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classdef quadHibridoproposta < handle
%aq1 % descrição do arquivo %propriedades privado
properties (SetAccess = private, GetAccess = private)
%aq2% descricao quando bota na janela de comando 'help quadHibridoproposta'
% system parameters
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
% ROSA, et al. A Comparative Study on Sigma Point Kalman Filters for
% Trajectory Estimation of Hybrid Aerial-Aquatic Vehicles. IROS`18.
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%ate aq
%% modificado
% % momentos de inercia
% I = [ 144648.98 2041.46 -7870.33
% 2041.46 288179.61 -1157.20
% -7870.33 -1157.20 154104.84]*1e-7;
% %
% rc = 0.27/4; % raio do centro
% l_braco ; %tamanho ddo braço
% l; % [m] wing span
% d_braco = 0.02; %diametro do braco
% %vol=(4/3)*pi*rc^3+4*pi*(d_braco/2)^2*l_braco
% vol; %= 1.5427e-03; % Volume [m^3]
% m; % [kg] uav mass
% contraroting_dist = .1; % [m] altura
%
% %C_D esfera = 0.47
% %C_D cilindro frontal = 0.82
% %C_D cilindro transversal = 1.17
% %Cp_x = C_D esfera * pi * r^2
% Cpx;
% Cpy;
% Cpz;
% Crx;
% Cry;
% Crz;
% Cp; % coeficiente de arrasto de translacao
% Cr; % coeficiente de arrasto de rotacao
% %%%%%%%%%%%calculado
% % Cp = diag([1.6321; 1.6321; 2.568])*1e-2; % coeficiente de arrasto de translacao
% % Cr = diag([0.473; 0.473; 0.9477])*1e-2; % coeficiente de arrasto de rotacao
%% original
m = (.9)*1.42887; % [kg] uav mass
% momentos de inercia
I = [ 144648.98 2041.46 -7870.33
2041.46 288179.61 -1157.20
-7870.33 -1157.20 154104.84]*1e-7;
%
vol = (1.1)*1.42887e-03; % Volume [m^3]
l = 0.27; % [m] wing span
rc = 0.27/4; % raio do centro
contraroting_dist = .1; % [m] altura
Cp = diag([2.5; 2.5; 9.99])*1e-2; % coeficiente de arrasto de translacao
Cr = diag([1.25; 1.25; 1.25*2])*1e-2; % coeficiente de arrasto de rotacao
maxAngAir = deg2rad(30); % [rad]
maxAngWat = deg2rad(65); % [rad]
satAngAir; % saturacao de angulo de referencia
satAngWat; % saturacao de angulo de referencia
satRot = saturation(deg2rad(179)*[-1; 1]); % satura rotacao pra evitar singularidade em R()
mot = {}; % motores
% direcionameto dos motores inferiores
alfa = deg2rad([0; 0; 0; 0]);
beta = deg2rad([0; 90; 0; 90]);
% controladores
pidZ;
pidAtt;
cor; % cor de plot
waypoint_dist = 1;
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
% environment parameters
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
env; % variavel de ambiente
rho_air = 1.293; % [kg/m^3] air density
rho_wat = 1.0e3; % [kg/m^3] water density
g = [0; 0; 9.78]; % gravidade [m/s^2]
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
% tempo
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
dt = (1/100); % 500Hz de frequencia interna
t = 0; % relogio
end
%propriedades publico%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
properties (SetAccess = public)
x; % vetor de estados
ref; % referencias de posicao e angulo
u; % vetor de entradas
F = zeros(4,1); % forças
M = zeros(4,1); % momentos
forca1 = zeros(3,1);
forca2 = zeros(3,1);
forca3 = zeros(3,1);
forca4 = zeros(3,1);
forca5 = zeros(3,1);
at=zeros(3,1); %aceleracao translalcao
hyst; % historico das variaveis
end
methods (Access = private)
function [dwF, dv, angref] = controllerPos(this, ref)
% controlador de posicao
% referencias de posicao
[xref, yref, zref, psiref] = feval(@(a)a{:}, num2cell(ref));
% medicoes
[x, y, z, psi, vx, vy] = feval(@(a)a{:}, num2cell(this.x([1 2 3 6 7 8])));
% calcula e satura sinais de referencia angular (***so roll e pitch***)
angref = zeros(3,1);
% calcula o angulo de direcao do controle
dx = xref - x;
dy = yref - y;
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
% controle no ar
if isAir(this.env)
% ganhos de posicao
kp = 0.05;
kd = 0.11;
% acao de controle
R = rotz(psi);
R = R(1:2,1:2);
dp = R*[dy; dx];
dv = -R*[vy; vx];
angref = kp*[-1; 1].*dp + kd*[-1; 1].*dv;
