Primer16

Zagon dveh različnih kontrolnih algoritmov

Uporabniški vmesnik bomo dopolnili z možnostjo zagona različnih kontrolnih algoritmov na strani klienta. Dodali bomo gumba za zagon in zaustavitev P in PID kontrolnega algoritma. Tako želimo primerjati različne algoritme in njihovo učinkovitost.

Na strani klienta bomo dodali izpis statičnega sporočila v <div> s pomočjo funkcije innerHTML:

document.getElementById("divZaStatičniIzpis").innerHTML = "Status: " + sporočilo;

Izhodišče za primer16 je primer15.

V .js datoteki bomo dodali funkcijo pošljiStatičnoSporočiloPrekoVtičnika , ki bo omogočila izpis statičnih sporočil v <div> na strani klienta (iz prejšnjega primera imamo deklarirano funkcijo pošljiVrednostPrekoVtičnika):

var pošljiVrednostPrekoVtičnika = function(){}; // spr. za pošiljanje sporočil

var pošljiStatičnoSporočiloPrekoVtičnika = function() {}; // funkcija za pošiljanje statičnega sporočila

V nadaljevanju primer15 spremenimo v primer16

fs.readFile(__dirname + "/primer16.html"

Izpišemo dodatno sporočilo v statični <div>:

socket.emit("pošljiStatičnoSporočiloPrekoVtičnika", "Strežnik povezan, plošča pripravljena.")

Funkcija startKontrolniAlgoritem ima tokrat argument štKontrolnegaAlg, ki sicer lahko vsebuje tudi json strukturo; v našem primeru za faktorje, ki jih upoštevamo v algoritmih. Spremenljivka štKontrolnegaAlg pove, katerega od algoritmov želimo zagnati:

        socket.on("startKontrolniAlgoritem", function(štKontrolnegaAlg){

           startKontrolniAlgoritem(štKontrolnegaAlg);

});

Znotraj vtičnika ("socket") dodamo dve novi funkciji (tokrat z argumentom "value"):

    pošljiVrednostPrekoVtičnika = function (value) {

        io.sockets.emit("sporočiloKlientu", value);

    pošljiStatičnoSporočiloPrekoVtičnika = function (value) {

        io.sockets.emit("statičnoSporočiloKlientu", value);

Funkcija kontrolniAlgoritem ima prav tako v argumentu spremenljivko "parametri"; glede na spremenljivko štKontrolnegaAlg poženemo ustrezni algoritem:

function kontrolniAlgoritem (parametri) {

    if (parametri.štKontrolnegaAlg == 1) {

        pwm = parametri.faktor*(želenaVrednost-dejanskaVrednost);

        if (pwm > 255) {pwm = 255}; // omejimo vrednost pwm na 255

        if (pwm < -255) {pwm = -255}; // omejimo vrednost pwm na -255

        if (pwm > 0) {board.digitalWrite(2,0)}; // določimo smer če je > 0

        if (pwm < 0) {board.digitalWrite(2,1)}; // določimo smer če je < 0

        board.analogWrite(3, Math.abs(pwm)); // zapišemo abs vrednost na pin 3

        if (dejanskaVrednost < 150 || dejanskaVrednost > 910) {

            stopKontrolniAlgoritem();

    if (parametri.štKontrolnegaAlg == 2) {

        err = želenaVrednost - dejanskaVrednost; // odstopanje ali error

        errVsota += err; // vsota napak (kot integral)

        dErr = err - zadnjiErr; // razlika odstopanj

        pwm = parametri.Kp1*err + parametri.Ki1*errVsota + parametri.Kd1*dErr; // izraz za PID kontroler (iz enačbe)

        zadnjiErr = err; // shranimo vrednost za naslednji cikel za oceno odvoda

        if (pwm > 255) {pwm = 255}; // omejimo vrednost pwm na 255

        if (pwm < -255) {pwm = -255}; // omejimo vrednost pwm na -255

        if (pwm > 0) {board.digitalWrite(2,0)}; // določimo smer če je > 0

        if (pwm < 0) {board.digitalWrite(2,1)}; // določimo smer če je < 0

        board.analogWrite(3, Math.abs(pwm)); // zapišemo abs vrednost na pin 3

        if (dejanskaVrednost < 200 || dejanskaVrednost > 850) {

            stopKontrolniAlgoritem();

