src/Autopilot/newauto.hxx

   1 // newauto.hxx -- autopilot defines and prototypes (very alpha)
   2 //
   3 // Started April 1998  Copyright (C) 1998
   4 //
   5 // Contributions by Jeff Goeke-Smith <jgoeke@voyager.net>
   6 //                  Norman Vine <nhv@cape.com>
   7 //                  Curtis Olson <curt@flightgear.org>
   8 //
   9 // This program is free software; you can redistribute it and/or
  10 // modify it under the terms of the GNU General Public License as
  11 // published by the Free Software Foundation; either version 2 of the
  12 // License, or (at your option) any later version.
  13 //
  14 // This program is distributed in the hope that it will be useful, but
  15 // WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  16 // MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  17 // General Public License for more details.
  18 //
  19 // You should have received a copy of the GNU General Public License
  20 // along with this program; if not, write to the Free Software
  21 // Foundation, Inc., 675 Mass Ave, Cambridge, MA 02139, USA.
  22 //
  23 // $Id$
  24
  25
  26 #ifndef _NEWAUTO_HXX
  27 #define _NEWAUTO_HXX
  28
  29
  30 #include <simgear/props/props.hxx>
  31 #include <simgear/route/waypoint.hxx>
  32
  33 #include <Main/fgfs.hxx>
  34 #include <Main/fg_props.hxx>
  35
  36 // Structures
  37 class FGAutopilot : public FGSubsystem
  38 {
  39
  40 public:
  41
  42     enum fgAutoHeadingMode {
  43         FG_DG_HEADING_LOCK = 0,   // follow bug on directional gryo (vacuum)
  44         FG_TC_HEADING_LOCK = 1,   // keep turn coordinator zero'd
  45         FG_TRUE_HEADING_LOCK = 2, // lock to true heading (i.e. a perfect world)
  46         FG_HEADING_NAV1 = 3,      // follow nav1 radial
  47         FG_HEADING_NAV2 = 4,      // follow nav2 radial
  48         FG_HEADING_WAYPOINT = 5   // track next waypoint
  49     };
  50
  51     enum fgAutoAltitudeMode {
  52         FG_ALTITUDE_LOCK = 0,     // lock to a specific altitude (indicated)
  53         FG_ALTITUDE_TERRAIN = 1,  // try to maintain a specific AGL
  54         FG_ALTITUDE_GS1 = 2,      // follow glide slope 1
  55         FG_ALTITUDE_GS2 = 3,      // follow glide slope 2
  56         FG_ALTITUDE_ARM = 4,      // ascend to selected altitude
  57         FG_TRUE_ALTITUDE_LOCK = 5, // lock to a specific true altitude
  58                                    // (i.e. a perfect world)
  59         FG_VERT_SPEED = 6  // ascend or descend at selected fpm
  60     };
  61
  62 private:
  63
  64     bool heading_hold;          // the current state of the heading hold
  65     bool altitude_hold;         // the current state of the altitude hold
  66     bool auto_throttle;         // the current state of the auto throttle
  67
  68     fgAutoHeadingMode heading_mode;
  69     fgAutoAltitudeMode altitude_mode;
  70
  71     SGWayPoint waypoint;        // the waypoint the AP should steer to.
  72
  73     // double TargetLatitude;   // the latitude the AP should steer to.
  74     // double TargetLongitude;  // the longitude the AP should steer to.
  75     double TargetDistance;      // the distance to Target.
  76     double DGTargetHeading;     // the apparent DG heading to steer towards.
  77     double TargetHeading;       // the true heading the AP should steer to.
