Все, что вы хотели знать об обратном маятнике

Реал-таймовый контроллер — это тот, который способен выполнять управляющую программу в режиме жесткого реального времени. Если Ардуино так может -то пожалуйста.

Но судя по программе от автора, где производится пересчет от предыдущего времени запуска, функция loop() вызывается не-периодически и вообще непонятно с каким интервалом, а следовательно такая система не соответствует требованиям реал-тайма, так как время отклика данной системы ничем не ограничено, а джиттер огромен.

Чтобы сделать ее реалтаймовой надо бы:

• функция loop должна вызываться по прерыванию таймера или с определенной частотой и гарантированно выполняться за время до следующего прерывания.
• период вызова должен быть выбран таким, чтобы удовлетворял критерию устойчивости и регулируемости системы (чем меньше, тем лучше, ограничение в производительности процессора и I/O)
• все функции, которые могут привести к не детерменируемому времени исполнения функции, должны быть убраны из этого кода (например printы)
• все второстепенные функции должны иметь меньший приоритет, чем вызов управляющей функции и не прерывать ее исполнение.
• Если функция loop не выполняется за указанное время, ватчдог должен сбрасывать контроллер и приводить систему в устойчивое состояние — это отказ.

Применив этот подход, вам будет:
а) легче писать и отлаживать программы для управления такими вещами, и они станут соответствовать моделям (так как модели обычно моделируются с фиксированным шагом симуляции, и у автора, вроде тоже)
б) в железе все начнет работать гораздо лучше, вы сможете повысить частоту работы контроллера, а следовательно сделать его более устойчивым, уменьшить время реакции.

Если парадигма программирования Arduino так не позволяет сделать — то вот вам и проблема.