src/FDM/JSBSim/FGState.h

   1 /*%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
   2
   3  Header:       FGState.h
   4  Author:       Jon S. Berndt
   5  Date started: 11/17/98
   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 FUNCTIONAL DESCRIPTION
  27 --------------------------------------------------------------------------------
  28
  29 HISTORY
  30 --------------------------------------------------------------------------------
  31 11/17/98   JSB   Created
  32
  33 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
  34 SENTRY
  35 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%*/
  36
  37 #ifndef FGSTATE_H
  38 #define FGSTATE_H
  39
  40 /*%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
  41 INCLUDES
  42 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%*/
  43
  44 #ifdef FGFS
  45 #  include <simgear/compiler.h>
  46 #  ifdef SG_HAVE_STD_INCLUDES
  47 #    include <fstream>
  48 #  else
  49 #    include <fstream.h>
  50 #  endif
  51 #else
  52 #  if defined(sgi) && !defined(__GNUC__)
  53 #    include <fstream.h>
  54 #  else
  55 #    include <fstream>
  56 #  endif
  57 #endif
  58
  59 #include <string>
  60 #include <map>
  61 #include "FGJSBBase.h"
  62 #include "FGInitialCondition.h"
  63 #include "FGMatrix33.h"
  64 #include "FGColumnVector3.h"
  65 #include "FGColumnVector4.h"
  66
  67 /*%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
  68 DEFINITIONS
  69 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%*/
  70
  71 #define ID_STATE "$Id$"
  72
  73 /*%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
  74 FORWARD DECLARATIONS
  75 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%*/
  76
  77 class FGAircraft;
  78 class FGTranslation;
  79 class FGRotation;
  80 class FGAtmosphere;
  81 class FGOutput;
  82 class FGPosition;
  83 class FGFDMExec;
  84 class FGGroundReactions;
  85 class FGPropulsion;
  86
  87 /*%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
  88 COMMENTS, REFERENCES, and NOTES [use "class documentation" below for API docs]
  89 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%*/
  90
  91 /*%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
  92 CLASS DOCUMENTATION
  93 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%*/
  94
  95 /** Encapsulates the calculation of aircraft state.
  96     @author Jon S. Berndt
  97     @version $Id$
  98 */
  99
 100 /*%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
 101 CLASS DECLARATION
 102 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%*/
 103
 104 class FGState : public FGJSBBase
 105 {
 106 public:
 107   /** Constructor
 108       @param Executive a pointer to the parent executive object */
 109   FGState(FGFDMExec*);
 110   /// Destructor
 111   ~FGState();
 112
 113   /** Specifies the Reset file to use.
 114       The reset file normally resides in the same directory as an aircraft config file.
 115       it includes the following information:
 116       <ul>
 117       <li>U, the body X-Axis velocity</li>
 118       <li>V, the body Y-Axis velocity</li>
 119       <li>W, the body Z-Axis velocity</li>
 120       <li>Latitude measured in radians from the equator, negative values are south.</li>
 121       <li>Longitude, measured in radians from the Greenwich meridian, negative values are west.</li>
 122       <li>Phi, the roll angle in radians.</li>
 123       <li>Theta, the pitch attitude in radians.</li>
 124       <li>Psi, the heading angle in radians.</li>
 125       <li>H, the altitude in feet</li>
 126       <li>Wind Direction, the direction the wind is coming <u>from</u>.</li>
 127       <li>Wind magnitude, the wind speed in fps.</li>
 128       </ul>
 129       @param path the path string leading to the specific aircraft file, i.e. "aircraft".
 130       @param aircraft the name of the aircraft, i.e. "c172".
 131       @param filename the name of the reset file without an extension, i.e. "reset00".
 132       @return true if successful, false if the file could not be opened.
 133       */
 134   bool Reset(string path, string aircraft, string filename);
 135
 136   /** Initializes the simulation state based on the passed-in parameters.
 137       @param U the body X-Axis velocity in fps.
 138       @param V the body Y-Axis velocity in fps.
 139       @param W the body Z-Axis velocity in fps.