  78     double TargetAltitude;      // altitude to hold
  79     double TargetAGL;           // the terrain separation
  80
  81     double TargetVertSpeed;         // vertical speed to shoot for
  82
  83     double TargetSpeed;         // speed to shoot for
  84     double alt_error_accum;     // altitude error accumulator
  85     double climb_error_accum;   // climb error accumulator (for GS)
  86     double speed_error_accum;   // speed error accumulator
  87
  88     double previous_speed;  // used to detect acceleration rate
  89
  90     double TargetSlope;         // the glide slope hold value
  91
  92     double MaxRoll ;            // the max the plane can roll for the turn
  93     double RollOut;             // when the plane should roll out
  94                                 // measured from Heading
  95     double MaxAileron;          // how far to move the aleroin from center
  96     double RollOutSmooth;       // deg to use for smoothing Aileron Control
  97     double MaxElevator;         // the maximum elevator allowed
  98     double SlopeSmooth;         // smoothing angle for elevator
  99
 100     // following for testing disengagement of autopilot upon pilot
 101     // interaction with controls
 102     double old_aileron;
 103     double old_elevator;
 104     double old_elevator_trim;
 105     double old_rudder;
 106
 107     // manual controls override beyond this value
 108     double disengage_threshold;
 109
 110     // For future cross track error adjust
 111     double old_lat;
 112     double old_lon;
 113
 114     // keeping these locally to save work inside main loop
 115     char TargetLatitudeStr[64];
 116     char TargetLongitudeStr[64];
 117     char TargetLatLonStr[64];
 118     char TargetWP1Str[64];
 119     char TargetWP2Str[64];
 120     char TargetWP3Str[64];
 121     char TargetHeadingStr[64];
 122     char TargetAltitudeStr[64];
 123
 124     // property nodes
 125     SGPropertyNode *latitude_node;
 126     SGPropertyNode *longitude_node;
 127     SGPropertyNode *altitude_node;
 128     SGPropertyNode *altitude_agl_node;
 129     SGPropertyNode *vertical_speed_node;
 130     SGPropertyNode *heading_node;
 131     SGPropertyNode *indicated_heading_node;
 132     SGPropertyNode *roll_node;
 133     SGPropertyNode *pitch_node;
 134     SGPropertyNode *airspeed_node;
 135
 136     SGPropertyNode *min_climb;           // minimum climb speed
 137     SGPropertyNode *best_climb;          // best climb speed
 138     SGPropertyNode *elevator_adj_factor; // factor to optimize altitude hold adjustments
 139     SGPropertyNode *integral_contrib;    // amount of contribution of the integral
 140                                 // component of the pid
 141     SGPropertyNode *zero_pitch_throttle; // amount of throttle at which the aircraft does not pitch up
 142     SGPropertyNode *zero_pitch_trim_full_throttle; // amount of trim required to level at full throttle
 143     SGPropertyNode *max_aileron_node; // maximum aileron setting range -1 ~ 1
 144     SGPropertyNode *max_roll_node; // maximum roll setting in degrees
 145     SGPropertyNode *roll_out_node; // start rollout offset from desired heading in degrees
 146     SGPropertyNode *roll_out_smooth_node; // rollout smoothing offset in degrees
 147     SGPropertyNode *throttle_adj_factor; // factor to optimize autothrottle adjustments
 148     SGPropertyNode *throttle_integral;    // amount of contribution of the integral
 149                                 // component of the pid
 150     SGPropertyNode *speed_change_node;    // anticipated speed change
 151
 152     SGPropertyNode *TargetClimbRate;    // target climb rate
 153     SGPropertyNode *TargetDescentRate;  // target decent rate
 154     SGPropertyNode *current_throttle; // current throttle (engine 0)
 155     SGPropertyNode *terrain_follow_factor; // modifies the climb rate to
 156                         // permit more control when using terrain following mode
 157
 158 public:
 159
 160     // constructor
 161     FGAutopilot();
 162
 163     // destructor
 164     ~FGAutopilot();
 165
 166 \f
 167     ////////////////////////////////////////////////////////////////////
 168     // Implementation of FGSubsystem.
 169     ////////////////////////////////////////////////////////////////////
 170
 171     void init ();
 172     void bind ();
 173     void unbind ();
 174     void update (double dt);
 175
 176     // Reset the autopilot system
 177     void reset(void);
 178
 179     void AltitudeSet( double new_altitude );
 180     void AltitudeAdjust( double inc );
 181     void HeadingAdjust( double inc );
 182     void AutoThrottleAdjust( double inc );
 183
 184     void HeadingSet( double value );
 185
 186     inline bool get_HeadingEnabled() const { return heading_hold; }
 187     inline void set_HeadingEnabled( bool value ) { heading_hold = value; }
 188     inline fgAutoHeadingMode get_HeadingMode() const { return heading_mode; }
 189     void set_HeadingMode( fgAutoHeadingMode mode );
 190
 191     inline bool get_AltitudeEnabled() const { return altitude_hold; }
 192     inline void set_AltitudeEnabled( bool value ) { altitude_hold = value; }
 193     inline fgAutoAltitudeMode get_AltitudeMode() const { return altitude_mode;}
 194     void set_AltitudeMode( fgAutoAltitudeMode mode );
 195
 196     inline bool get_AutoThrottleEnabled() const { return auto_throttle; }
 197     void set_AutoThrottleEnabled( bool value );
 198
 199     /* inline void set_WayPoint( const double lon, const double lat,
