src/FDM/JSBSim/models/flight_control/FGActuator.cpp

   1 /*%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
   2
   3  Module:       FGActuator.cpp
   4  Author:       Jon Berndt
   5  Date started: 21 February 2006
   6
   7  ------------- Copyright (C) 2007 Jon S. Berndt (jon@jsbsim.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 FUNCTIONAL DESCRIPTION
  27 --------------------------------------------------------------------------------
  28
  29 HISTORY
  30 --------------------------------------------------------------------------------
  31
  32 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
  33 COMMENTS, REFERENCES,  and NOTES
  34 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
  35
  36 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
  37 INCLUDES
  38 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%*/
  39
  40 #include "FGActuator.h"
  41
  42 using namespace std;
  43
  44 namespace JSBSim {
  45
  46 static const char *IdSrc = "$Id: FGActuator.cpp,v 1.14 2009/10/24 22:59:30 jberndt Exp $";
  47 static const char *IdHdr = ID_ACTUATOR;
  48
  49 /*%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
  50 CLASS IMPLEMENTATION
  51 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%*/
  52
  53
  54 FGActuator::FGActuator(FGFCS* fcs, Element* element) : FGFCSComponent(fcs, element)
  55 {
  56   double denom;
  57
  58   // inputs are read from the base class constructor
  59
  60   PreviousOutput = 0.0;
  61   PreviousHystOutput = 0.0;
  62   PreviousRateLimOutput = 0.0;
  63   PreviousLagInput = PreviousLagOutput = 0.0;
  64   bias = lag = hysteresis_width = deadband_width = 0.0;
  65   rate_limit = 0.0; // no limit
  66   fail_zero = fail_hardover = fail_stuck = false;
  67   ca = cb = 0.0;
  68
  69   if ( element->FindElement("deadband_width") ) {
  70     deadband_width = element->FindElementValueAsNumber("deadband_width");
  71   }
  72   if ( element->FindElement("hysteresis_width") ) {
  73     hysteresis_width = element->FindElementValueAsNumber("hysteresis_width");
  74   }
  75   if ( element->FindElement("rate_limit") ) {
  76     rate_limit = element->FindElementValueAsNumber("rate_limit");
  77   }
  78   if ( element->FindElement("bias") ) {
  79     bias = element->FindElementValueAsNumber("bias");
  80   }
  81   if ( element->FindElement("lag") ) {
  82     lag = element->FindElementValueAsNumber("lag");
  83     denom = 2.00 + dt*lag;
  84     ca = dt*lag / denom;
  85     cb = (2.00 - dt*lag) / denom;
  86   }
  87
  88   FGFCSComponent::bind();
  89   bind();
  90
  91   Debug(0);
  92 }
  93
  94 //%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
  95
  96 FGActuator::~FGActuator()
  97 {
  98   Debug(1);
  99 }
 100
 101 //%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
 102
 103 bool FGActuator::Run(void )
 104 {
 105   Input = InputNodes[0]->getDoubleValue() * InputSigns[0];
 106
 107   if (fail_zero) Input = 0;
 108   if (fail_hardover) Input =  clipmax*sign(Input);
 109
 110   Output = Input; // Perfect actuator. At this point, if no failures are present
 111                   // and no subsequent lag, limiting, etc. is done, the output
 112                   // is simply the input. If any further processing is done
 113                   // (below) such as lag, rate limiting, hysteresis, etc., then
 114                   // the Input will be further processed and the eventual Output
 115                   // will be overwritten from this perfect value.
 116
 117   if (lag != 0.0)              Lag();        // models actuator lag
 118   if (rate_limit != 0)         RateLimit();  // limit the actuator rate
 119   if (deadband_width != 0.0)   Deadband();
 120   if (hysteresis_width != 0.0) Hysteresis();
 121   if (bias != 0.0)             Bias();       // models a finite bias
 122
 123   if (fail_stuck) Output = PreviousOutput;
 124   PreviousOutput = Output; // previous value needed for "stuck" malfunction
 125
 126   Clip();
 127   if (IsOutput) SetOutput();
 128
 129   return true;
 130 }
 131
 132 //%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
 133
 134 void FGActuator::Bias(void)
 135 {
 136   Output += bias;
 137 }
 138
 139 //%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
 140
 141 void FGActuator::Lag(void)
 142 {
 143   // "Output" on the right side of the "=" is the current frame input
 144   // for this Lag filter
 145   double input = Output;
 146   Output = ca * (input + PreviousLagInput) + PreviousLagOutput * cb;
 147   PreviousLagInput = input;
 148   PreviousLagOutput = Output;
 149 }
 150
 151 //%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
 152
 153 void FGActuator::Hysteresis(void)
 154 {
 155   // Note: this function acts cumulatively on the "Output" parameter. So, "Output"
 156   // is - for the purposes of this Hysteresis method - really the input to the
 157   // method.