angref = this.satAngAir.evaluate(angref);
% referencia de yaw
angref(3) = psiref;
%
dv = 0;
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
% controle na agua
else
% erro de posicao
d = norm([dx, dy], 2);
% comando de velocidade
if d > this.waypoint_dist
% erro angular: sempre entre [0...2pi]
th = atan2(dy,dx);
th = mod(th, 2*pi);
% alpha entre [-pi..pi]
alpha = th - psi;
while alpha > pi
alpha = alpha - 2*pi;
end
while alpha < -pi
alpha = alpha + 2*pi;
end
kv = -300;
ka = 1e6;
%if abs(rad2deg(alpha)) > 35
% dv = 0;
%else
dv = kv*d + ka*abs(alpha)^2;
%end
% satura
dv = max(dv, -4000);
dv = min(dv, 0);
else
dv = 0;
th = psi;
end
% referencia aponta para waypoint
angref(3) = th;
end
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
% acao de controle de altitude
if isAir(this.env)
dwF = this.pidZ.air.getU(zref, z, this.dt);
else
dwF = this.pidZ.wat.getU(zref, z, this.dt);
end
end
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
function dw = controllerAtt(this, rref)
% controlador de atitude
r = this.x(4:6); % angulos medidos
dw = zeros(3,1); % vetor de atuacao
% ganhos de orientacao conforme o meio
if isAir(this.env)
for i = 1:3
dw(i) = this.pidAtt.air{i}.getU(rref(i), r(i), this.dt);
end
else
% alpha entre [-pi..pi]
alpha = rref(3) - r(3);
while alpha > pi
alpha = alpha - 2*pi;
end
while alpha < -pi
alpha = alpha + 2*pi;
end
dw(2) = this.pidAtt.wat{1}.getU(rref(2), r(2), this.dt);
dw(3) = this.pidAtt.wat{2}.getU(0, -alpha, this.dt);
end
end
%% calcula atuacao nas helices
function actuator(this, dwF, dv, dw, z)
%% rotacao de equilibrio
% calculado aq ->
% <matlab:matlab.desktop.editor.openDocument(which('quadHibridoproposta.m')).goToFunction('equilibrium')
% equilibrium(this)>
wh = this.equilibrium();
%% calcula as velocidades desejadas
if isAir(this.env)
dv = 0;
% * linha = motor;
% * coluna = quais motores são acionados quando
%realizam o movimento correspondente para helice aerea
%
% z xy roll pitch yaw
D = [ 1 0 0 -1 1;
1 0 1 0 -1;
1 0 0 1 1;
1 0 -1 0 -1 ];
else
% * linha = motor;
% * coluna = quais motores são acionados quando
%realizam o movimento correspondente para helice aquatica
% z xy roll pitch yaw
D = [ 1 0 0 -1 0;
0 1 0 0 -1;
1 0 0 1 0;
0 1 0 0 1];
end
%% acao de controle
% * w = velocidade desejada
% * wh = velocidade para rotação de equilíbrio calculado por aq ->
% <matlab:matlab.desktop.editor.openDocument(which('quadHibridoproposta.m')).goToFunction('equilibrium')
% equilibrium(this)>
% * dwF = acao de controle de altitude calculado
% <matlab:matlab.desktop.editor.openDocument(which('quadHibridoproposta.m')).goToFunction('controllerPos')
% controllerPos(this, ref)>
% * dv = velocidade linear calculado aq ->
% <matlab:matlab.desktop.editor.openDocument(which('quadHibridoproposta.m')).goToFunction('controllerPos')
% controllerPos(this, ref)>
% * dw = velocidade angular; calculado aq ->
% <matlab:matlab.desktop.editor.openDocument(which('quadHibridoproposta.m')).goToFunction('controllerAtt')
% controllerAtt(this, rref)>
w = [(wh+dwF); dv; dw];
%% velocidades desejadas para os motores
% aplica as velocidades desejadas para os motores
% correspondentes ao movimento
%wdes = D*w;
wdes = [0; 0; 0; 0];
%% atualiza o estado dos motores
% a função update(this, wdes, dt, env) com entradas
% (velocidade desejada nos motores correspondentes,
% frequencia interna e tipo de ambiente) está na função aqui ->
% <matlab:matlab.desktop.editor.openDocument(which('prop_air_water.m')).goToFunction('update')
% update(this, wdes, dt, env)>
%
% retorna o estado dos motores em relaçaõ ao ambiente (como
% por exemplo, se esta no ar aciona os motores aéreas e
% não aciona os motores aquáticos e vice versa nesse caso)
%
% Acesse o codigo da função aqui ->
% <matlab:edit(fullfile('prop_air_water.m')) prop_air_water.m>
%
% Veja <matlab:doc('prop_air_water') aqui> a janela de HELP do
% codigo.
