#include <stdio.h>
#include <stdint.h>
#include "libschsat.h"
#define LSS_OK 0 
#define LSS_ERROR 1 
#define LSS_BREAK 2
#include <math.h>

const float time_step = 100;		// Временной шаг работы алгоритма, мс
const int16_t mtr_max_speed = 3000; 	// Максимально допустимая скорость маховика, об/мин
const uint16_t mtr_num = 1;		// Номер маховика
const uint16_t hyr_num = 1;		// Номер ДУС
const uint16_t mag_num = 1;		// Номер магнитометра
int16_t confirm = 0;			//Переменная для функции motor_set_speed

float errora = 0;           	// Ошибка по углу
float Pa = 0;         		// Воздействие пропорционального звена
float Da = 0;         		// Воздействие дифференциального звена
float Ia = 0;         		// Воздействие интегрального звена
float Kpa = 20;			// Пропорциональный коэффициент ошибки по углу
float Kda = 0.1;           	// Дифференциальный коэффициент
float Kia = 1;            	// Интегральный коэффициент
float lastErrora = 0;       	// Прошлая ошибка по углу
float Integratora = 0;      	// Интеграл (сумма всех ошибок по углу)
float PID_alpha = 0;            // Величина управляющего воздействия
float Integrator_maxa = 10;  	// Ограничение максимального значения интеграла
float Integrator_mina = -10; 	// Ограничение минимального значения интеграла

float error = 0;          	// Ошибка по угловой скорости
float P = 0;         		// Воздействие пропорционального звена
float D = 0;         		// Воздействие дифференциального звена
float I = 0;         		// Воздействие интегрального звена
float Kp = 20;            	// Пропорциональный коэффициент
float Kd = 0.1;           	// Дифференциальный коэффициент
float Ki = 1;            	// Интегральный коэффициент
float lastError = 0;       	// Прошлая ошибка по угловой скорости
float Integrator = 0;      	// Интеграл (сумма всех ошибок по угловой скорости)
float PID_omega = 0;       	// Величина управляющего воздействия
float Integrator_max = 10;  	// Ограничение максимального значения интеграла
float Integrator_min = -10; 	// Ограничение минимального значения интеграла

int16_t mtr_new_speed;

int mag_calibrated(int16_t *magx, int16_t *magy, int16_t *magz ){
//Функция mag_calibrated вносит поправки в показания магнитометра с учетом калибровочных коэффициентов
	float magx_cal;
	magx_cal = 1.668867*(*magx + -38.326818) + -0.007649*(*magy + 20.442007) + 0.113348*(*magz + -69.659602);
	float magy_cal;
	magy_cal = -0.007649*(*magx + -38.326818) + 1.749597*(*magy + 20.442007) + 0.130999*(*magz + -69.659602);
	float magz_cal;
	magz_cal = 0.113348*(*magx + -38.326818) + 0.130999*(*magy + 20.442007) + 1.577785*(*magz + -69.659602);
	*magx = (int16_t) magx_cal;
	*magy = (int16_t) magy_cal;
	*magz = (int16_t) magz_cal;	
	return 0;
}

int motor_new_speed_PD(int mtr_speed, int alpha, int alpha_goal, int omega, int omega_goal){
 /* Функция для определения новой скорости маховика.
 mtr_speed - текущая угловая скорость маховика, об/мин
 omega - текущая угловая скорость спутника, град/с
 omega_goal - целевая угловая скорость спутника, град/с
 mtr_new_speed - требуемая угловая скорость маховика, об/мин*/
 	
	error = omega - omega_goal;           		// Вычисление ошибки
	P = Kp * error;                       		// Вычисление воздействия пропорционального звена
	D = Kd * (error - lastError) / time_step;	// Вычисление воздействия дифференциального звена
	lastError = error;                    		// Запоминаем ошибку
	Integrator = Integrator + error * time_step; 	// Накапливаем суммарную ошибку
	if (Integrator > Integrator_max){         	// Сатурация (Ограничиваем максимальное значение накапливаемой ошибки)
		Integrator = Integrator_max;
	}
	else if (Integrator < Integrator_min){
		Integrator = Integrator_min;
	}
	I = Integrator * Ki;             		// Вычисление воздействия интегрального звена
	PID_omega = P + I + D;     			// Вычисление суммарного управляющего воздействия
	
	errora = alpha - alpha_goal;           		// Вычисление ошибки
	Pa = Kpa * errora;                       	// Вычисление воздействия пропорционального звена
	Da = Kda * (errora - lastErrora) / time_step;	// Вычисление воздействия дифференциального звена
	lastErrora = errora;                    	// Запоминаем ошибку
	Integratora = Integratora + errora * time_step; // Накапливаем суммарную ошибку
	if (Integratora > Integrator_maxa){         	// Сатурация (Ограничиваем максимальное значение накапливаемой ошибки)
		Integratora = Integrator_maxa;
	}
	else if (Integratora < Integrator_mina){
		Integratora = Integrator_mina;
	}
	Ia = Integratora * Kia;             		// Вычисление воздействия интегрального звена
	PID_alpha = Pa + Ia + Da;     			// Вычисление суммарного управляющего воздействия	

	mtr_new_speed = (int16_t)(mtr_speed + PID_omega + PID_alpha);
	
