src/FDM/JSBSim/FGFCS.h

   1 /*%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
   2
   3  Header:       FGGFCS.h
   4  Author:       Jon S. Berndt
   5  Date started: 12/12/98
   6
   7  ------------- Copyright (C) 1999  Jon S. Berndt (jsb@hal-pc.org) -------------
   8
   9  This program is free software; you can redistribute it and/or modify it under
  10  the terms of the GNU General Public License as published by the Free Software
  11  Foundation; either version 2 of the License, or (at your option) any later
  12  version.
  13
  14  This program is distributed in the hope that it will be useful, but WITHOUT
  15  ANY WARRANTY; without even the implied warranty of MERCHANTABILITY or FITNESS
  16  FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU General Public License for more
  17  details.
  18
  19  You should have received a copy of the GNU General Public License along with
  20  this program; if not, write to the Free Software Foundation, Inc., 59 Temple
  21  Place - Suite 330, Boston, MA  02111-1307, USA.
  22
  23  Further information about the GNU General Public License can also be found on
  24  the world wide web at http://www.gnu.org.
  25
  26 HISTORY
  27 --------------------------------------------------------------------------------
  28 12/12/98   JSB   Created
  29
  30 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
  31 SENTRY
  32 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%*/
  33
  34 #ifndef FGFCS_H
  35 #define FGFCS_H
  36
  37 /*%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
  38 INCLUDES
  39 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%*/
  40
  41 #ifdef FGFS
  42 #  include <simgear/compiler.h>
  43 #  ifdef FG_HAVE_STD_INCLUDES
  44 #    include <vector>
  45 #  else
  46 #    include <vector.h>
  47 #  endif
  48 #else
  49 #  include <vector>
  50 #endif
  51
  52 #include <string>
  53 #include "filtersjb/FGFCSComponent.h"
  54 #include "FGModel.h"
  55 #include "FGLGear.h"
  56 #include "FGConfigFile.h"
  57
  58 /*%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
  59 DEFINITIONS
  60 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%*/
  61
  62 #define ID_FCS "$Id$"
  63
  64 /*%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
  65 FORWARD DECLARATIONS
  66 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%*/
  67
  68 /*%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
  69 COMMENTS, REFERENCES, and NOTES [use "class documentation" below for API docs]
  70 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%*/
  71
  72 /*%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
  73 CLASS DOCUMENTATION
  74 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%*/
  75
  76 /** Encapsulates the Flight Control System (FCS) functionality.
  77     <ul><li>\URL[Source Code]{FGFCS.cpp.html}</li>
  78     <li>\URL[Header File]{FGFCS.h.html}</li></ul>
  79     This class owns and contains the list of \URL[components]{FGFCSComponent.html}
  80     that define the control system for this aircraft. The config file for the
  81     aircraft contains a description of the control path that starts at an input
  82     or command and ends at an effector, e.g. an aerosurface. The FCS components
  83     which comprise the control laws for an axis are defined sequentially in
  84     the configuration file. For instance, for the X-15:
  85
  86     <pre>
  87     &lt FLIGHT_CONTROL NAME="X-15 SAS"&gt
  88
  89     &lt COMPONENT NAME="Pitch Trim Sum" TYPE="SUMMER"&gt
  90       ID            0
  91       INPUT        FG_ELEVATOR_CMD
  92       INPUT        FG_PITCH_TRIM_CMD
  93       CLIPTO       -1 1
  94     &lt/COMPONENT&gt
  95
  96     &lt COMPONENT NAME="Pitch Command Scale" TYPE="AEROSURFACE_SCALE"&gt
  97       ID           1
  98       INPUT        0
  99       MIN         -50
 100       MAX          50
 101     &lt/COMPONENT&gt
 102
 103     &lt COMPONENT NAME="Pitch Gain 1" TYPE="PURE_GAIN"&gt
 104       ID           2
 105       INPUT        1
 106       GAIN         -0.36
 107     &lt/COMPONENT&gt
 108
 109     &lt COMPONENT NAME="Pitch Scheduled Gain 1" TYPE="SCHEDULED_GAIN"&gt
 110       ID           3
 111       INPUT        2
 112       GAIN         0.017
 113       SCHEDULED_BY FG_ELEVATOR_POS
 114       -0.35  -6.0
 115       -0.17  -3.0
 116        0.00  -2.0
 117        0.09  -3.0
 118        0.17  -5.0
 119        0.60 -12.0
 120     &lt/COMPONENT&gt
 121
 122     ... etc.
 123     </pre>
 124
 125     In the above case we can see the first few components of the pitch channel
 126     defined. The input to the first component, as can be seen in the "Pitch trim
 127     sum" component, is really the sum of two parameters: elevator command (from
 128     the stick - a pilot input), and pitch trim. The type of this component is
 129     "Summer". Its ID is 0 - the ID is used by other components to reference it.