for i = 1:4
this.mot{i}.update(wdes(i), this.dt, this.env, z);
end
end
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
%% rotacao dos motores no ponto de equilibrio (tipo hover)
function wh = equilibrium(this)
% medicoes de angulos
[phi, the] = feval(@(a)a{:}, num2cell(this.x(4:5)));
%% efeito da inclinacao
% os angulos são referentes a diagonal da matriz de rotacao
% angular (eu acho n lembro) aq->
% <matlab:matlab.desktop.editor.openDocument(which('quadHibridoproposta.m')).goToFunction('B')
% B(this)>
if isAir(this.env)
alpha = cos(phi)*cos(the);
else
alpha = cos(the);
end
% evita divisao por zero!
if alpha < 0.1
alpha = 0.1;
end
%% gravidade
% $$ g = |m - \rho vol| \cdot ||g|| $$
%
%gravidade = módulo (massa - densidade do ambiente * volume) * norma matricial da gravidade
grav_term = abs(this.m - this.getRho()*this.vol)*norm(this.g, 2);
%% ganho do motor
% é calculada (ou só definida) coeficiente referente ao motor (ou helice?) aqui:
%
% * se esta acionado os motores aereos ->
% <matlab:matlab.desktop.editor.openDocument(which('prop_air.m')).goToFunction('getKf')
% getKf(this)>
% * se esta acionado os motores aquaticos ->
% <matlab:matlab.desktop.editor.openDocument(which('prop_water.m')).goToFunction('getKf')
% getKf(this)>
%
% Acesse o codigo da função aqui ->
% <matlab:edit(fullfile('prop_air.m')) prop_air.m> ou
% <matlab:edit(fullfile('prop_water.m')) prop_water.m>
%
% Veja <matlab:doc('prop_air') prop_air.m> ou <matlab:doc('prop_water')
% prop_water.m> a janela de HELP do codigo.
kf = this.mot{1}.getKf();
%% velocidade para rotação de equilíbrio
%
% * para ar: $wh = \frac{\sqrt{\frac{g}{4 \rho kf}}}{\alpha}$
% * para agua: $wh = \frac{\sqrt{\frac{g}{2 \rho kf}}}{\alpha}$
%
% velocidade = sqrt((gravidade)/(4*densidade do
% ambiente*coeficiente do motor))/angulo do efeito de
% inclinação
if isAir(this.env)
wh = sqrt(abs(grav_term)/(4*this.getRho()*kf))/alpha;
else
wh = -sqrt(abs(grav_term)/(2*this.getRho()*kf))/alpha;
end
end
%% calcula aceleracao baseado no modelo
function [at, aa] = getAccel(this, v, q, r)
%% variaveis do ambiente
% é calculada (ou só definida) densidade do ambiente de acordo
% com o meio que se encontra aqui:
% * se esta acionado os motores aereos ->
% <matlab:matlab.desktop.editor.openDocument(which('prop_air.m')).goToFunction('getRho')
% getRho(this)>
% * se esta acionado os motores aquaticos ->
% <matlab:matlab.desktop.editor.openDocument(which('prop_water.m')).goToFunction('getRho')
% getRho(this)>
%
rho = this.getRho();
% massa adicionais --> "George Green 1833"
added_mass = ((4/6)*pi*(this.rc^3))*rho;
% inercia adicionais
added_inertia = (2/5)*(added_mass)*(this.rc^2);
%% Posicao
if isAir(this.env)
% helices superiores nao sao direcionadas
f(:,1) = this.R()*[0; 0; sum(this.F)];
else
f(:,1) = this.R()*[-sum(this.F([2 4])); 0; sum(this.F([1 3]))];
end
%% gravidade
% $$f_2 = - m g$$
f(:,2) = -this.m*this.g;
%% arquimedes (empuxo)
% $$f_3 = \rho vol g$$
f(:,3) = rho*this.vol*this.g;
%% arrasto
% $$ f_4 = - \frac{1}{2}\rho C_p v |v|$$
f(:,4) = -(1/2)*rho*this.Cp*v.*abs(v);
%% coriolis
% $$f_5 = - m v \times q$$
