Site ELEC344/ELEC381

Partie interactive du site pédagogique ELEC344/ELEC381 de Télécom ParisTech (occurrence 2010).

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Télécommande

Le weekend dernier j’ai révisé sur comment faire un système de asservissement plus fiable que le PID qui, jusqu’à ce moment, fait bien sont travail. Mais, le problème est que même si on trouve des valeurs pour Kp, Kd et Ki, qui font que le Heliokter soit stable, pour réaliser des mouvements un peut plus complexes comme la translation je ne suis pas sûre que ces mêmes valeurs joueront bien aussi.

Étant donné que on déjà le Kalman que marche bien donc on peut profiter de ses variables d’état pour implémenter un  contrôle optimale ou prédictive pour le système d’asservissement. Avant de mettre dans le vrai Heliokter je  pense que il est nécessaire de bien tester sur le simulateur. Pour faire ça j’ai commencé à créer des fonctions qui servent à faire la description physique de l’Heliokopter dans la simulation.

Lundi J’ai travaille avec Fernando pour trouver les trames de transmission de la télécommande.  J’ai ajouté le timer pour savoir si la donné que on a corresponde bien à une trame reçue, comment Samuel a dit j’ai mis 50ms.

Mardi après le examen : (   on a testé mais il ne marchait pas car on s’est trompé dans la configuration du port Usart, il n’est pas le même que on a sur la carte du TP. Après correction la télécommande a commencé à fonctionner et on a pu faire bouger l’Heliokter, et c’est dans un de ces tests qui on a eu un petit souci comme F-X à dit dans son mail.

Heliokter : premiers vols

Depuis le dernier post, nous essayons de customiser notre PID pour parvenir à un résultat en vol meilleur. Le gros problème, c’est que c’est dur de définir ‘meilleur’, l’hélicoptère bouge forcément un peu, c’est difficile de le laisser completement libre dans la salle mais dès qu’on le contraint, on modifie son comportement …

Vendredi et samedi, on a quand même réussi à caractriser un comportement oscillatoire de grande période et grande amplitude, vraisemblablement dû à l’intégrale du PID : Si le le mouvement a tendance à être sinusoïdal, l’intégrale est aussi sinusoïdale mais déphasée de π/2, ce qui entretient voire amplifie les oscillations.

Pour remédier à cela, Alexis nous a conseillé une méthode de remise à zéro de l’intégrale dès que l’erreur change de signe pour eviter ce phénomène. Nous avions essayé d’autres méthodes de remise à zéro de l’intégrale avant mais celle-ci semble bien marcher.

Nous avons donc pu avoir, hier soir, un vol qu’on peut considérer comme stable d’une quinzaine de secondes, visible là :

L’hélicoptère descend lentement, c’est normal, il n’y a pas encore d’asservissement en altitude et  nous avons préféré le faire descendre plutôt que de le faire monter !

Voilà, sinon comme vous pouvez l’entendre, on gagne haut la main le prix du projet le plus bruyant ! :p

Alors evidemment, ce n’est pas parfait, mais c’est vrai qu’on a du mal  à savoir si on peut mieux faire et comment, et comment le savoir !

Heliokter et le yaw-yaw


Dans la journée de jeudi, on s’est finalement fixé sur un meilleur protocole que la planche qui roule (qui changeait un peu l’inertie du copter et qui n’etait pas vraiment no plus une rotation pure autour de l’axe), en tenant juste l’Heliokter avec ses mains (mais c’est peut-être plus dangereux et certainement plus fatiguant). En mettant ses pouce et index en anneau autour des deux branches d’un axe, on laisse donc au copter une liberté totale autour de cet axe et seulement autour de cet axe, sans modifier le bras de levier des moteurs.

Cette histoire de bras de levier devient très gênante puisque dès qu’on veut tester l’hlicoptere en vol à quelques centimètres au dessus du sol (ou de la table en l’occurence), et qu’un des pieds vient toucher le sol, le copter se bloque sans essayer de revenir à l’horizontal (enfin il essaye mais la table le bloque). Maintenant que j’y pense, il faudrait en fait poser son ventre sur un truc assez haut et assez fin pour ne pas que les pieds entravent son mouvement et lui laisser une plus grande liberté … Si le truc en question est un tuyau (genre PVC), on peut même faire passer la ficelle dedans, comme sur ce schéma :