 140       @param lat latitude measured in radians from the equator, negative values are south.
 141       @param lon longitude, measured in radians from the Greenwich meridian, negative values are west.
 142       @param phi the roll angle in radians.
 143       @param tht the pitch angle in radians.
 144       @param psi the heading angle in radians measured clockwise from north.
 145       @param h altitude in feet.
 146       @param wnorth north velocity in feet per second
 147       @param weast eastward velocity in feet per second
 148       @param wdown downward velocity in feet per second
 149       */
 150   void Initialize(float U,
 151                   float V,
 152                   float W,
 153                   float lat,
 154                   float lon,
 155                   float phi,
 156                   float tht,
 157                   float psi,
 158                   float h,
 159                   float wnorth,
 160                   float weast,
 161                   float wdown);
 162
 163   /** Initializes the simulation state based on parameters from an Initial Conditions object.
 164       @param FGIC pointer to an initial conditions object.
 165       @see FGInitialConditions.
 166       */
 167   void Initialize(FGInitialCondition *FGIC);
 168
 169   /** Stores state data in the supplied file name.
 170       @param filename the file to store the data in.
 171       @return true if successful.
 172       */
 173   bool StoreData(string filename);
 174
 175   /// returns the speed of sound in feet per second.
 176   inline float Geta(void) { return a; }
 177
 178   /// Returns the simulation time in seconds.
 179   inline float Getsim_time(void) { return sim_time; }
 180   /// Returns the simulation delta T.
 181   inline float Getdt(void) { return dt; }
 182
 183   /// Suspends the simulation and sets the delta T to zero.
 184   inline void Suspend(void) {saved_dt = dt; dt = 0.0;}
 185   /// Resumes the simulation by resetting delta T to the correct value.
 186   inline void Resume(void)  {dt = saved_dt;}
 187
 188   /** Retrieves a parameter.
 189       The parameters that can be retrieved are enumerated in FGJSBBase.h.
 190       @param val_idx one of the enumerated JSBSim parameters.
 191       @return the value of the parameter.
 192       */
 193   float GetParameter(eParam val_idx);
 194
 195   /** Retrieves a parameter.
 196       The parameters that can be retrieved are enumerated in FGJSBBase.h.
 197       @param val_string a string representing one of the enumerated JSBSim parameters,
 198              i.e. "FG_QBAR".
 199       @return the value of the parameter.
 200       */
 201   float GetParameter(string val_string);
 202
 203   /** Retrieves the JSBSim parameter enumerated item given the text string.
 204       @param val_string the parameter string, i.e. "FG_QBAR".
 205       @return the JSBSim parameter index (an enumerated type) for the supplied string.
 206       */
 207   eParam GetParameterIndex(string val_string);
 208
 209   /** Sets the speed of sound.
 210       @param speed the speed of sound in feet per second.
 211       */
 212   inline void Seta(float speed) { a = speed; }
 213
 214   /** Sets the current sim time.
 215       @param cur_time the current time
 216       @return the current time.
 217       */
 218   inline float Setsim_time(float cur_time) {
 219     sim_time = cur_time;
 220     return sim_time;
 221   }
 222
 223   /** Sets the integration time step for the simulation executive.
 224       @param delta_t the time step in seconds.
 225       */
 226   inline void  Setdt(float delta_t) { dt = delta_t; }
 227
 228   /** Sets the JSBSim parameter to the supplied value.
 229       @param prm the JSBSim parameter to set, i.e. FG_RUDDER_POS.
 230       @param val the value to give the parameter.
 231       */
 232   void SetParameter(eParam prm, float val);
 233
 234   /** Increments the simulation time.
 235       @return the new simulation time.
 236       */
 237   inline float IncrTime(void) {
 238     sim_time+=dt;
 239     return sim_time;
 240   }
 241
 242   /** Initializes the transformation matrices.
 243       @param phi the roll angle in radians.
 244       @param tht the pitch angle in radians.
 245       @param psi the heading angle in radians
 246       */
 247   void InitMatrices(float phi, float tht, float psi);
 248
 249   /** Calculates the local-to-body and body-to-local conversion matrices.