f(:,5) = -cross(q, this.m*v);
%% aceleracao translacional
% $$a_t = \frac{\sum_{i=1}^5 f_i}{m + m_a}$$
at = sum(f,2)/(this.m + added_mass);
this.forca1 = f(:,1);
this.forca2 = f(:,2);
this.forca3 = f(:,3);
this.forca4 = f(:,4);
this.forca5 = f(:,5);
%% Atitude
% $$P = mg$$
%
% $$E = \rho V g$$
peso = norm(this.m*this.g, 2);
empuxo = norm(rho*this.vol*this.g, 2);
% distancia entre cg e empuxo
dist = 0.02;
%% motores
% verifica o ambiente que o veícuulo está para determinar
% quais motores são considerados em cada eixo do sistema
if isAir(this.env)
%se está no ambiente aéreo
m(:,1) = [ this.l*(this.F(2)-this.F(4))
this.l*(this.F(3)-this.F(1))
this.M(1)-this.M(2)+this.M(3)-this.M(4) ];
else
%senão, está no ambiente aquático
m(:,1) = [ 0
this.M(3)-this.M(1)
-this.M(2)+this.M(4) ];
end
%% coriolis
% $$F_{coriolis} = - \omega \times I\omega$$
m(:,2) = -cross(q, this.I*q);
%% arrasto
% $$ F_{arrasto} = -\frac{1}{2}\rho C_r \omega |\omega| $$
m(:,3) = -(1/2)*rho*this.Cr*q.*abs(q);
%% momento restaurador (passivo)
if ~isAir(this.env)
m(:,4) = -[ dist*sin(r(1))*(peso+empuxo)
dist*sin(r(2))*(peso+empuxo)
0];
end
%% calcula a aceleracao angular
% $$a_angular = \frac{I + I_adicional}{\sum F}$$
%
aa = (this.I + added_inertia)\sum(m,2);
end
%% modelo dinamico do sistema
function dynamics(this)
% atualiza o estado dos motores
for i = 1:4
this.F(i) = this.mot{i}.getForce();
this.M(i) = this.mot{i}.getMoment();
end
%% variaveis de estado
% p: posição x, y, z
% r: orientação phi, theta, psi (ou pitch roll yaw)
% v: velocidade linear v_x, v_y, v_z
% q: velocidade angular \omega_x, \omega_y, \omega_z
p = this.x(1:3);
r = this.x(4:6);
v = this.x(7:9);
q = this.x(10:12);
%% Runge-Kutta
% integração da equação de aceleração obtida em
% <matlab:matlab.desktop.editor.openDocument(which('quadHibridoproposta.m')).goToFunction('getAccel')
% getAccel(this, v, q, r)>
% utilizando Meétodo de Runge-Kutta de quarta ordem
%p1 = p
v1 = v;
q1 = q;
r1 = r;
[at1, aa1] = this.getAccel( v1, q1, r1);
v2 = v + 0.5*at1*this.dt;
q2 = q + 0.5*aa1*this.dt;
r2 = this.satAngles(r + 0.5*q1*this.dt);
[at2, aa2] = this.getAccel(v2, q2, r2);
v3 = v + 0.5*at2*this.dt;
q3 = q + 0.5*aa2*this.dt;
r3 = this.satAngles(r + 0.5*q2*this.dt);
[at3, aa3] = this.getAccel(v3, q3, r3);
v4 = v + at3*this.dt;
q4 = q + aa3*this.dt;
r4 = this.satAngles(r + 0.5*q3*this.dt);
[at4, aa4] = this.getAccel(v4, q4, r4);
%% aceleração translacional
this.at=(at1 + 2*at2 + 2*at3 + at4)/6;
%% velocidade translacional
v = v + (at1 + 2*at2 + 2*at3 + at4)*(this.dt/6.0);
%% posicao
p = p + (v1 + 2*v2 + 2*v3 + v4)*(this.dt/6.0);
%% velocidade rotacional
q = q + (aa1 + 2*aa2 + 2*aa3 + aa4)*(this.dt/6.0);
%% angulos
r = r + (this.B()) \ ((q1 + 2*q2 + 2*q3 + q4)*(this.dt/6.0));
%% satura angulos para evitar singularidades em this.R()
r = this.satAngles(r);
%faixa de velocidade para zerar (faz isso por causa da falta de precisao)
% for i =1:3
% if (v(i)>=-0.001)&&(v(i)<=0.001)
% v(i)=0;
% end
% end
%% update estados
this.x(1:3) = p;
this.x(4:6) = r;
this.x(7:9) = v;
this.x(10:12) = q;
%% incrementa relogio interno
this.t = this.t + this.dt;
%% atualiza ambiente