Vrstico s pwm v zgornjem zapisu kode spremenimo na naslednji način:

pwm = parametri.Kp1*err + parametri.Ki1*errVsota + parametri.Kd1*dErr; // izraz za PID kontroler (iz enačbe)

Funkcija startKontrolniAlgoritem ima prav tako parametre v argumentu:

function startKontrolniAlgoritem (parametri) {

    if (kontrolniAlgoritemVključen == 0) {

        kontrolniAlgoritemVključen = 1;

        intervalCtrl = setInterval(function(){kontrolniAlgoritem(parametri);}, 30); // kličemo alg. na 30ms

        console.log("Vključen kontrolni algoritem št. " + parametri.štKontrolnegaAlg)

        pošljiStatičnoSporočiloPrekoVtičnika("Kontrolni algoritem št. " + parametri.štKontrolnegaAlg + " zagnan | " + json2txt(parametri));

V funkciji setInterval dodamo log in pošiljanje statičnega sporočila:

intervalCtrl = setInterval(function(){kontrolniAlgoritem(parametri);}, 30); // kličemo alg. na 30ms

console.log("Vključen kontrolni algoritem št. " + parametri.štKontrolnegaAlg)

pošljiStatičnoSporočiloPrekoVtičnika("Kontrolni algoritem št. " + parametri.štKontrolnegaAlg + " zagnan | " + json2txt(parametri));

V funkciji stopKontrolniAlgoritem dodamo izpis obvestila, ki se prenese na stran klienta:

 console.log("Kontrolni algoritem zaustavljen.");

pošljiStatičnoSporočiloPrekoVtičnika("Kontrolni algoritem zaustavljen.")

Dodamo funkcijo za izpis vsebine json strukture v berljivi obliki:

function json2txt(obj) // funkcija za izpis json imen in vrednosti

  var txt = '';

  var recurse = function(_obj) {

    if ('object' != typeof(_obj)) {

      txt += ' = ' + _obj + '\n';

    else {

      for (var key in _obj) {

        if (_obj.hasOwnProperty(key)) {

          txt += '.' + key;

          recurse(_obj[key]);

};

  recurse(obj);

  return txt;

V .html datoteki moramo dodati vnosna polja ter ustrezne funkcije:

faktor: <input id="faktor" value="0.5" size="5" />

<button id="startKontrolniAlgoritem1" onClick="startKontrolniAlgoritem1();">Start Ctrl Alg</button>

<button id="stopKontrolniAlgoritem" onClick="stopKontrolniAlgoritem();">Stop Ctrl Alg</button>

<p></p>

Kp: <input id="Kp1" value="0.5" size = "5" />

Ki: <input id="Ki1" value="0.0055" size = "5" />

Kd: <input id="Kd1" value="0.25" size = "5" />

<button id="startKontrolniAlgoritem2" onClick="startKontrolniAlgoritem2();">Start Ctrl Alg2</button>

<button id="stopKontrolniAlgoritem" onClick="stopKontrolniAlgoritem();">Stop Kontrolni Alg</button>

Deklariramo funkcijo, ki bo poslušala na vtičniku:

socket.on("statičnoSporočiloKlientu", function(sporočilo){

   document.getElementById("divZaStatičniIzpis").innerHTML = "Status: " + sporočilo;

});

