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 SG_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
 176   /** Gets the elevator command.
 177       @return elevator command in radians */
 178   inline float GetDeCmd(void) { return DeCmd; }
 179
 180   /** Gets the rudder command.
 181       @return rudder command in radians */
 182   inline float GetDrCmd(void) { return DrCmd; }
 183
 184   /** Gets the flaps command.
 185       @return flaps command in radians */
 186   inline float GetDfCmd(void) { return DfCmd; }
 187
 188   /** Gets the speedbrake command.
 189       @return speedbrake command in radians */
 190   inline float GetDsbCmd(void) { return DsbCmd; }
 191
 192   /** Gets the spoiler command.
 193       @return spoiler command in radians */
 194   inline float GetDspCmd(void) { return DspCmd; }
 195
 196   /** Gets the throttle command.
 197       @param engine engine ID number
 198       @return throttle command in percent ( 0 - 100) for the given engine */
 199   inline float GetThrottleCmd(int engine) { return ThrottleCmd[engine]; }
 200
 201   /** Gets the pitch trim command.
 202       @return pitch trim command in radians */
 203   inline float GetPitchTrimCmd(void) { return PTrimCmd; }
 204   //@}
 205
 206   /// @name Aerosurface position retrieval
 207   //@{
 208   /** Gets the aileron position.
 209       @return aileron position in radians */
 210   inline float GetDaPos(void) { return DaPos; }
 211
 212   /** Gets the elevator position.
 213       @return elevator position in radians */
 214   inline float GetDePos(void) { return DePos; }
 215
 216   /** Gets the rudder position.
 217       @return rudder position in radians */
 218   inline float GetDrPos(void) { return DrPos; }
 219
 220   /** Gets the flaps position.
 221       @return flaps position in radians */
 222   inline float GetDfPos(void) { return DfPos; }
 223
 224   /** Gets the speedbrake position.
 225       @return speedbrake position in radians */
 226   inline float GetDsbPos(void) { return DsbPos; }
 227
 228   /** Gets the spoiler position.
 229       @return spoiler position in radians */
 230   inline float GetDspPos(void) { return DspPos; }
 231
 232   /** Gets the throttle position.
 233       @param engine engine ID number
 234       @return throttle position for the given engine in percent ( 0 - 100)*/
 235   inline float GetThrottlePos(int engine) { return ThrottlePos[engine]; }
 236   //@}
 237
 238   /** Retrieves the State object pointer.
 239       This is used by the FGFCS-owned components.
 240       @return pointer to the State object */
 241   inline FGState* GetState(void) { return State; }
 242
 243   /** Retrieves a components output value
 244       @param idx the index of the component (the component ID)
 245       @return output value from the component */
 246   float GetComponentOutput(eParam idx);
 247
 248   /** Retrieves the component name
 249       @param idx the index of the component (the component ID)
 250       @return name of the component */
 251   string GetComponentName(int idx);
 252
 253   /** Retrieves all component names for inclusion in output stream */
 254   string GetComponentStrings(void);
 255
 256   /** Retrieves all component outputs for inclusion in output stream */
 257   string GetComponentValues(void);
 258
 259   /// @name Pilot input command setting
 260   //@{
 261   /** Sets the aileron command
 262       @param cmd aileron command in radians*/
 263   inline void SetDaCmd(float cmd) { DaCmd = cmd; }
 264
 265   /** Sets the elevator command
 266       @param cmd elevator command in radians*/
 267   inline void SetDeCmd(float cmd) { DeCmd = cmd; }
 268
 269   /** Sets the rudder command
 270       @param cmd rudder command in radians*/
