Как я могу реализовать многопоточный ПИД-контроллер в Java?

Question

Я немного новичок в Java, так что еще не полностью понял концепцию многопоточности. Я хотел бы создать класс PIDController, который позволит мне сделать это:

ControllerMethods methods = new ControllerMethods()
                            {
                                public long getError(long setpoint)
                                {
                                    //get an input
                                }
                                public void setOutput(long value)
                                {
                                    //do something
                                }
                                public void isComplete(long setpoint)
                                {
                                    return getError() == 0;
                                }
                            };

PIDController motorPID = new PIDController(setpoint, kp, ki, kd, methods);

motorPID.run();
//runs the PID controller to completion (methods.isComplete() == true)

motorPID.run(false);
//starts the PID controller in a separate thread, allowing
//continual monitoring in the current thread

while(motorPID.isRunning())
{
    //do something else
    if(condition1)
        motorPID.pause();
        //pause the PID controller, preventing the integral from increasing
    else if(condition2)
        motorPID.stop();
}

Я разработал способ вычисления стандартных алгоритмов PID, но не могу понять, как обеспечить асинхронную функциональность.

Может кто-нибудь сказать мне, как я могу добиться аналогичного API?

Answer 1

Вы уже реализовали метод run() для PIDController, поэтому вам также следует реализовать интерфейс Runnable:

class PIDController implements Runnable {
    ....
}

Теперь вы можете запустить свой PIDController асинхронно, позвонив по номеру:

pidControllerThread = new Thread( pidController );
pidControllerThread.start();

Для синхронизации (при необходимости) вы должны взглянуть на солнце Руководство по параллелизму .

Answer 2

Безусловно, лучший механизм для прикрепления потоков к чему-либо - это отделение объекта, который выполняет работу, от объекта, который является потоком. Интерфейс Runnable может быть привлекательным, поскольку он позволяет людям передавать объект в конструктор Thread или Executor и запускать его. Однако, если у вас есть требования к управлению жизненным циклом для вашего объекта, которые выходят за рамки «запуска до завершения», например, приостановки, то в большинстве случаев вы найдете более подходящим управление потоком внутри вашего объекта, чтобы вы знали, какой поток работает (да, вы можете установить для объекта экземпляра Thread.currentThread () в записи для запуска, но ...).

Итак, я думаю, что у вас есть хорошее начало. Вам нужно добавить использование некоторой блокировки, чтобы помочь себе управлять pause () и другими средствами управления потоками.

    public class PIDController {
        private final Object myLock = new Object();
        private final ControllerMethods ctrl;
        private volatile Thread thread;
        private volatile Runner runner;
        private int pidInterval = 700;
        private final double setPoint, kp, ki, kd;

        public PIDController( double setPoint, double kp, double ki, double kd, ControllerMethods inst ) {
            this.ctrl = inst;
            this.setPoint = setPoint;
            this.kp = kp;
            this.ki = ki;
            this.kd = kd;
        }

        public void pause() {
            synchronized( myLock ) {
                if( runner.paused ) {
                    throw new IllegalOperationException(this+": already paused");
                }
                runner.paused = true;
            }
        }

        public void resume() {
            synchronized( myLock ) {
                if( !runner.paused ) {
                    throw new IllegalOperationException(this+": already resumed");
                }
                runner.paused = false;
            }
        }

        public bool isRunning() {
            return running;
        }

        public void start() {
            if( thread != null ) {
                throw new IllegalOperationException( this+": already running");
            }
            myThread = new Thread( runner = new Runner() );
            myThread.start();
        }

        public void stop() {
            if( runner == null ) {
                throw new IllegalOperationException( this+": PID is not running");
            }
            runner.running = false;
            if( runner.paused )
                resume();
            runner = null;
        }


        // It is important, anytime that you implement a stoppable Runnable, that
        // you include the "running" flag as a member of an innner instance class like
        // this so that when you ask this instance to stop, you can immediately restart
        // another instance and not have the two threads observing the same "running" flag
        private class Runner implements Runnable {
            volatile bool running = false, bool paused;
            public void run() {
                running = true;
                while( running ) {
                    // do this at the top of the loop so that a wake from
                    // pause will check running, before recomputing.
                    reComputePID();

                    // Use the double check idiom to 
                    if( paused ) {
                        synchronized( myLock ) {
                            while( paused ) {
                                myLock.wait();
                            }
                        }
                    }
                    Thread.sleep( pidInterval );
                }
            }
        }

        public void reComputePID() {
            ...
        }
    }