 158   double input = Output;
 159
 160   if (input > PreviousHystOutput) {
 161     Output = max(PreviousHystOutput, input-0.5*hysteresis_width);
 162   } else if (input < PreviousHystOutput) {
 163     Output = min(PreviousHystOutput, input+0.5*hysteresis_width);
 164   }
 165
 166   PreviousHystOutput = Output;
 167 }
 168
 169 //%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
 170
 171 void FGActuator::RateLimit(void)
 172 {
 173   // Note: this function acts cumulatively on the "Output" parameter. So, "Output"
 174   // is - for the purposes of this RateLimit method - really the input to the
 175   // method.
 176   double input = Output;
 177   if (dt > 0.0) {
 178     double rate = (input - PreviousRateLimOutput)/dt;
 179     if (fabs(rate) > rate_limit) {
 180       Output = PreviousRateLimOutput + (rate_limit*fabs(rate)/rate)*dt;
 181     }
 182   }
 183   PreviousRateLimOutput = Output;
 184 }
 185
 186 //%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
 187
 188 void FGActuator::Deadband(void)
 189 {
 190 }
 191
 192 //%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
 193
 194 void FGActuator::bind(void)
 195 {
 196   string tmp = Name;
 197   if (Name.find("/") == string::npos) {
 198     tmp = "fcs/" + PropertyManager->mkPropertyName(Name, true);
 199   }
 200   const string tmp_zero = tmp + "/malfunction/fail_zero";
 201   const string tmp_hardover = tmp + "/malfunction/fail_hardover";
 202   const string tmp_stuck = tmp + "/malfunction/fail_stuck";
 203
 204   PropertyManager->Tie( tmp_zero, this, &FGActuator::GetFailZero, &FGActuator::SetFailZero);
 205   PropertyManager->Tie( tmp_hardover, this, &FGActuator::GetFailHardover, &FGActuator::SetFailHardover);
 206   PropertyManager->Tie( tmp_stuck, this, &FGActuator::GetFailStuck, &FGActuator::SetFailStuck);
 207 }
 208
 209 //%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
 210 //    The bitmasked value choices are as follows:
 211 //    unset: In this case (the default) JSBSim would only print
 212 //       out the normally expected messages, essentially echoing
 213 //       the config files as they are read. If the environment
 214 //       variable is not set, debug_lvl is set to 1 internally
 215 //    0: This requests JSBSim not to output any messages
 216 //       whatsoever.
 217 //    1: This value explicity requests the normal JSBSim
 218 //       startup messages
 219 //    2: This value asks for a message to be printed out when
 220 //       a class is instantiated
 221 //    4: When this value is set, a message is displayed when a
 222 //       FGModel object executes its Run() method
 223 //    8: When this value is set, various runtime state variables
 224 //       are printed out periodically
 225 //    16: When set various parameters are sanity checked and
 226 //       a message is printed out when they go out of bounds
 227
 228 void FGActuator::Debug(int from)
 229 {
 230   if (debug_lvl <= 0) return;
 231
 232   if (debug_lvl & 1) { // Standard console startup message output
 233     if (from == 0) { // Constructor
 234       if (InputSigns[0] < 0)
 235         cout << "      INPUT: -" << InputNodes[0]->getName() << endl;
 236       else
 237         cout << "      INPUT: " << InputNodes[0]->getName() << endl;
 238
 239       if (IsOutput) {
 240         for (unsigned int i=0; i<OutputNodes.size(); i++)
 241           cout << "      OUTPUT: " << OutputNodes[i]->getName() << endl;
 242       }
 243       if (bias != 0.0) cout << "      Bias: " << bias << endl;
 244       if (rate_limit != 0) cout << "      Rate limit: " << rate_limit << endl;
 245       if (lag != 0) cout << "      Actuator lag: " << lag << endl;
 246       if (hysteresis_width != 0) cout << "      Hysteresis width: " << hysteresis_width << endl;
 247       if (deadband_width != 0) cout << "      Deadband width: " << deadband_width << endl;
 248     }
 249   }
 250   if (debug_lvl & 2 ) { // Instantiation/Destruction notification
 251     if (from == 0) cout << "Instantiated: FGActuator" << endl;
 252     if (from == 1) cout << "Destroyed:    FGActuator" << endl;
 253   }
 254   if (debug_lvl & 4 ) { // Run() method entry print for FGModel-derived objects
 255   }
 256   if (debug_lvl & 8 ) { // Runtime state variables
 257   }
 258   if (debug_lvl & 16) { // Sanity checking
 259   }
 260   if (debug_lvl & 64) {
 261     if (from == 0) { // Constructor
 262       cout << IdSrc << endl;
 263       cout << IdHdr << endl;
 264     }
 265   }
 266 }
 267 }