this.setEnvironment();
%% update saidas
for i = 1:4
this.u(i) = this.mot{i}.getSpeed();
end
end
%% atualiza a variavel de ambiente
function setEnvironment(this)
%se a variavel z>0 é ar
%senão é água
if this.x(3) >= 0
this.env = 'air';
else
this.env = 'water';
end
end
%% matriz de rotacao
function Rzyx = R(this)
%% Matriz rotacional em torno do eixo X
% R_x = [1 0 0 \\
% 0 cos(phi) -sin(phi)\\
% 0 sin(phi) cos(phi)]
Rx = rotx(this.x(4));
%% Matriz rotacional em torno do eixo X
% R_y = [cos(theta) 0 sin(theta)\\
% 0 1 0 \\
% -sin(theta) 0 cos(theta)]
Ry = roty(this.x(5));
%% Matriz rotacional em torno do eixo X
% R_z = [cos(psi) -sin(psi) 0 \\
% sin(psi) cos(psi) 0\\
% 0 0 1]
Rz = rotz(this.x(6));
%% Matriz rotacional ZYX
% R
Rzyx = Rz*Ry*Rx;
end
%% satura angulos para evitar singularidades
function ang = satAngles(this, ang)
ang(1:2) = this.satRot.evaluate(ang(1:2));
ang(3) = rem(ang(3), 2*pi);
end
%% Matriz rotacional para velocidade angular
function Bot = B(this)
cphi = cos(this.x(4));
sphi = sin(this.x(4));
cthe = cos(this.x(5));
sthe = sin(this.x(5));
% R_z = [cos(theta) 0 -cos(phi)sin(theta) \\
% 0 1 sin(phi) \\
% sin(theta) 0 cos(phi)cos(theta)]
r1 = cthe; r2 = 0; r3 = -cphi*sthe;
r4 = 0; r5 = 1; r6 = sphi;
r7 = sthe; r8 = 0; r9 = cphi*cthe;
Bot = [r1 r2 r3; r4 r5 r6; r7 r8 r9];
end
end
%% %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
methods (Access = public)
% construtor
function this = quadHibridoproposta(x, cor)
% this.l_braco = 0.27 - this.rc; %tamanho ddo braço
% this.l = this.l_braco + this.rc; % [m] wing span
% this.vol = (4/3)*pi*this.rc^3+4*pi*(this.d_braco/2)^2*this.l_braco;
% this.m = (.9)*this.vol*1e3; % [kg] uav mass
%
%
% %C_D esfera = 0.47
% %C_D cilindro frontal = 0.82
% %C_D cilindro transversal = 1.17
% %Cp_x = C_D esfera * pi * r^2
% this.Cpx = 0.47*pi*this.rc^2 + 2*1.17*this.l_braco*this.d_braco + 1.17*(this.d_braco/2)^2;
% this.Cpy = 0.47*pi*this.rc^2 + 2*1.17*this.l_braco*this.d_braco + 1.17*(this.d_braco/2)^2;
% this.Cpz = 0.47*pi*this.rc^2 + 4*1.17*this.l_braco*this.d_braco;
% this.Crx = 1.17*this.l_braco*this.d_braco;
% this.Cry = 1.17*this.l_braco*this.d_braco;
% this.Crz = 2*1.17*this.l_braco*this.d_braco;
% this.Cp = diag([this.Cpx; this.Cpy; this.Cpz]); % coeficiente de arrasto de translacao
% this.Cr = diag([this.Crx; this.Cry; this.Crz]); % coeficiente de arrasto de rotacao
% saturacoes de angulos
this.satAngAir = saturation(this.maxAngAir*[-1; 1]);
this.satAngWat = saturation(this.maxAngWat*[-1; 1]);
% condicoes iniciais
this.x = x;
this.ref = this.x(1:6);
% define o ambiente inicial
this.setEnvironment();
% inicializa os motores
for m = 1:4
this.mot{m} = prop_air_water(this.l, this.env, x(3));
this.u(m) = this.mot{m}.getSpeed();
end
% historicos
this.hyst.x = this.x(:);
this.hyst.u = this.u(:);
this.hyst.F = this.F(:);
this.hyst.forca1 = this.forca1(:);
this.hyst.forca2 = this.forca2(:);
this.hyst.forca3 = this.forca3(:);
this.hyst.forca4 = this.forca4(:);
this.hyst.forca5 = this.forca5(:);
this.hyst.ref = this.ref(:);
this.hyst.t = this.t;
this.hyst.at = this.at(:);
this.cor = cor;