Funkcija mora imeti na koncu dodano št. 1 oz. št. 2(startKontrolniAlgoritem1 in startKontrolniAlgoritem2):

function startKontrolniAlgoritem1() {

    stopKontrolniAlgoritem(); // za vsak primer algoritem najprej zaustavimo

    faktor = document.getElementById("faktor").value; // beremo vrednost faktorja iz vnosnega polja

    socket.emit("startKontrolniAlgoritem", {"štKontrolnegaAlg": 1, "faktor": faktor}); /// beremo vrednost iz vnosnega polja

function startKontrolniAlgoritem2() {

    stopKontrolniAlgoritem(); // za vsak primer algoritem najprej zaustavimo

    Kp1 = document.getElementById("Kp1").value; // beremo vrednost iz vnosnega polja

    Ki1 = document.getElementById("Ki1").value; // beremo vrednost iz vnosnega polja

    Kd1 = document.getElementById("Kd1").value; // beremo vrednost iz vnosnega polja

    socket.emit("startKontrolniAlgoritem", {"štKontrolnegaAlg": 2, "Kp1": Kp1, "Ki1": Ki1, "Kd1": Kd1}); // pošljemo json z vrednostmi na strežnik

Uporabniški vmesnik je prikazan na naslednji sliki. Izbiramo lahko med P in PID algoritmom in podamo ustrezne parametre:

primer16.js

var http = require("http").createServer(handler); // ob zahtevi req -> handler

var firmata = require("firmata");

var fs = require("fs"); // knjižnjica za delo z datotekami (File System fs)

var io = require("socket.io").listen(http); // knjiž. za komunik. prek socket-a

console.log("Priklop Arduina");

var board = new firmata.Board("/dev/ttyACM0", function(){

    console.log("Aktiviramo analogni pin 0");

    board.pinMode(0, board.MODES.ANALOG);

    console.log("Aktiviramo analogni pin 1");

    board.pinMode(1, board.MODES.ANALOG);

    console.log("Aktiviramo pin 2");

    board.pinMode(2, board.MODES.OUTPUT); // pin za smer na H-mostu

    console.log("Aktiviramo pin 3");

    board.pinMode(3, board.MODES.PWM); // Pulse Width Modulation - hitrost

    console.log("Aktiviramo pin 8");

    board.pinMode(8, board.MODES.INPUT); // pin za HW gumb

});

function handler(req, res) {

    fs.readFile(__dirname + "/primer16.html",

    function(err, data) {

        if (err) {

            res.writeHead(500, {"Content-Type": "text/plain"});

            return res.end("Napaka pri nalaganju html strani!");

        res.writeHead(200);

        res.end(data);

});

http.listen(8080); // strežnik bo poslušal na vratih 8080

var želenaVrednost = 0; // želeno vrednost postavimo na 0

var dejanskaVrednost = 0; // dejansko vrednost postavimo na 0

var faktor =0.4; // faktor, ki določa hitrost doseganja želenega stanja

var pwm = 0;

// Spremenljivke PID algoritma

var Kp = 0.8; // proporcionalni faktor

var Ki = 0.008; // integralni faktor

var Kd = 0.15; // diferencialni faktor

var err = 0; // error

var errVsota = 0; // vsota napak

var dErr = 0; // diferenca napak

var zadnjiErr = 0; // da obdržimo vrednost prejšnje napake

var kontrolniAlgoritemVključen = 0; // spremenljivka, ki določa ali je ctrl. alg. vključen

var intervalCtrl; // spremenljivka za setInterval v globalnem prostoru

console.log("Zagon sistema"); // izpis sporočila o zagonu

var pošljiVrednostPrekoVtičnika = function(){}; // spr. za pošiljanje sporočil

var pošljiStatičnoSporočiloPrekoVtičnika = function() {}; // funkcija za pošiljanje statičnega sporočila

board.on("ready", function(){

    console.log("Plošča pripravljena");

    board.analogRead(0, function(value){

        želenaVrednost = value; // neprekinjeno branje pina A0

});

    board.analogRead(1, function(value){

        dejanskaVrednost = value; // neprekinjeno branje pina A1

});

