src/FDM/JSBSim/FGJSBBase.h

   1 /*%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
   2
   3  Header:       FGJSBBase.h
   4  Author:       Jon S. Berndt
   5  Date started: 07/01/01
   6
   7  ------------- Copyright (C) 2001  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 Lesser 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 Lesser General Public License for more
  17  details.
  18
  19  You should have received a copy of the GNU Lesser 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 Lesser General Public License can also be found on
  24  the world wide web at http://www.gnu.org.
  25
  26 HISTORY
  27 --------------------------------------------------------------------------------
  28 07/01/01  JSB  Created
  29
  30 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
  31 SENTRY
  32 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%*/
  33
  34 #ifndef FGJSBBASE_H
  35 #define FGJSBBASE_H
  36
  37 /*%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
  38 INCLUDES
  39 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%*/
  40
  41 #include <float.h>
  42 #include <queue>
  43 #include <string>
  44 #include <sstream>
  45 #include <cmath>
  46 #include <cstdlib>
  47
  48 using std::fabs;
  49 using std::string;
  50
  51 #ifndef M_PI
  52 #  define M_PI 3.14159265358979323846
  53 #endif
  54
  55 #if !defined(WIN32) || defined(__GNUC__) || (defined(_MSC_VER) && (_MSC_VER >= 1300))
  56   using std::max;
  57 #endif
  58
  59 /*%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
  60 DEFINITIONS
  61 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%*/
  62
  63 #define ID_JSBBASE "$Id$"
  64
  65 /*%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
  66 FORWARD DECLARATIONS
  67 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%*/
  68
  69 namespace JSBSim {
  70
  71 /*%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
  72 CLASS DOCUMENTATION
  73 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%*/
  74
  75 /** JSBSim Base class.
  76 *   This class provides universal constants, utility functions, messaging
  77 *   functions, and enumerated constants to JSBSim.
  78     @author Jon S. Berndt
  79     @version $Id$
  80 */
  81
  82 /*%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
  83 CLASS DECLARATION
  84 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%*/
  85
  86 class FGJSBBase {
  87 public:
  88   /// Constructor for FGJSBBase.
  89   FGJSBBase() {};
  90
  91   /// Destructor for FGJSBBase.
  92   ~FGJSBBase() {};
  93
  94   /// JSBSim Message structure
  95   class Message {
  96   public:
  97     unsigned int fdmId;
  98     unsigned int messageId;
  99     string text;
 100     string subsystem;
 101     enum mType {eText, eInteger, eDouble, eBool} type;
 102     bool bVal;
 103     int  iVal;
 104     double dVal;
 105   };
 106
 107   /// First order, (low pass / lag) filter
 108   class Filter {
 109     double prev_in;
 110     double prev_out;
 111     double ca;
 112     double cb;
 113     public: Filter(void) {}
 114     public: Filter(double coeff, double dt) {
 115       prev_in = prev_out = 0.0;
 116       double denom = 2.0 + coeff*dt;
 117       ca = coeff*dt/denom;
 118       cb = (2.0 - coeff*dt)/denom;
 119     }
 120     public: double execute(double in) {
 121       double out = (in + prev_in)*ca + prev_out*cb;
 122       prev_in = in;
 123       prev_out = out;
 124       return out;
 125     }
 126   };
 127
 128   ///@name JSBSim console output highlighting terms.
 129   //@{
 130   /// highlights text
 131   static char highint[5];
 132   /// low intensity text
 133   static char halfint[5];
 134   /// normal intensity text
 135   static char normint[6];
 136   /// resets text properties
 137   static char reset[5];
 138   /// underlines text
 139   static char underon[5];
 140   /// underline off
 141   static char underoff[6];
 142   /// blue text
 143   static char fgblue[6];
 144   /// cyan text
 145   static char fgcyan[6];
 146   /// red text
 147   static char fgred[6];
 148   /// green text
 149   static char fggreen[6];
 150   /// default text
 151   static char fgdef[6];
 152   //@}
 153
 154   ///@name JSBSim Messaging functions
 155   //@{
 156   /** Places a Message structure on the Message queue.
 157       @param msg pointer to a Message structure
 158       @return pointer to a Message structure */
 159   void PutMessage(const Message& msg);
 160   /** Creates a message with the given text and places it on the queue.
 161       @param text message text
 162       @return pointer to a Message structure */
 163   void PutMessage(const string& text);
 164   /** Creates a message with the given text and boolean value and places it on the queue.
