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