    //startKontrolniAlgoritem(); // poženemo kontrolni algoritem

    io.sockets.on("connection", function(socket){

        socket.emit("pošljiStatičnoSporočiloPrekoVtičnika", "Strežnik povezan, plošča pripravljena.")

        setInterval(pošljiVrednosti, 40, socket); // na 40ms pošlj. vred.

        socket.on("startKontrolniAlgoritem", function(štKontrolnegaAlg){

           startKontrolniAlgoritem(štKontrolnegaAlg);

});

        socket.on("stopKontrolniAlgoritem", function(){

           stopKontrolniAlgoritem();

});

    pošljiVrednostPrekoVtičnika = function (value) {

        io.sockets.emit("sporočiloKlientu", value);

    pošljiStatičnoSporočiloPrekoVtičnika = function (value) {

        io.sockets.emit("statičnoSporočiloKlientu", value);

    }); // konec socket.on("connection")

}); // konec board.on("ready")

function kontrolniAlgoritem (parametri) {

    if (parametri.štKontrolnegaAlg == 1) {

        pwm = parametri.faktor*(želenaVrednost-dejanskaVrednost);

        if (pwm > 255) {pwm = 255}; // omejimo vrednost pwm na 255

        if (pwm < -255) {pwm = -255}; // omejimo vrednost pwm na -255

        if (pwm > 0) {board.digitalWrite(2,0)}; // določimo smer če je > 0

        if (pwm < 0) {board.digitalWrite(2,1)}; // določimo smer če je < 0

        board.analogWrite(3, Math.abs(pwm)); // zapišemo abs vrednost na pin 3

        if (dejanskaVrednost < 150 || dejanskaVrednost > 910) {

            stopKontrolniAlgoritem();

    if (parametri.štKontrolnegaAlg == 2) {

        err = želenaVrednost - dejanskaVrednost; // odstopanje ali error

        errVsota += err; // vsota napak (kot integral)

        dErr = err - zadnjiErr; // razlika odstopanj

        pwm = parametri.Kp1*err + parametri.Ki1*errVsota + parametri.Kd1*dErr; // izraz za PID kontroler (iz enačbe)

        zadnjiErr = err; // shranimo vrednost za naslednji cikel za oceno odvoda

        if (pwm > 255) {pwm = 255}; // omejimo vrednost pwm na 255

        if (pwm < -255) {pwm = -255}; // omejimo vrednost pwm na -255

        if (pwm > 0) {board.digitalWrite(2,0)}; // določimo smer če je > 0

        if (pwm < 0) {board.digitalWrite(2,1)}; // določimo smer če je < 0

        board.analogWrite(3, Math.abs(pwm)); // zapišemo abs vrednost na pin 3

        if (dejanskaVrednost < 200 || dejanskaVrednost > 850) {

            stopKontrolniAlgoritem();

function startKontrolniAlgoritem (parametri) {

    if (kontrolniAlgoritemVključen == 0) {

        kontrolniAlgoritemVključen = 1;

        intervalCtrl = setInterval(function(){kontrolniAlgoritem(parametri);}, 30); // kličemo alg. na 30ms

        console.log("Vključen kontrolni algoritem št. " + parametri.štKontrolnegaAlg)

        pošljiStatičnoSporočiloPrekoVtičnika("Kontrolni algoritem št. " + parametri.štKontrolnegaAlg + " zagnan | " + json2txt(parametri));

function stopKontrolniAlgoritem () {

    clearInterval(intervalCtrl); // brišemo interval klica kontrolnega algoritma

    board.analogWrite(3, 0);

    kontrolniAlgoritemVključen = 0;

    console.log("Kontrolni algoritem zaustavljen.");

    pošljiStatičnoSporočiloPrekoVtičnika("Kontrolni algoritem zaustavljen.");

};

function pošljiVrednosti(socket) {

    socket.emit("klientBeriVrednosti",

        "želenaVrednost": želenaVrednost,

        "dejanskaVrednost": dejanskaVrednost,

        "pwm": pwm

});