 165       @param text message text
 166       @param bVal boolean value associated with the message
 167       @return pointer to a Message structure */
 168   void PutMessage(const string& text, bool bVal);
 169   /** Creates a message with the given text and integer value and places it on the queue.
 170       @param text message text
 171       @param iVal integer value associated with the message
 172       @return pointer to a Message structure */
 173   void PutMessage(const string& text, int iVal);
 174   /** Creates a message with the given text and double value and places it on the queue.
 175       @param text message text
 176       @param dVal double value associated with the message
 177       @return pointer to a Message structure */
 178   void PutMessage(const string& text, double dVal);
 179   /** Reads the message on the queue (but does not delete it).
 180       @return 1 if some messages */
 181   int SomeMessages(void);
 182   /** Reads the message on the queue and removes it from the queue.
 183       @return pointer to a Message structure (or NULL if no mesage) */
 184   Message* ProcessMessage(void);
 185   //@}
 186
 187   /** Returns the version number of JSBSim.
 188   *   @return The version number of JSBSim. */
 189   string GetVersion(void) {return JSBSim_version;}
 190
 191   /// Disables highlighting in the console output.
 192   void disableHighLighting(void);
 193
 194   static short debug_lvl;
 195
 196   /** Converts from degrees Kelvin to degrees Fahrenheit.
 197   *   @param kelvin The temperature in degrees Kelvin.
 198   *   @return The temperature in Fahrenheit. */
 199   static double KelvinToFahrenheit (double kelvin) {
 200     return 1.8*kelvin - 459.4;
 201   }
 202
 203   /** Converts from degrees Celsius to degrees Rankine.
 204   *   @param celsius The temperature in degrees Celsius.
 205   *   @return The temperature in Rankine. */
 206   static double CelsiusToRankine (double celsius) {
 207     return celsius * 1.8 + 491.67;
 208   }
 209
 210   /** Converts from degrees Rankine to degrees Celsius.
 211   *   @param rankine The temperature in degrees Rankine.
 212   *   @return The temperature in Celsius. */
 213   static double RankineToCelsius (double rankine) {
 214     return (rankine - 491.67)/1.8;
 215   }
 216
 217   /** Converts from degrees Kelvin to degrees Rankine.
 218   *   @param kelvin The temperature in degrees Kelvin.
 219   *   @return The temperature in Rankine. */
 220   static double KelvinToRankine (double kelvin) {
 221     return kelvin * 1.8;
 222   }
 223
 224   /** Converts from degrees Rankine to degrees Kelvin.
 225   *   @param rankine The temperature in degrees Rankine.
 226   *   @return The temperature in Kelvin. */
 227   static double RankineToKelvin (double rankine) {
 228     return rankine/1.8;
 229   }
 230
 231   /** Converts from degrees Fahrenheit to degrees Celsius.
 232   *   @param fahrenheit The temperature in degrees Fahrenheit.
 233   *   @return The temperature in Celsius. */
 234   static double FahrenheitToCelsius (double fahrenheit) {
 235     return (fahrenheit - 32.0)/1.8;
 236   }
 237
 238   /** Converts from degrees Celsius to degrees Fahrenheit.
 239   *   @param celsius The temperature in degrees Celsius.
 240   *   @return The temperature in Fahrenheit. */
 241   static double CelsiusToFahrenheit (double celsius) {
 242     return celsius * 1.8 + 32.0;
 243   }
 244
 245   /** Converts from degrees Celsius to degrees Kelvin
 246   *   @param celsius The temperature in degrees Celsius.
 247   *   @return The temperature in Kelvin. */
 248   static double CelsiusToKelvin (double celsius) {
 249     return celsius + 273.15;
 250   }
 251
 252   /** Converts from degrees Kelvin to degrees Celsius
 253   *   @param celsius The temperature in degrees Kelvin.
 254   *   @return The temperature in Celsius. */
 255   static double KelvinToCelsius (double kelvin) {
 256     return kelvin - 273.15;
 257   }
 258
 259   /** Finite precision comparison.
 260       @param a first value to compare
 261       @param b second value to compare
 262       @return if the two values can be considered equal up to roundoff */
 263   static bool EqualToRoundoff(double a, double b) {
 264     double eps = 2.0*DBL_EPSILON;
 265     return fabs(a - b) <= eps*max(fabs(a), fabs(b));
 266   }
 267
 268   /** Finite precision comparison.