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
% PIDS (air) -- OK
satz = 1000;
satang = 3000;
% z
this.pidZ.air = pid(0, 0, 0, satz*[-1, 1]);
% roll and pitch
for i = 1:2
this.pidAtt.air{i} = pid(0, 0, 0, satang*[-1, 1]);
end
% yaw
this.pidAtt.air{3} = pid(0, 0, 0, satang*[-1, 1]);
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
% PIDS (water)
satz = 1000;
satang = 3000;
% z
this.pidZ.wat = pid(0, 0, 0, satz*[-1, 1]);
% pitch e yaw
for i = 1:2
this.pidAtt.wat{i} = pid(0, 0, 0, satang*[-1, 1]);
end
end
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
% update do modelo
function update(this, ref, x)
% controle de posicao
[dwF, dv, rref] = this.controllerPos(ref);
% controle de atitude
dw = this.controllerAtt(rref);
% calcula a atuacao
this.actuator(dwF, dv, dw, x(3));
% dinamica
this.dynamics();
% historicos
posref = ref(1:3);
this.ref = [posref; rref];
this.saveTraj();
end
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
% salva trajetoria
function saveTraj(this)
this.hyst.x(:,end+1) = this.x(:);
this.hyst.u(:,end+1) = this.u(:);
this.hyst.F(:,end+1) = this.F(:);
this.hyst.forca1(:,end+1)= this.forca1(:);
this.hyst.forca2(:,end+1)= this.forca2(:);
this.hyst.forca3(:,end+1)= this.forca3(:);
this.hyst.forca4(:,end+1)= this.forca4(:);
this.hyst.forca5(:,end+1)= this.forca5(:);
this.hyst.ref(:,end+1) = this.ref(:);
this.hyst.t(end+1) = this.t;
this.hyst.at(:,end+1) = this.at(:);
end
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
% verifica se o robo chegou
function c = reach(this)
c = false;
[x, y, z, psi] = feval(@(a)a{:}, num2cell(this.x([1 2 3 6])));
[xr, yr, zr, psir] = feval(@(a)a{:}, num2cell(this.ref));
% calcula distancia para waypoint corrent
d = norm([xr yr zr]-[x y z], 2);
if d <= this.waypoint_dist
c = true;
end
end
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
% retorna o tempo de simulacao
function t = time(this)
t = this.t;
end
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
% pega densidade do ambiente
function rho = getRho(this)
if isAir(this.env)
rho = this.rho_air;
else
rho = this.rho_wat;
end
end
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
% desenha o quadrotor
function draw(this)
color = 'k'; % body color
p = this.x(1:3);
R = this.R(); % Monta matrizes de rotacao
% shafts
s{1} = this.l*[ 1; 0; 0];
s{2} = this.l*[ 0; -1; 0];
s{3} = this.l*[ -1; 0; 0];
s{4} = this.l*[ 0; 1; 0];
% Aplica transformacoes: Body
for i = 1:4
b{i} = R*s{i} + p(:);
end
% draw shafts
plot3([b{1}(1) b{3}(1)], [b{1}(2) b{3}(2)], [b{1}(3) b{3}(3)], color, 'linewidth', 2);
hold on;
plot3([b{2}(1) b{4}(1)], [b{2}(2) b{4}(2)], [b{2}(3) b{4}(3)], color, 'linewidth', 2);
% desenha propulsor
for i = 1:4
sp{i} = s{i} + [0; 0; (this.contraroting_dist/2)];
sp{i+4} = s{i} - (this.contraroting_dist/2)*[ cos(this.alfa(i))*sin(this.beta(i));
sin(this.alfa(i))*sin(this.beta(i));
cos(this.beta(i))];
% define o tipo do propulsor
if mod(i, 2)
type = [];
else
type = ['proposta'];
end
this.mot{i}.draw(R, p, sp{i}, sp{i+4}, type);
%
sp{i} = R*sp{i} + p(:);
sp{i+4} = R*sp{i+4} + p(:);
%
plot3([sp{i}(1) b{i}(1)], [sp{i}(2) b{i}(2)], [sp{i}(3) b{i}(3)], ...
