【PyFMI】最小構成のMBD事例 第2章 その126【リアルタイム描画⑳】

バックナンバーはこちら。
https://www.simulationroom999.com/blog/model-based-of-minimum-2-backnumber/

はじめに
登場人物
現状のソースコードはどうなってる？
動作確認用コード
コード修正が必要？
まとめ

はじめに

前回、とりあえずtkinter上でリアルタイム制御をしていたところ。
おおよそOKだが、ソースコード周りがちょっとヤッツケな感じが出ている。

まぁちょっとグローバル変数が多い・・・。
(クラス化した方が良いかもしれん)

登場人物

博識フクロウのフクさん

イラストACにて公開の「kino_k」さんのイラストを使用しています。
https://www.ac-illust.com/main/profile.php?id=iKciwKA9&area=1

エンジニア歴8年の太郎くん

イラストACにて公開の「しのみ」さんのイラストを使用しています。
https://www.ac-illust.com/main/profile.php?id=uCKphAW2&area=1

現状のソースコードはどうなってる？

太郎くん

で、前回の課題のソースコード側はどんな感じになったのかな？
ヤッツケ感が強いとか言ってたけど？

フクさん

現状はこうなってる。

動作確認用コード

import tkinter
import matplotlib.pyplot as plt
from matplotlib.backends.backend_tkagg import FigureCanvasTkAgg, NavigationToolbar2Tk
import time
import numpy as np
from pyfmi import load_fmu, FMUModelCS2, Master
from pyfmi.tests.test_util import Dummy_FMUModelCS2
import collections

root = tkinter.Tk()
root.title("DC Motor Control")

w = root.winfo_screenwidth()
h = root.winfo_screenheight()

root.geometry(str(int(w/2))+"x"+str(int(h/2))+"+"+str(int(w/2))+"+0")


model_sub1 = FMUModelCS2( "PID.fmu", "", _connect_dll=True)
model_sub2 = FMUModelCS2( "Motor.fmu", "", _connect_dll=True)
model_dummy = Dummy_FMUModelCS2([], "Dummy.fmu", "", _connect_dll=False)

model_dummy.values[model_dummy.get_variable_valueref("y")] = 0

def do_dummy( current_t, step_size, new_step=True):
    model_dummy.values[model_dummy.get_variable_valueref("y")] = _y
    model_dummy.completed_integrator_step()
    return 0

_y = 0

model_dummy.do_step = do_dummy

models = [model_sub1, model_sub2, model_dummy]
connections = [(model_dummy,"y", model_sub1,"target" ),
    (model_sub1,"y",model_sub2,"voltage"),
    (model_sub2,"speed",model_sub1,"u")]

master = Master(models, connections)

step_size = 0.001
queue_max = int(8.5/step_size)    # 8.5秒分のqueueを用意

# define queues
deque_voltage = collections.deque(maxlen=queue_max)
deque_current = collections.deque(maxlen=queue_max)
deque_speed = collections.deque(maxlen=queue_max)
deque_loadTorqueStep_tau = collections.deque(maxlen=queue_max)
deque_target = collections.deque(maxlen=queue_max)
deque_time = collections.deque(maxlen=queue_max)
deque_cpuload = collections.deque(maxlen=queue_max)

fig = plt.figure()
fig.set_size_inches(8.4, 4.5)
ax = plt.subplot(1,1,1)
ax.set_xlabel('Time')
ax.set_ylabel('Value')

# define plots
ax.plot([], [], label="target[rad/s]", color='Magenta',linewidth=3)
ax.plot([], [], label="voltage[V]", color='Red')
ax.plot([], [], label="speed[rad/s]", color='Blue',linewidth=0.9)
ax.plot([], [], label="loadTorqueStep.tau[N m]", color='Cyan')
ax.plot([], [], label="current[A]", color='Green',linestyle='--',linewidth=0.8)
ax.plot([], [], label="cpu_load[ms]", color='Black',linestyle='--',linewidth=1)

ax.legend(bbox_to_anchor=(1, 1), borderaxespad=0, fontsize=10)
ax.grid(which='both')

canvas = FigureCanvasTkAgg(fig, root)
canvas.get_tk_widget().pack(side = tkinter.RIGHT)

toolbar=NavigationToolbar2Tk(canvas, root)
toolbar.place(x=0, y=h/2-40)

scalbln = tkinter.BooleanVar()
scalbln.set(True)
chk = tkinter.Checkbutton(root, variable=scalbln, text="Enable Scale bar")
chk.place(x=0, y=10)

cpuloadbln = tkinter.BooleanVar()
cpuloadbln.set(False)
chk = tkinter.Checkbutton(root, variable=cpuloadbln, text="Enable Cpu Load")
chk.place(x=0, y=30)

pausebln = tkinter.BooleanVar()
pausebln.set(False)
chk = tkinter.Checkbutton(root, variable=pausebln, text="pause")
chk.place(x=0, y=50)

sinbln = tkinter.BooleanVar()
sinbln.set(False)
chk = tkinter.Checkbutton(root, variable=sinbln, text="sin wave")
chk.place(x=0, y=70)

sawtoothbln = tkinter.BooleanVar()
sawtoothbln.set(False)
chk = tkinter.Checkbutton(root, variable=sawtoothbln, text="Sawtooth wave")
chk.place(x=0, y=90)

def change(value):
    global _y
    if scalbln.get():
        _y = float(value)

scale = tkinter.Scale(
    root,
    label = "target Speed",
    orient=tkinter.VERTICAL,
    command=change,
    length = 300,
    from_ = 100,
    to = 0
    )
scale.pack(side = tkinter.LEFT)

# define timers
start_tick = time.perf_counter()
opts = master.simulate_options()
opts["step_size"] = step_size
opts["initialize"] = 1
currenttime = 0

def FMU_handler():
    global start_tick
    global currenttime
    current_tick = time.perf_counter()
    delta_tick = current_tick - start_tick;
    start_tick = current_tick
    delta_simulate = delta_tick
    
    res = master.simulate(start_time=currenttime, final_time=currenttime+delta_simulate-step_size/100, options=opts)
    opts["initialize"] = 0
    
    currenttime = currenttime + delta_simulate

    deque_voltage.extend(res[model_sub2]['voltage'])
    deque_current.extend(res[model_sub2]['current'])
    deque_speed.extend(res[model_sub2]['speed'])
    deque_loadTorqueStep_tau.extend(res[model_sub2]['loadTorqueStep.tau'])
    deque_target.extend(res[model_sub1]['target'])
    deque_time.extend(res[model_sub2]['time'])
    deque_cpuload.extend(np.ones(len(res[model_sub2]['time']))*delta_simulate*1000)

    root.after(1, FMU_handler)

def plot_handler():
        if pausebln.get() == False:
            ax.lines[0].set_data( np.array(deque_time), np.array(deque_target) )
            ax.lines[1].set_data( np.array(deque_time), np.array(deque_voltage) )
            ax.lines[2].set_data( np.array(deque_time), np.array(deque_speed) )
            ax.lines[3].set_data( np.array(deque_time), np.array(deque_loadTorqueStep_tau) )
            ax.lines[4].set_data( np.array(deque_time), np.array(deque_current) )
            if cpuloadbln.get():
                ax.lines[5].set_data( np.array(deque_time), np.array(deque_cpuload) )
            ax.relim()                  # recompute the data limits
            ax.autoscale_view()         # automatic axis scaling
            ax.set_ylim(-70,200)
            ax.set_xlim(deque_time[-1]-8,deque_time[-1])
            canvas.draw()
        
        root.after(200, plot_handler)

FMU_handler()
plot_handler()

root.mainloop()