 269       @param a first value to compare
 270       @param b second value to compare
 271       @return if the two values can be considered equal up to roundoff */
 272   static bool EqualToRoundoff(float a, float b) {
 273     float eps = 2.0*FLT_EPSILON;
 274     return fabs(a - b) <= eps*max(fabs(a), fabs(b));
 275   }
 276
 277   /** Finite precision comparison.
 278       @param a first value to compare
 279       @param b second value to compare
 280       @return if the two values can be considered equal up to roundoff */
 281   static bool EqualToRoundoff(float a, double b) {
 282     return EqualToRoundoff(a, (float)b);
 283   }
 284
 285   /** Finite precision comparison.
 286       @param a first value to compare
 287       @param b second value to compare
 288       @return if the two values can be considered equal up to roundoff */
 289   static bool EqualToRoundoff(double a, float b) {
 290     return EqualToRoundoff((float)a, b);
 291   }
 292
 293   /** Constrain a value between a minimum and a maximum value.
 294   */
 295   static double Constrain(double min, double value, double max) {
 296     return value<min?(min):(value>max?(max):(value));
 297   }
 298
 299   static double sign(double num) {return num>=0.0?1.0:-1.0;}
 300
 301 protected:
 302   static Message localMsg;
 303
 304   static std::queue <Message> Messages;
 305
 306   void Debug(int from) {};
 307
 308   static unsigned int messageId;
 309
 310   static const double radtodeg;
 311   static const double degtorad;
 312   static const double hptoftlbssec;
 313   static const double psftoinhg;
 314   static const double psftopa;
 315   static const double fpstokts;
 316   static const double ktstofps;
 317   static const double inchtoft;
 318   static const double in3tom3;
 319   static const double m3toft3;
 320   static const double inhgtopa;
 321   static const double fttom;
 322   static double Reng;         // Specific Gas Constant,ft^2/(sec^2*R)
 323   static const double SHRatio;
 324   static const double lbtoslug;
 325   static const double slugtolb;
 326   static const double kgtolb;
 327   static const double kgtoslug;
 328   static const string needed_cfg_version;
 329   static const string JSBSim_version;
 330
 331   static string CreateIndexedPropertyName(string Property, int index)
 332   {
 333     std::stringstream str;
 334     str << index;
 335     string tmp;
 336     str >> tmp;
 337     return Property + "[" + tmp + "]";
 338   }
 339
 340   static double GaussianRandomNumber(void)
 341   {
 342     static double V1, V2, S;
 343     static int phase = 0;
 344     double X;
 345
 346     V1 = V2 = S = X = 0.0;
 347
 348     if (phase == 0) {
 349       do {
 350         double U1 = (double)rand() / RAND_MAX;
 351         double U2 = (double)rand() / RAND_MAX;
 352
 353         V1 = 2 * U1 - 1;
 354         V2 = 2 * U2 - 1;
 355         S = V1 * V1 + V2 * V2;
 356       } while(S >= 1 || S == 0);
 357
 358       X = V1 * sqrt(-2 * log(S) / S);
 359     } else
 360       X = V2 * sqrt(-2 * log(S) / S);
 361
 362     phase = 1 - phase;
 363
 364     return X;
 365   }
 366
 367 public:
 368 /// Moments L, M, N
 369 enum {eL     = 1, eM,     eN    };
 370 /// Rates P, Q, R
 371 enum {eP     = 1, eQ,     eR    };
 372 /// Velocities U, V, W
 373 enum {eU     = 1, eV,     eW    };
 374 /// Positions X, Y, Z
 375 enum {eX     = 1, eY,     eZ    };
 376 /// Euler angles Phi, Theta, Psi
 377 enum {ePhi   = 1, eTht,   ePsi  };
 378 /// Stability axis forces, Drag, Side force, Lift
 379 enum {eDrag  = 1, eSide,  eLift };
 380 /// Local frame orientation Roll, Pitch, Yaw
 381 enum {eRoll  = 1, ePitch, eYaw  };
 382 /// Local frame position North, East, Down
 383 enum {eNorth = 1, eEast,  eDown };
 384 /// Locations Radius, Latitude, Longitude
 385 enum {eLat = 1, eLong, eRad     };
 386 /// Conversion specifiers
 387 enum {inNone = 0, inDegrees, inRadians, inMeters, inFeet };
 388
 389 };
 390
 391 }
 392 //%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
 393 #endif
 394