color, 'linewidth', 2);
plot3([b{i}(1) sp{i+4}(1)], [b{i}(2) sp{i+4}(2)], [b{i}(3) sp{i+4}(3)], ...
color, 'linewidth', 2);
end
% draw body
this.body();
% plota trajetoria
ns = 10;
z = this.hyst.x(3,:);
id1 = find(z >= 0);
id2 = find(z < 0);
% trajetoria aerea
plot3(this.hyst.x(1,id1), this.hyst.x(2,id1), this.hyst.x(3,id1), ...
'-', 'Color', .7*[0 1 1], 'linewidth', 2);
% trajetoria aquatica
plot3(this.hyst.x(1,id2), this.hyst.x(2,id2), this.hyst.x(3,id2), ...
'-', 'Color', .7*[0 0 1], 'linewidth', 2);
xlabel('x[m]')
ylabel('y[m]')
zlabel('z[m]')
end
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
function body(this)
% configuração da esfera
[unitSphereX, unitSphereY, unitSphereZ] = sphere(8);
% localização do plot das esferas
sphereX = this.x(1) + unitSphereX*this.rc;
sphereY = this.x(2) + unitSphereY*this.rc;
sphereZ = this.x(3) + 1*unitSphereZ*this.rc;
h = surface(sphereX, sphereY, sphereZ);
% cor preta
colormap(.5*[.8 .8 1]);
end
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
% plota resultados
function plot(this, plots, tf)
% resultados
t = this.hyst.t;
ref = this.hyst.ref;
p = this.hyst.x(1:3,:);
r = this.hyst.x(4:6,:);
v = this.hyst.x(7:9,:);
q = this.hyst.x(10:12,:);
w = this.hyst.u;
F = this.hyst.F;
forca1 = this.hyst.forca1;
forca2 = this.hyst.forca2;
forca3 = this.hyst.forca3;
forca4 = this.hyst.forca4;
forca5 = this.hyst.forca5;
at = this.hyst.at;
%fim=1.5;
fim=tf;
faixa_max=0.135*ones(1,tf/this.dt+1);
faixa_min=-0.135*ones(1,tf/this.dt+1);
t_faixa=[0:this.dt:tf];
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
if (plots(1) == 1)
figure(30)
labels = {'x', 'y', 'z'};
for i = 1:3
figure(30),set(gca,'FontSize',18);
subplot(3,2,2*i-1)
plot(t, p(i,:), 'Color', this.cor, 'linewidth', 1); hold on;
%plot(t, ref(i,:), '--', 'Color', this.cor, 'linewidth', 1); hold on;
ylabel(['$$' labels{i} ' [m]$$'], 'Interpreter','latex')
xlim([t(1) fim]);
xticks([0:0.5:fim]);
%xticks([0:2:fim]);
%xticks([0:5:fim]);
box off;
xlabel('$$tempo [s]$$', 'Interpreter','latex')
end
% plot(t_faixa, faixa_max, '--', 'Color', 0.3*[0 0 0], 'linewidth', 1); hold on;
% plot(t_faixa, faixa_min, '--', 'Color', 0.3*[0 0 0], 'linewidth', 1); hold on;
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
labels = {'\phi', '\theta', '\psi'};
sp = [2 1 3];
for i = 1:3
figure(30),set(gca,'FontSize',18);
subplot(3,2,2*sp(i))
plot(t, rad2deg(r(i,:)), 'Color', this.cor, 'linewidth', 1); hold on;
%plot(t, rad2deg(ref(3+i,:)), '--', 'Color', this.cor, 'linewidth', 1); hold on;
ylabel(['$$' labels{i} ' [deg.]$$'], 'Interpreter','latex')
xlim([t(1) fim]);
xticks([0:0.5:fim]);
%xticks([0:2:fim]);
%xticks([0:5:fim]);
box off;
xlabel('$$tempo [s]$$', 'Interpreter','latex')
end
end
% %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
if (plots(2)==1)
figure(31);
labels = {'v_x', 'v_y', 'v_z'};
for i = 1:3
figure(31),set(gca,'FontSize',18);
subplot(3,2,2*i-1)
plot(t, v(i,:), 'Color', this.cor, 'linewidth', 1); hold on;
