0-9] significatifs

IEEE 754	Single	Double
Format width	32	64
Sign bit	1	1
exponent width	8	11
Precision width	23+1	52+1

1st phantom bitof the significand is always 1.

Virgule flottante

Custom (8 bits)

$\underbrace{1}_{sign\ (1)} \ \underbrace{1111}_{exponent\ (4)} \ \color{yellow}{1}\underbrace{111}_{mantisse\ (3)} $

$v \approx (1-2 sign) * mantisse * 2^{exponent-127}$
plage: $\pm 2^{128} = 3.4*10^{38}$
0.9 digit [0-9] significatifs

Custom 8 bit Floating point

Parameter	Single	Double	Custom
Format width	32	64	8
Sign bit	1	1	1
exponent width	8	11	4
Precision width	23+1	52+1	3+1

Script Matlab pour tester un flottant 8 bits

% 4 bit exponent (signed)
emin = -7; emax = 6;
% 3 bits significand
p = 3;

exps = 2.^[emin:emax];
vals = (2^p) + [0:(2^p-1)]; % significand with leading 1

TotalVal = vals'*exps;

% add denormalized values
float8bit = unique([TotalVal; 2^emin * (0:(2^p-1))']);
float8bit = unique([flipud(-TotalVal); TotalVal]); % with neg vals

Simulink

Data-type

Data-type notation

int8…uint23
fixdt(1,16)
- signed (1)
- 16 bit width
- Scaling is derived from defined min & max
fixdt(1,16,15)
- Scaling is En15 (Exp neg $\rightarrow 2^{-15}$)
fixdt(1,16,-15)
- Scaling is E15 (Exp $\rightarrow 2^{15}$)

Datatype notation

fixdt(1,16,.01,0)
- Scaling is sfix16Sp01
  - Slope point 01

SI: Stored Integer
RWV: Real World Value

TP: Moteur PMSM

Temps Réel

Pendule inverse

Aspect Temporel:

Simulation

Modélisation en temps continu:

transformé de Laplace en p (s)

Solver résoud les équations différentielles
- approximation numérique
Pas de contraintes temps réelle
- différent solveurs (Runge-Kutta, ODEx,…)

Aspect Temporel:

Implémentation

Implémentation en temps discret:

“pas” de calcul fixe

pas de solveur
Contrainte temps réel
- model Single-Rate & Multi-Rate
- implementation Single-Tasking & Multi-Tasking

Discrete times

Single-rate:
- Les blocks ont tous la même période d’exécution (Même couleur)
Multi-Rate
- Les blocks peuvent avoir des périodes d’exécution différentes (Schéma multicolore)

Modèle multi-rate

Charge CPU d’un modèle multi-rate single-tasking (@70 mips)

Charge CPU d’un modèle multi-rate single-tasking (@20 mips)

Single-Tasking

Single-Tasking: Dans le slot de temps, l’exécution de tous les blocks doit se terminer avant la fin du slot.

Multi-Tasking

Multi-Tasking: Préemption possible -> Monotonic Rate Scheduler

La tâche la plus fréquente à la priorité maximale
- Préemptera une tache plus lente
- Beaucoup plus flexible
- Mode par défaut (voir options du solveur)

Charge CPU d’un modèle multi-rate multi-tasking (@70 mips)

Charge CPU d’un modèle multi-rate multi-tasking (@20 mips)

Tasking Conclusion

Single-Tasking @ 20 MIPS -> Overload
- dispatcher la tache la plus lente sur plusieurs slots
- (option d’offset dans Time Step -> [.001 .005])
Multi-Tasking @ 20 MIPS -> Ok
- Rate transfert block options
  - Data Integrity
  - Deterministic data transfert

TP

download

base model

Liens:

MPLAB device blocks for Simulink: https://www.mathworks.com/matlabcentral/fileexchange/71892-mplab-device-blocks-for-simulink
MPLAB X: https://www.microchip.com/MPLABX
XC16: https://www.microchip.com/XC16
https://lubin.kerhuel.eu
https://www.ctrl-elec.fr

Elements de correction

PWM settings

Slide control:

Next: Right Arrow or Space
Previous: Left Arrow
Start: Home
Finish: End
Overview: Esc
Speaker notes: S
Fullscreen: F
Zoom: Alt + Click