	if (mtr_new_speed > mtr_max_speed){
		mtr_new_speed = mtr_max_speed;
	}
	else if (mtr_new_speed < -mtr_max_speed){
		mtr_new_speed = -mtr_max_speed;
	}
	printf("P=%f\t I=%f\t D=%f\t PID_omega=%f\t mtr_new_speed=%d\n", P,  I,  D, PID_omega, mtr_new_speed);   
	printf("Pa=%f\t Ia=%f\t Da=%f\t PID_alpha=%f\t", Pa, Ia, Da, PID_alpha); 
	return mtr_new_speed;
}

int angle_transformation(int alpha, int alpha_goal){
	if (alpha <= (alpha_goal - 180)){
		alpha = alpha + 360;
	}
	else if (alpha>(alpha_goal +180)){
		alpha = alpha - 360;
	}
	return alpha;
}

void initialize_all(void){
/*	Функция инициализации всех систем,
	включает все приборы,которые будут использоваться в основной программе.*/
	printf ("Enable motor №%d\n", mtr_num);
	motor_turn_on(mtr_num);
	Sleep(1);
	printf("Enable angular velocity sensor №%d\n", hyr_num); 
	hyro_turn_on(hyr_num); // Включаем ДУС
	Sleep(1);
	printf("Enable magnetometer %d\n", mag_num);
	magnetometer_turn_on(mag_num);
	Sleep(1);
}

int switch_off_all(){
//Функция отключает все приборы,которые будут использоваться в основной программе.
	printf("Finishing...\n");
	printf("Disable angular velocity sensor №%d\n", hyr_num);
	hyro_turn_off(hyr_num);
	printf("Disable magnetometer №%d\n", mag_num);
	magnetometer_turn_off(mag_num);
	motor_set_speed(mtr_num, 0, &confirm);
	Sleep (1);
	motor_turn_off(mtr_num);
	printf("Finish program\n");
	return 0;
}

int control(){
	//данные магнитометра
	int16_t mgx_cal=0;
	int16_t mgy_cal=0;
	int16_t mgz_cal=0;
	int16_t *magx_raw = &mgx_cal;
	int16_t *magy_raw = &mgy_cal;
	int16_t *magz_raw = &mgz_cal;
	//данные ДУС
	int16_t gx_raw;
	int16_t gy_raw;
	int16_t gz_raw;
	int16_t *hyrox_raw = &gx_raw;
	int16_t *hyroy_raw = &gy_raw;
	int16_t *hyroz_raw = &gz_raw;
	int16_t mtr_speed;
	int16_t omega = 0;
	int16_t omega_goal = 0;  // Целевая угловая скорость
	
	initialize_all();
	
	int mtr_state = 0;	// Инициализируем статус маховика
	int hyro_state = 0; 	// Инициализируем статус ДУС
	int mag_state = 0; 	// Инициализируем статус магнитометра
	int alpha_goal = 90;	// Целевой угол		
	double mag_alpha = 0;
	int i;
	for (i = 0; i < 120; i++){
		mag_state = magnetometer_request_raw(mag_num, magx_raw, magy_raw, magz_raw);
		hyro_state = hyro_request_raw(hyr_num,hyrox_raw,hyroy_raw,hyroz_raw); 
		gx_raw = *hyrox_raw; 
		gy_raw = *hyroy_raw; 
		gz_raw = *hyroz_raw; 
		mtr_state = motor_request_speed(mtr_num, &mtr_speed);
		if (!mag_state){
			mag_calibrated(magx_raw,magy_raw,magz_raw);
			/* *magy_raw = - *magy_raw; переходим из левой системы координат,
			которая изображена на магнитометре в правую, для того чтобы 
			положительное направление угла было против часовой стрелки*/
			mag_alpha = atan2(mgy_cal, mgx_cal)/M_PI*180;
			mag_alpha = angle_transformation(mag_alpha, alpha_goal);
			//printf("magx_cal = %d", mgx_cal);
			//printf(" magy_cal = %d", mgy_cal);
			//printf(" magz_cal = %d", mgz_cal);
			printf("mag_alpha = %f", mag_alpha);
		}
		else if (mag_state == 1){
			printf("Fail because of access error, check the connection\n");
		}
		else if (mag_state == 2){
			printf("Fail because of interface error, check your code\n");
		}
		
		if (!hyro_state){
			//float gx_degs = gx_raw * 0.00875;
			//float gy_degs = gy_raw * 0.00875;
			float gz_degs = gz_raw * 0.00875;
			/* если ДУС установлен осью z вверх, то угловая скорость
			// спутника совпадает с показаниями ДУС по оси z, иначе
			 необходимо изменить знак: omega = - gz_degs */
			omega = gz_degs;
			//printf("\ngx_degs = %f", gx_degs);
			//printf(" gy_degs = %f", gy_degs);
			printf(" gz_degs = %f\n", gz_degs);
		}
		else if (hyro_state == 1){
			printf("Fail because of access error, check the connection\n");
		}
		else if (hyro_state == 2){
			printf("Fail because of interface error, check your code\n");
		}
		
		//Обработка показаний маховика и установка требуемой угловой скорости.
		if (!mtr_state)	{
			// если код ошибки 0, т.е. ошибки нет
			int16_t mtr_speed=0;
			motor_request_speed(mtr_num, &mtr_speed);
			//printf("\nMotor_speed: %d\n", mtr_speed);	
			// установка новой скорости маховика
			mtr_new_speed = motor_new_speed_PD(mtr_speed, mag_alpha, alpha_goal, omega, omega_goal);
			motor_set_speed(mtr_num, mtr_new_speed, &confirm);
		}	
		mSleep(time_step);	
	}
	switch_off_all();
	return 0;
}