ylabel(['$$' labels{i} ' [m/s]$$'], 'Interpreter','latex')
xlim([t(1) fim])
xticks([0:0.5:fim]);
%xticks([0:2:fim]);
%xticks([0:5:fim]);
box off;
xlabel('$$tempo [s]$$', 'Interpreter','latex')
end
% %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
labels = {'p', 'q', 'r'};
for i = 1:3
figure(31),set(gca,'FontSize',18);
subplot(3,2,2*i)
plot(t, rad2deg(q(i,:)), 'Color', this.cor, 'linewidth', 1); hold on;
ylabel(['$$' labels{i} ' [deg./s]$$'], 'Interpreter','latex')
xlim([t(1) fim])
xticks([0:0.5:fim]);
%xticks([0:2:fim]);
%xticks([0:5:fim]);
box off;
xlabel('$$tempo [s]$$', 'Interpreter','latex')
end
end
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
if (plots(3)== 1)
figure(32)
for i = 1:4
figure(32),set(gca,'FontSize',18);
subplot(4,1,i)
plot(t, w(i,:), 'Color', this.cor, 'linewidth', 1);
hold on;
ylabel('$$\vec{\Omega} [rpm]$$', 'Interpreter','latex')
xlim([t(1) fim])
box off;
xlabel('$$tempo [s]$$', 'Interpreter','latex')
end
end
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
if (plots(4)== 1)
figure(33)
for i = 1:4
figure(33),set(gca,'FontSize',18);
subplot(4,1,i)
plot(t, F(i,:), 'Color', this.cor, 'linewidth', 1);
hold on;
ylabel('$$\vec{F} [N]$$', 'Interpreter','latex')
xlim([t(1) fim])
box off;
xlabel('$$tempo [s]$$', 'Interpreter','latex')
end
end
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
labels = {'f_x', 'f_y', 'f_z'};
if (plots(5)== 1)
figure(34)
for i = 1:3
figure(34),set(gca,'FontSize',18);
subplot(3,2,(2*i)-1)
yyaxis left
plot(t, forca1(i,:), '-', 'Color', 'b', 'linewidth', 1);
hold on;
yyaxis left
plot(t, forca2(i,:), '-', 'Color', 'g', 'linewidth', 1);
hold on;
yyaxis left
plot(t, forca3(i,:), '-', 'Color', 'c', 'linewidth', 1);
hold on;
yyaxis right
plot(t, forca4(i,:), '-', 'Color', 'r', 'linewidth', 1);
hold on;
ylabel(['arrasto $$' labels{i} '[N]$$'], 'Interpreter','latex')
yyaxis left
plot(t, forca5(i,:), 'Color', 'k', 'linewidth', 1);
hold off;
ylabel(['$$' labels{i} '[N]$$'], 'Interpreter','latex')
xlim([t(1) fim])
%xticks([0:fim]);
xticks([0:0.5:fim]);
%xticks([0:2:fim]);
%xticks([0:5:fim]);
box off;
xlabel('$$tempo [s]$$', 'Interpreter','latex')
if (i == 3)
title('Original');
legend('motor','peso','empuxo','coriolis','arrasto');
end
end
figure(34),set(gca,'FontSize',18);
end
if (plots(6)== 1)
figure(35),set(gca,'FontSize',18);
subplot(3,1,1);
plot(t, p(3,:), 'Color', this.cor, 'linewidth', 1); hold on;
ylabel(['$$z [m]$$'], 'Interpreter','latex')
xlim([t(1) fim])
xticks([0:0.5:fim]);
%xticks([0:2:fim]);
%xticks([0:5:fim]);
box off;
xlabel('$$tempo [s]$$', 'Interpreter','latex')
figure(35),set(gca,'FontSize',18);
subplot(3,1,2)
plot(t, v(3,:), 'Color', this.cor, 'linewidth', 1);
hold on;
ylabel(['$$v_z [m/s]$$'], 'Interpreter','latex')
xlim([t(1) fim])
xticks([0:0.5:fim]);
%xticks([0:2:fim]);
%xticks([0:5:fim]);
box off;
xlabel('$$tempo [s]$$', 'Interpreter','latex')
figure(35),set(gca,'FontSize',18);
subplot(3,1,3)