 130     The next component created is an aerosurface scale component - a type of
 131     gain (see the LoadFCS() method for insight on how the various types of
 132     components map into the actual component classes). You can see the input of
 133     the "Pitch Command Scale" component takes "0" as input. When a number is
 134     specified as an input, it refers to the ID of another FCS component. In this
 135     case, ID 0 refers to the previously defined and discussed "Pitch Trim Sum"
 136     component. This continues until the final component for an axis when the
 137     OUTPUT keyword specifies where the output is supposed to go. See the
 138     individual components for more information on how they are mechanized.
 139
 140     @author Jon S. Berndt
 141     @version $Id$
 142     @see FGFCSComponent
 143     @see FGConfigFile
 144     @see FGGain
 145     @see FGSummer
 146     @see FGSwitch
 147     @see FGGradient
 148     @see FGFilter
 149     @see FGFlaps
 150     @see FGDeadBand
 151 */
 152
 153 /*%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
 154 CLASS DECLARATION
 155 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%*/
 156
 157 class FGFCS : public FGModel {
 158
 159 public:
 160   /** Constructor
 161       @param Executive a pointer to the parent executive object */
 162   FGFCS(FGFDMExec*);
 163   /// Destructor
 164   ~FGFCS();
 165
 166   /** Runs the Flight Controls model; called by the Executive
 167       @return false if no error */
 168   bool Run(void);
 169
 170   /// @name Pilot input command retrieval
 171   //@{
 172   /** Gets the aileron command.
 173       @return aileron command in radians */
 174   inline float GetDaCmd(void) { return DaCmd; }
 175   /** Gets the elevator command.
 176       @return elevator command in radians */
 177   inline float GetDeCmd(void) { return DeCmd; }
 178   /** Gets the rudder command.
 179       @return rudder command in radians */
 180   inline float GetDrCmd(void) { return DrCmd; }
 181   /** Gets the flaps command.
 182       @return flaps command in radians */
 183   inline float GetDfCmd(void) { return DfCmd; }
 184   /** Gets the speedbrake command.
 185       @return speedbrake command in radians */
 186   inline float GetDsbCmd(void) { return DsbCmd; }
 187   /** Gets the spoiler command.
 188       @return spoiler command in radians */
 189   inline float GetDspCmd(void) { return DspCmd; }
 190   /** Gets the throttle command.
 191       @param engine engine ID number
 192       @return throttle command in percent ( 0 - 100) for the given engine */
 193   inline float GetThrottleCmd(int engine) { return ThrottleCmd[engine]; }
 194   /** Gets the pitch trim command.
 195       @return pitch trim command in radians */
 196   inline float GetPitchTrimCmd(void) { return PTrimCmd; }
 197   //@}
 198
 199   /// @name Aerosurface position retrieval
 200   //@{
 201   /** Gets the aileron position.
 202       @return aileron position in radians */
 203   inline float GetDaPos(void) { return DaPos; }
 204   /** Gets the elevator position.
 205       @return elevator position in radians */
 206   inline float GetDePos(void) { return DePos; }
 207   /** Gets the rudder position.
 208       @return rudder position in radians */
 209   inline float GetDrPos(void) { return DrPos; }
 210   /** Gets the flaps position.
 211       @return flaps position in radians */
 212   inline float GetDfPos(void) { return DfPos; }
 213   /** Gets the speedbrake position.
 214       @return speedbrake position in radians */
 215   inline float GetDsbPos(void) { return DsbPos; }
 216   /** Gets the spoiler position.
 217       @return spoiler position in radians */
 218   inline float GetDspPos(void) { return DspPos; }
 219   /** Gets the throttle position.
 220       @param engine engine ID number
 221       @return throttle position for the given engine in percent ( 0 - 100)*/
 222   inline float GetThrottlePos(int engine) { return ThrottlePos[engine]; }
 223   //@}
 224
 225   /** Retrieves the State object pointer.