 271   inline void SetDrCmd(float cmd) { DrCmd = cmd; }
 272
 273   /** Sets the flaps command
 274       @param cmd flaps command in radians*/
 275   inline void SetDfCmd(float cmd) { DfCmd = cmd; }
 276
 277   /** Sets the speedbrake command
 278       @param cmd speedbrake command in radians*/
 279   inline void SetDsbCmd(float cmd) { DsbCmd = cmd; }
 280
 281   /** Sets the spoilers command
 282       @param cmd spoilers command in radians*/
 283   inline void SetDspCmd(float cmd) { DspCmd = cmd; }
 284
 285   /** Sets the pitch trim command
 286       @param cmd pitch trim command in radians*/
 287   inline void SetPitchTrimCmd(float cmd) { PTrimCmd = cmd; }
 288
 289   /** Sets the throttle command for the specified engine
 290       @param engine engine ID number
 291       @param cmd throttle command in percent (0 - 100)*/
 292   void SetThrottleCmd(int engine, float cmd);
 293   //@}
 294
 295   /// @name Aerosurface position setting
 296   //@{
 297   /** Sets the aileron position
 298       @param cmd aileron position in radians*/
 299   inline void SetDaPos(float cmd) { DaPos = cmd; }
 300
 301   /** Sets the elevator position
 302       @param cmd elevator position in radians*/
 303   inline void SetDePos(float cmd) { DePos = cmd; }
 304
 305   /** Sets the rudder position
 306       @param cmd rudder position in radians*/
 307   inline void SetDrPos(float cmd) { DrPos = cmd; }
 308
 309   /** Sets the flaps position
 310       @param cmd flaps position in radians*/
 311   inline void SetDfPos(float cmd) { DfPos = cmd; }
 312
 313   /** Sets the speedbrake position
 314       @param cmd speedbrake position in radians*/
 315   inline void SetDsbPos(float cmd) { DsbPos = cmd; }
 316
 317   /** Sets the spoiler position
 318       @param cmd spoiler position in radians*/
 319   inline void SetDspPos(float cmd) { DspPos = cmd; }
 320
 321   /** Sets the actual throttle setting for the specified engine
 322       @param engine engine ID number
 323       @param cmd throttle setting in percent (0 - 100)*/
 324   void SetThrottlePos(int engine, float cmd);
 325   //@}
 326
 327   /// @name Landing Gear brakes
 328   //@{
 329   /** Sets the left brake group
 330       @param cmd brake setting in percent (0.0 - 1.0) */
 331   void SetLBrake(float cmd) {LeftBrake = cmd;}
 332
 333   /** Sets the right brake group
 334       @param cmd brake setting in percent (0.0 - 1.0) */
 335   void SetRBrake(float cmd) {RightBrake = cmd;}
 336
 337   /** Sets the center brake group
 338       @param cmd brake setting in percent (0.0 - 1.0) */
 339   void SetCBrake(float cmd) {CenterBrake = cmd;}
 340
 341   /** Gets the brake for a specified group.
 342       @param bg which brakegroup to retrieve the command for
 343       @return the brake setting for the supplied brake group argument */
 344   float GetBrake(FGLGear::BrakeGroup bg);
 345   //@}
 346
 347   /** Loads the Flight Control System.
 348       The FGAircraft instance is actually responsible for reading the config file
 349       and calling the various Loadxx() methods of the other systems, passing in
 350       the config file instance pointer. LoadFCS() is called from FGAircraft.
 351       @param AC_cfg pointer to the config file instance
 352       @return true if succesful */
 353   bool Load(FGConfigFile* AC_cfg);
 354
 355   void AddThrottle(void);
 356
 357 private:
 358   float DaCmd, DeCmd, DrCmd, DfCmd, DsbCmd, DspCmd;
 359   float DaPos, DePos, DrPos, DfPos, DsbPos, DspPos;
 360   float PTrimCmd;
 361   vector <float> ThrottleCmd;
 362   vector <float> ThrottlePos;
 363   float LeftBrake, RightBrake, CenterBrake; // Brake settings
 364
 365   vector <FGFCSComponent*> Components;
 366   void Debug(void);
 367 };
 368
 369 #include "FGState.h"
 370
 371 #endif
 372