 200                               const double alt, const string s ) {
 201         waypoint = SGWayPoint( lon, lat, alt, SGWayPoint::WGS84, "Current WP" );
 202     } */
 203     inline double get_TargetLatitude() const {
 204         return waypoint.get_target_lat();
 205     }
 206     inline double get_TargetLongitude() const {
 207         return waypoint.get_target_lon();
 208     }
 209     inline void set_old_lat( double val ) { old_lat = val; }
 210     inline void set_old_lon( double val ) { old_lon = val; }
 211     inline double get_TargetHeading() const { return TargetHeading; }
 212     inline void set_TargetHeading( double val ) { TargetHeading = val; }
 213     inline double get_DGTargetHeading() const { return DGTargetHeading; }
 214     inline void set_DGTargetHeading( double val ) { DGTargetHeading = val; }
 215     inline double get_TargetDistance() const { return TargetDistance; }
 216     inline void set_TargetDistance( double val ) { TargetDistance = val; }
 217     inline double get_TargetAltitude() const { return TargetAltitude; }
 218     inline void set_TargetAltitude( double val ) { TargetAltitude = val; }
 219     inline double get_TargetSpeed() const { return TargetSpeed; }
 220     inline void set_TargetSpeed( double val ) { TargetSpeed = val; }
 221     inline double get_TargetAGL() const { return TargetAGL; }
 222     inline void set_TargetAGL( double val ) { TargetAGL = val; }
 223     inline double get_TargetClimbRate() const {
 224         return TargetClimbRate->getFloatValue();
 225     }
 226     inline void set_TargetClimbRate( double val ) {
 227         fgSetFloat( "/autopilot/config/target-climb-rate-fpm",  val);
 228     }
 229
 230     inline char *get_TargetLatitudeStr() { return TargetLatitudeStr; }
 231     inline char *get_TargetLongitudeStr() { return TargetLongitudeStr; }
 232     inline char *get_TargetWP1Str() { return TargetWP1Str; }
 233     inline char *get_TargetWP2Str() { return TargetWP2Str; }
 234     inline char *get_TargetWP3Str() { return TargetWP3Str; }
 235     inline char *get_TargetHeadingStr() { return TargetHeadingStr; }
 236     inline char *get_TargetAltitudeStr() { return TargetAltitudeStr; }
 237     inline char *get_TargetLatLonStr() { return TargetLatLonStr; }
 238
 239     // utility functions
 240     void MakeTargetLatLonStr( double lat, double lon );
 241     void MakeTargetAltitudeStr( double altitude );
 242     void MakeTargetHeadingStr( double bearing );
 243     void MakeTargetWPStr( double distance );
 244     void update_old_control_values();
 245
 246     // accessors
 247     inline double get_MaxRoll() {
 248         return fgGetFloat( "/autopilot/config/max-roll-deg" );
 249     }
 250     inline double get_RollOut() {
 251         return fgGetFloat( "/autopilot/config/roll-out-deg" );
 252     }
 253     inline double get_MaxAileron() {
 254         return fgGetFloat( "/autopilot/config/max-aileron" );
 255     }
 256     inline double get_RollOutSmooth() {
 257         return fgGetFloat( "/autopilot/config/roll-out-smooth-deg" );
 258     }
 259     inline void set_MaxRoll( double val ) {
 260         fgSetFloat( "/autopilot/config/max-roll-deg", val );
 261     }
 262     inline void set_RollOut( double val ) {
 263         fgSetFloat( "/autopilot/config/roll-out-deg", val );
 264     }
 265     inline void set_MaxAileron( double val ) {
 266         fgSetFloat( "/autopilot/config/max-aileron", val );
 267     }
 268     inline void set_RollOutSmooth( double val ) {
 269         fgSetFloat( "/autopilot/config/roll-out-smooth-deg", val );
 270     }
 271
 272 private:
 273
 274     bool getAPAltitudeLock () const;
 275     void setAPAltitudeLock (bool lock);
 276     double getAPAltitude () const;
 277     void setAPAltitude (double altitude);
 278     bool getAPGSLock () const;
 279     void setAPGSLock (bool lock);
 280     bool getAPVertSpeedLock () const;
 281     void setAPVertSpeedLock (bool lock);
 282     bool getAPTerrainLock () const;
 283     void setAPTerrainLock (bool lock);
 284     double getAPClimb () const;
 285     void setAPClimb (double rate);
 286     bool getAPHeadingLock () const;
 287     void setAPHeadingLock (bool lock);
 288     double getAPHeadingBug () const;
 289     void setAPHeadingBug (double heading);
 290     const char * getAPwaypoint () const;
 291     void setAPwaypoint (const char * apt);
 292     bool getAPWingLeveler () const;
 293     void setAPWingLeveler (bool lock);
 294     bool getAPNAV1Lock () const;
 295     void setAPNAV1Lock (bool lock);
 296     bool getAPAutoThrottleLock () const;
 297     void setAPAutoThrottleLock (bool lock);
 298     double getAPAutoThrottle () const;
 299     void setAPAutoThrottle (double altitude);
 300     double getAPRudderControl () const;
 301     void setAPRudderControl (double value);
 302     double getAPElevatorControl () const;
 303     void setAPElevatorControl (double value);
 304     double getAPThrottleControl () const;
 305     void setAPThrottleControl (double value);
 306     double getAPVertSpeed () const;
 307     void setAPVertSpeed (double speed);
 308
 309 };
 310
 311
 312 #define DEFAULT_AP_HEADING_LOCK FGAutopilot::FG_DG_HEADING_LOCK
 313 #define DEFAULT_AP_ALTITUDE_LOCK FGAutopilot::FG_ALTITUDE_LOCK
 314 //#define DEFAULT_AP_HEADING_LOCK FGAutopilot::FG_TRUE_HEADING_LOCK
 315 //#define DEFAULT_AP_ALTITUDE_LOCK FGAutopilot::FG_TRUE_ALTITUDE_LOCK
 316
 317 /**
 318  * static functions for autopilot properties
 319  */
 320
 321 #endif // _NEWAUTO_HXX
 322