Grâce à ça, on a pu régler jeudi de manière assez correcte l’asservissement en pitch et roll (tangage et roulis). Après une perturbation, il revient au bout de deux oscillations àa sa position stable. Nous avions aussi un problème d’erreur statique que nous n’arrivions pas à corriger avec notre coefficient intégral puisque l’intégrale était en fait remise à zéro periodiquement. Samuel nous a conseillé d’utiliser une intégrale bornée qui a le mérite de de ne pas diverger tout en jouant correctement son rôle d’intégrale. La mise à jour du calcul de l’intégrale (une ligne de code) a révélé une sorte de bug a priori inexplicable qui nous a necessité plusieurs heures. C’est soit un problème de pile, soit un problème d’initialisation (on a pu le corriger en mettant une fois l’intégrale à zéro quelques secondes après le reset) …

Et jeudi soir, on a essayé l’asservissement en lacet (yaw en anglais, cf. titre hilarant), sans grand succès pour le moment, l’hélico tourne sans jamais s’arreter bien que les coefficients intégral et dérivé soient nuls …

J-8 Heliokter l'indomptable

Mardi

Comme on a travaillé ensemble avec FX je ne détailles pas les parties déjà explicitées, mais mardi, après avoir réglé des problèmes d’orientation et de précédence dans les angles, nous avons commencé à asservir l’Heliokter en angle, ce n’est pas une partie de gâteau, pour avoir un protocole de test cohérent, nous avons avec FX tracé les courbes correspondant aux erreurs du PID, les commandes des moteurs et l’évolution des différents angles. Nous avions trouvé une façon de limiter les mouvements à un seul degré de liberté, mais la technique consistant à attacher une des pattes de l’engin s’est révélée inadaptée dans la mesure où cela introduit une dissymétrie dans les bras de levier des moteurs que l’on voulait asservir.

Mercredi

Idem on a travaillé ensemble avec FX, grâce à la modification du code nous permettant de régler les coefficients à la volée et la mise en place d’un nouveau protocole pour avoir un degré de liberté mais sans les problèmes de mardi, ( Heliokter scotché à une plaque de polystyrène posée sur un cylindre de bois sous le centre de gravité ), nous avons constaté que le réglage du double asservissement restait très délicat, de plus les mesures des gyros étaient inexploitable car variant trop vite. Donc sur les conseils d’Alexis nous avons fait deux choses :

  • Filtrer les gyros sur un centième de seconde, ( Un+1 = alpha * Un + (1-alpha)*gyro où alpha = tau/(dt+tau) avec dt temps entre deux échantillons de gyros ( 5 ms chez nous ) et tau 1/fréquence de coupure donc tau = 10 ms chez nous ) .
  • Schinter le deuxième asservissement pour les régler l’un après l’autre.

Dans la soirée nous ne réussissions plus à démarrer les moteurs, nous avons perdu un bout de temps pour nous rendre compte que lors d’un merge malheureux, une version vieille de l’i2c avait écrasé la version fonctionnelle ( et que la numérotation du versionnage par hg peut être trompeuse ). Après ça, peu de temps avant les derniers métro, nous avons eu un asservissement décent en roulis et tangage à la fois, prochaine étape : régler le lacet et l’altitude.

Heliokter bourdonne

J’ai passé la fin des vacances sur le filtre de Kalman, pour l’affiner/le corriger. Je me suis rendu compte avec la carte IMU que je ne prenais en fait pas en compte les gyroscopes et que je me basais seulement sur l’accéléromètre/magnétomètre (l’accéléromètre étant excentré par rapport au centre de rotation de la carte IMU, on s’en aperçoit mieux). Le modèle cinématique de mise à jour de létat en fonction des gyros était en fait légèrement erroné (une petite matrice par-ci …).

Bon bref j’ai réussi à regler tout ça et avoir des resultats corrects et sans lag.

Hier, on a commencé à intégrer tout le code et à contrôler les moteurs correctement avec l’I2C, mais je laisse les autres détailler, je n’etais pas là l’après-midi …

Et aujourd’hui, c’etait au tour de l’asservissement d’être integré dans le code et testé. Il a fallu évidemment faire face aux éternels problème d’orientation  (argh, la carte est à 45° par rapport à l’avant de l’Helico !) et d’angles, en passe d’être résolu ce soir.

Fernando et Miguel s’occupent d’un protocole de communcation par ZigBee ou Bluetooth (compatible avec celui de Mikrkopter) qui nous permettra de régler les coefficients du PID de manière dynamique (sans avoir à reflasher à chaque fois). Je leur laisse le soin de détailler.

Voilà une petite vidéo du rodéo actuel, avec un asservissement inexact et trop fort.

IrDA, paquets et … bugs !