 250       */
 251   void CalcMatrices(void);
 252
 253   /** Integrates the quaternion.
 254       Given the supplied rotational rate vector and integration rate, the quaternion
 255       is integrated. The quaternion is later used to update the transformation
 256       matrices.
 257       @param vPQR the body rotational rate column vector.
 258       @param rate the integration rate in seconds.
 259       */
 260   void IntegrateQuat(FGColumnVector3 vPQR, int rate);
 261
 262   /** Calculates Euler angles from the local-to-body matrix.
 263       @return a reference to the vEuler column vector.
 264       */
 265   FGColumnVector3& CalcEuler(void);
 266
 267   /** Calculates and returns the stability-to-body axis transformation matrix.
 268       @param alpha angle of attack in radians.
 269       @param beta angle of sideslip in radians.
 270       @return a reference to the stability-to-body transformation matrix.
 271       */
 272   FGMatrix33& GetTs2b(float alpha, float beta);
 273
 274   /** Retrieves the local-to-body transformation matrix.
 275       @return a reference to the local-to-body transformation matrix.
 276       */
 277   FGMatrix33& GetTl2b(void) { return mTl2b; }
 278
 279   /** Retrieves a specific local-to-body matrix element.
 280       @param r matrix row index.
 281       @param c matrix column index.
 282       @return the matrix element described by the row and column supplied.
 283       */
 284   float GetTl2b(int r, int c) { return mTl2b(r,c);}
 285
 286   /** Retrieves the body-to-local transformation matrix.
 287       @return a reference to the body-to-local matrix.
 288       */
 289   FGMatrix33& GetTb2l(void) { return mTb2l; }
 290
 291   /** Retrieves a specific body-to-local matrix element.
 292       @param r matrix row index.
 293       @param c matrix column index.
 294       @return the matrix element described by the row and column supplied.
 295       */
 296   float GetTb2l(int i, int j) { return mTb2l(i,j);}
 297
 298   /** Prints a summary of simulator state (speed, altitude,
 299       configuration, etc.)
 300   */
 301   void ReportState(void);
 302
 303
 304   typedef map<eParam, string> ParamMap;
 305   ParamMap paramdef;
 306
 307 private:
 308   float a;                          // speed of sound
 309   float sim_time, dt;
 310   float saved_dt;
 311
 312   FGFDMExec* FDMExec;
 313   FGMatrix33 mTb2l;
 314   FGMatrix33 mTl2b;
 315   FGMatrix33 mTs2b;
 316   FGColumnVector4 vQtrn;
 317   FGColumnVector4 vlastQdot;
 318   FGColumnVector3 vUVW;
 319   FGColumnVector3 vLocalVelNED;
 320   FGColumnVector3 vLocalEuler;
 321   FGColumnVector4 vQdot;
 322   FGColumnVector4 vTmp;
 323   FGColumnVector3 vEuler;
 324
 325   FGAircraft* Aircraft;
 326   FGPosition* Position;
 327   FGTranslation* Translation;
 328   FGRotation* Rotation;
 329   FGOutput* Output;
 330   FGAtmosphere* Atmosphere;
 331   FGFCS* FCS;
 332   FGAerodynamics* Aerodynamics;
 333   FGGroundReactions* GroundReactions;
 334   FGPropulsion* Propulsion;
 335
 336   typedef map<string, eParam> CoeffMap;
 337   CoeffMap coeffdef;
 338   void Debug(void);
 339   int ActiveEngine;
 340 };
 341
 342 //%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
 343
 344 #include "FGFDMExec.h"
 345 #include "FGAtmosphere.h"
 346 #include "FGFCS.h"
 347 #include "FGTranslation.h"
 348 #include "FGRotation.h"
 349 #include "FGPosition.h"
 350 #include "FGAerodynamics.h"
 351 #include "FGOutput.h"
 352 #include "FGAircraft.h"
 353 #include "FGGroundReactions.h"
 354 #include "FGPropulsion.h"
 355
 356 #endif
 357