};

function json2txt(obj) // funkcija za izpis json imen in vrednosti

  var txt = '';

  var recurse = function(_obj) {

    if ('object' != typeof(_obj)) {

      txt += ' = ' + _obj + '\n';

    else {

      for (var key in _obj) {

        if (_obj.hasOwnProperty(key)) {

          txt += '.' + key;

          recurse(_obj[key]);

};

  recurse(obj);

  return txt;

primer16.html

<!DOCTYPE html>

<meta charset = utf8>

<html>

<head>

    <title>Kontrolni sistem</title>

</head>

<body onload="load()">

Kontrolni sistem P / PID

<br>

<canvas id="cv" width = "200" height = "100" style="border: 1px dashed #00c3c3;"></canvas>

<p></p>

faktor: <input id="faktor" value="0.5" size="5" />

<button id="startKontrolniAlgoritem1" onClick="startKontrolniAlgoritem1();">Start Ctrl Alg</button>

<button id="stopKontrolniAlgoritem" onClick="stopKontrolniAlgoritem();">Stop Ctrl Alg</button>

<p></p>

Kp: <input id="Kp1" value="0.5" size = "5" />

Ki: <input id="Ki1" value="0.0055" size = "5" />

Kd: <input id="Kd1" value="0.25" size = "5" />

<button id="startKontrolniAlgoritem2" onClick="startKontrolniAlgoritem2();">Start Ctrl Alg2</button>

<button id="stopKontrolniAlgoritem" onClick="stopKontrolniAlgoritem();">Stop Kontrolni Alg</button>

<p></p>

<div id="divZaStatičniIzpis">Status: ×</div>

<p></p>

<div id="divZaIzpis"></div>

<script type="text/javascript" src="/socket.io/socket.io.js"></script>

<script type="text/javascript">

var x1 = new Array(); // polje za spremenljivko x1

var y1 = new Array(); // polje za spremenljivko y1

var x2 = new Array(); // polje za spremenljivko x2

var y2 = new Array(); // polje za spremenljivko y2

var canvas;

var ctx;

var potVrednost1; // vrednost prvega potenciometra

var potVrednost2; // vrednost drugega potenciometra

var divZaIzpis = document.getElementById("divZaIzpis"); // var za div el.

var štVrsticPredPomikom = 10;

var števecIzpisanihVrstic = 0;

var socket = io.connect("192.168.1.136:8080"); // povezava na strež.

function load() {

    canvas = document.getElementById("cv");

    ctx = canvas.getContext("2d");

    // izrišemo prvo časovno vrsto za želene vrednosti

    ctx.lineWidth = "1";

    ctx.strokeStyle = "#ff0000";

    for (var i = 0; i<200; i++) {

        x1[i] = i; // x1 gre od 0, 1, ... 199

        y1[i] = 0; // za y podamo vrednost 0

    ctx.beginPath(); // za začetek izrisa črte

    for (var i=0; i<200; i++) {

        ctx.lineTo(x1[i],y1[i]);

    ctx.stroke();

    // izrišemo drugo časovno vrsto za dejanske vrednosti

    ctx.lineWidth = "1";

    ctx.strokeStyle = "#00ff00";

    for (var i = 0; i<200; i++) {

        x2[i] = i; // x2 gre od 0, 1, ... 199

        y2[i] = 0; // za y podamo vrednost 0

    ctx.beginPath(); // za začetek izrisa črte

    for (var i=0; i<200; i++) {

        ctx.lineTo(x2[i],y2[i]);

    ctx.stroke();

socket.on("klientBeriVrednosti", function(value){

    potVrednost1 = value.želenaVrednost; // žel. vr. iz strežnika

    potVrednost2 = value.dejanskaVrednost; // dej. vr. iz strežnika

    // Graf izris **********************************************************

    ctx.clearRect(0, 0, canvas.width, canvas.height); // brišemo platno

    // izris prve črte

    ctx.strokeStyle = "#ff0000";