Voici le bilan des derniers jours :

Dimanche : j’ai commencé les tests de rapidité de transferts des paquets pour la synchronisation des animations et j’avais commencé à retoucher les niveaux de couleurs que l’on affichait mais a priori ça ne servira à rien vu qu’on reprend le codage de l’affichage des couleurs…

Lundi : lundi j’ai changé la gestion des paquets pour permettre d’envoyer soit des DATA soit des commandes et ainsi éviter de surcharger les transmissions (on envoie 4 octets de données au lieu de 65 octets). Puis on l’a intégré au programme de Julie et on a commencé à tenter de débugger le tout. On s’est alors rendu compte du problème de gestion des LEDs qui entrait en conflit avec l’IrDA et provoquait des glitchs et possiblement des bus fault. Sam nous a donc expliqué qu’il fallait qu’on modifie les priorités des tâches et des interruptions. Malheureusement cela n’a pas suffit et Enzo s’est mis à recoder la gestion des LEDs pour utiliser le DMA.

Mardi : avec Julie on a tenté de débugger le programme de gestion de l’initialisation… pour se rendre compte que dijkstra posait problème à cause de la map de départ. On a aussi choisi de débugger par port série pour éviter d’utiliser les LEDs, a priori par port série tout fonctionne bien et on a un programme plus propre et plutôt efficace pour les 2 premières étapes. Avec Sam on a pu modifier le Makefile pour éviter de copier-coller nos fichiers tous les 2 jours et partager plus simplement nos bibliothèques.

Il nous reste encore à débugger la fin du programme et à trouver le problème des LEDs …

Améliorations pour le code de Wheely

Cette nuit, Alexis nous a communiqué le fruit de ses recherches sur le filtrage. Sa conclusion : Le filtre complémentaire que nous utilisions est très bon une fois qu’on lui soustrait le drift, mesuré à l’aide d’un filtre de Kalman tournant en parallèle.

Avec l’aide du code fourni par Alexis, j’ai intégré le Kalman et la soustraction du drift. Le code d’Alexis m’a par ailleurs inspiré sur pas mal de points, en terme de propreté, donc j’en ai profité pour faire une bonne petite refonte du code de Wheely, avec des variables plus claires, et une API pratique et compréhensible.

Cet après midi nous avons testé le code. Après que nous ayons corrigé quelques coquilles, nous obtenons sans l’asservissement sur X des résultats plutôt satisfaisant. Le robot tient assez bien sur place, à condition que le léger offset sur l’angle soit bien réglé à la main. Mais il est assez stable, autour de 0.6°, désormais codé en dur.

Difficile pour l’instant de bien contrôler les effets d’un asservissement sur X lorsque nous l’introduisons.

Wheely vidéo

Comme Arnaud l’a annoncé, voici donc un petit montage (rapide !) des premiers ‘pas’ de Wheely en équilibre.
Le lien de la vidéo se trouve également sur le site de Wheely.

1min30sec d’équilibre pour Wheely

Aujourd’hui deux évolutions ont été apportées au robot :

  • Kellya et Daniel ont amélioré le système de calibration. Désormais, l’accéléromètre est supposé juste et permet au démarrage la calibration du gyro. Ce système a l’avantage d’être robuste une fois que la carte est bien fixée horizontale sur le robot. Il nous reste à éventuellement ajuster un petit offset en dur dans le code.
  • J’ai réglé le PID et trouvé des coefficients très chouettes car on a réussi à le faire tenir en équilibre 1min30sec dans moins d’un mètre. Ensuite, il a trop dérivé et s’est retrouvé au bord de la table. Daniel va poster la vidéo très prochainement !!!

Sur ce, c’est reparti demain pour de folles aventures. What’s next ? Intégrer les données des encodeurs dans le PID de la carte propulsion pour contrôler la dérive suivant x.

Wheely apprend à tenir debout

Jeudi et Vendredi, nous avons travaillé avec l’aide d’Alexis à faire tenir le robot debout.

Jeudi, la journée a été consacrée à corriger et à améliorer le code des capteurs et des filtres dont on déduit l’angle d’inclinaison du robot. Désormais, l’angle renvoyé lorsque la carte est en translation est cohérent, bien qu’on puisse affiner un chouilla encore.

Vendredi, nous avons joué avec le PID. J’ai programmé une interface qui permet d’ajuster tous les paramètres du PID dynamiquement via bluetooth, et de récupérer toutes les données de fonctionnement du robot en temps réel. Ainsi, nous avons réussi à faire tenir le robot debout pendant une dizaine de secondes. Nous avons perdu beaucoup de temps avec Alexis sur un plantage du au fait qu’un char truc[3] importé dans un autre fichier se déclare en extern char truc[3] et non en extern char* truc. Mais désormais, c’est clair et corrigé.

What’s next ? Continuer à jouer avec le PID pour améliorer les coefficients, et éventuellement affiner la fréquence de coupure du filtre complémentaire.