 226       This is used by the FGFCS-owned components.
 227       @return pointer to the State object */
 228   inline FGState* GetState(void) { return State; }
 229   /** Retrieves a components output value
 230       @param idx the index of the component (the component ID)
 231       @return output value from the component */
 232   float GetComponentOutput(eParam idx);
 233   /** Retrieves the component name
 234       @param idx the index of the component (the component ID)
 235       @return name of the component */
 236   string GetComponentName(int idx);
 237   /** Retrieves all component names for inclusion in output stream */
 238   string GetComponentStrings(void);
 239   /** Retrieves all component outputs for inclusion in output stream */
 240   string GetComponentValues(void);
 241
 242   /// @name Pilot input command setting
 243   //@{
 244   /** Sets the aileron command
 245       @param cmd aileron command in radians*/
 246   inline void SetDaCmd(float cmd) { DaCmd = cmd; }
 247   /** Sets the elevator command
 248       @param cmd elevator command in radians*/
 249   inline void SetDeCmd(float cmd) { DeCmd = cmd; }
 250   /** Sets the rudder command
 251       @param cmd rudder command in radians*/
 252   inline void SetDrCmd(float cmd) { DrCmd = cmd; }
 253   /** Sets the flaps command
 254       @param cmd flaps command in radians*/
 255   inline void SetDfCmd(float cmd) { DfCmd = cmd; }
 256   /** Sets the speedbrake command
 257       @param cmd speedbrake command in radians*/
 258   inline void SetDsbCmd(float cmd) { DsbCmd = cmd; }
 259   /** Sets the spoilers command
 260       @param cmd spoilers command in radians*/
 261   inline void SetDspCmd(float cmd) { DspCmd = cmd; }
 262   /** Sets the pitch trim command
 263       @param cmd pitch trim command in radians*/
 264   inline void SetPitchTrimCmd(float cmd) { PTrimCmd = cmd; }
 265   /** Sets the throttle command for the specified engine
 266       @param engine engine ID number
 267       @param cmd throttle command in percent (0 - 100)*/
 268   inline void SetThrottleCmd(int engine, float cmd);
 269   //@}
 270
 271   /// @name Aerosurface position setting
 272   //@{
 273   /** Sets the aileron position
 274       @param cmd aileron position in radians*/
 275   inline void SetDaPos(float cmd) { DaPos = cmd; }
 276   /** Sets the elevator position
 277       @param cmd elevator position in radians*/
 278   inline void SetDePos(float cmd) { DePos = cmd; }
 279   /** Sets the rudder position
 280       @param cmd rudder position in radians*/
 281   inline void SetDrPos(float cmd) { DrPos = cmd; }
 282   /** Sets the flaps position
 283       @param cmd flaps position in radians*/
 284   inline void SetDfPos(float cmd) { DfPos = cmd; }
 285   /** Sets the speedbrake position
 286       @param cmd speedbrake position in radians*/
 287   inline void SetDsbPos(float cmd) { DsbPos = cmd; }
 288   /** Sets the spoiler position
 289       @param cmd spoiler position in radians*/
 290   inline void SetDspPos(float cmd) { DspPos = cmd; }
 291   /** Sets the actual throttle setting for the specified engine
 292       @param engine engine ID number
 293       @param cmd throttle setting in percent (0 - 100)*/
 294   inline void SetThrottlePos(int engine, float cmd);
 295   //@}
 296
 297   /// @name Landing Gear brakes
 298   //@{
 299   /** Sets the left brake group
 300       @param cmd brake setting in percent (0.0 - 1.0) */
 301   void SetLBrake(float cmd) {LeftBrake = cmd;}
 302   /** Sets the right brake group
 303       @param cmd brake setting in percent (0.0 - 1.0) */
 304   void SetRBrake(float cmd) {RightBrake = cmd;}
 305   /** Sets the center brake group
 306       @param cmd brake setting in percent (0.0 - 1.0) */
 307   void SetCBrake(float cmd) {CenterBrake = cmd;}
 308   /** Gets the brake for a specified group.
 309       @param bg which brakegroup to retrieve the command for
 310       @return the brake setting for the supplied brake group argument */
 311   float GetBrake(FGLGear::BrakeGroup bg);
 312   //@}
 313
 314   /** Loads the Flight Control System.
 315       The FGAircraft instance is actually responsible for reading the config file
 316       and calling the various Loadxx() methods of the other systems, passing in
 317       the config file instance pointer. LoadFCS() is called from FGAircraft.
 318       @param AC_cfg pointer to the config file instance
 319       @return true if succesful */
 320   bool LoadFCS(FGConfigFile* AC_cfg);
 321
 322   /** The name of the flight control laws for this aircraft.
 323       This is given in the config file, and is not used for anything currently.*/
 324   string FCSName;
 325
 326   void AddThrottle(void);
 327
 328 private:
 329   float DaCmd, DeCmd, DrCmd, DfCmd, DsbCmd, DspCmd;
 330   float DaPos, DePos, DrPos, DfPos, DsbPos, DspPos;
 331   float PTrimCmd;
 332   vector <float> ThrottleCmd;
 333   vector <float> ThrottlePos;
 334   float LeftBrake, RightBrake, CenterBrake; // Brake settings
 335
 336   vector <FGFCSComponent*> Components;
 337   void Debug(void);
 338 };
 339
 340 #include "FGState.h"
 341
 342 #endif
 343