    ctx.beginPath(); // za začetek izrisa črte

    y1.splice(0, 1); // na mestu 0 v polju y1 brišemo eno vrednost

    y1[199] = potVrednost1; // novo vrednst pa dodamo na koncu polja

    for (var i=0; i<200; i++) {

        ctx.lineTo(x1[i], (100 - (y1[i] / 1023) * 100)); // izris vrednosti

    ctx.stroke(); // za izris črte

    // izris druge črte

    ctx.strokeStyle = "#00ff00";

    ctx.beginPath(); // za začetek izrisa črte

    y2.splice(0, 1); // na mestu 0 v polju y2 brišemo eno vrednost

    y2[199] = potVrednost2; // novo vrednst pa dodamo na koncu polja

    for (var i=0; i<200; i++) {

        ctx.lineTo(x2[i], (100 - (y2[i] / 1023) * 100)); // izris vrednosti

    ctx.stroke(); // za izris črte

    // Graf izris **********************************************************

        // izris legende

    ctx.strokeStyle = "#ff0000";

    ctx.font = "11px Arial";

    ctx.fillText("Želena", 70, 10);

    ctx.beginPath();

    ctx.lineTo(50,6);

    ctx.lineTo(65,6);

    ctx.stroke();

    ctx.strokeStyle = "#00ff00";

    ctx.font = "11px Arial";

    ctx.fillText("Dejanska", 140, 10);

    ctx.beginPath();

    ctx.lineTo(120,6);

    ctx.lineTo(135,6);

    ctx.stroke();

    log(value.želenaVrednost + "|" + value.dejanskaVrednost + "|" + (value.želenaVrednost-value.dejanskaVrednost) + "|" + (value.pwm).toFixed(0));

});

socket.on("statičnoSporočiloKlientu", function(sporočilo){

   document.getElementById("divZaStatičniIzpis").innerHTML = "Status: " + sporočilo;

});

function startKontrolniAlgoritem1() {

    stopKontrolniAlgoritem(); // za vsak primer algoritem najprej zaustavimo

    faktor = document.getElementById("faktor").value; // beremo vrednost faktorja iz vnosnega polja

    socket.emit("startKontrolniAlgoritem", {"štKontrolnegaAlg": 1, "faktor": faktor}); /// beremo vrednost iz vnosnega polja

function startKontrolniAlgoritem2() {

    stopKontrolniAlgoritem(); // za vsak primer algoritem najprej zaustavimo

    Kp1 = document.getElementById("Kp1").value; // beremo vrednost iz vnosnega polja

    Ki1 = document.getElementById("Ki1").value; // beremo vrednost iz vnosnega polja

    Kd1 = document.getElementById("Kd1").value; // beremo vrednost iz vnosnega polja

    socket.emit("startKontrolniAlgoritem", {"štKontrolnegaAlg": 2, "Kp1": Kp1, "Ki1": Ki1, "Kd1": Kd1}); // pošljemo json z vrednostmi na strežnik

function stopKontrolniAlgoritem() {

    socket.emit("stopKontrolniAlgoritem");

function log(sporočilo) {

    var node=document.createElement("tr"); // ustvarimo spremenljivko kot vrstico v tabeli "table row" (tr)

    var textnode=document.createTextNode(števecIzpisanihVrstic + " | " + sporočilo); // ustvarimo element z besedilom in dodamo števec

    node.appendChild(textnode); // dodamo besedilo k "node", t.j. k "table row"

    divZaIzpis.insertBefore(node, divZaIzpis.childNodes[0]); // vstavimo v spremenljivko "node"

    if (števecIzpisanihVrstic > štVrsticPredPomikom-1) { // če je vrstic več, kot je določeno -> pričnemo s pomikom ("scroll")

        divZaIzpis.removeChild(divZaIzpis.childNodes[štVrsticPredPomikom]); // odstranimo najstarejši izpis

    števecIzpisanihVrstic++; // povečamo števec izpisov

</script>

</body>

</html>

Google Sites

Report abuse