src/FDM/JSBSim.cxx

   1 // JSBsim.cxx -- interface to the JSBsim flight model
   2 //
   3 // Written by Curtis Olson, started February 1999.
   4 //
   5 // Copyright (C) 1999  Curtis L. Olson  - curt@flightgear.org
   6 //
   7 // This program is free software; you can redistribute it and/or
   8 // modify it under the terms of the GNU General Public License as
   9 // published by the Free Software Foundation; either version 2 of the
  10 // License, or (at your option) any later version.
  11 //
  12 // This program is distributed in the hope that it will be useful, but
  13 // WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  14 // MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  15 // General Public License for more details.
  16 //
  17 // You should have received a copy of the GNU General Public License
  18 // along with this program; if not, write to the Free Software
  19 // Foundation, Inc., 675 Mass Ave, Cambridge, MA 02139, USA.
  20 //
  21 // $Id$
  22
  23
  24 #include <simgear/compiler.h>
  25
  26 #ifdef FG_MATH_EXCEPTION_CLASH
  27 #  include <math.h>
  28 #endif
  29
  30 #include STL_STRING
  31
  32 #include <simgear/constants.h>
  33 #include <simgear/debug/logstream.hxx>
  34 #include <simgear/math/sg_geodesy.hxx>
  35 #include <simgear/misc/fgpath.hxx>
  36
  37 #include <Scenery/scenery.hxx>
  38
  39 #include <Aircraft/aircraft.hxx>
  40 #include <Controls/controls.hxx>
  41 #include <Main/options.hxx>
  42
  43 #include <FDM/JSBSim/FGFDMExec.h>
  44 #include <FDM/JSBSim/FGAircraft.h>
  45 #include <FDM/JSBSim/FGFCS.h>
  46 #include <FDM/JSBSim/FGPosition.h>
  47 #include <FDM/JSBSim/FGRotation.h>
  48 #include <FDM/JSBSim/FGState.h>
  49 #include <FDM/JSBSim/FGTranslation.h>
  50 #include <FDM/JSBSim/FGAuxiliary.h>
  51 #include <FDM/JSBSim/FGDefs.h>
  52 #include <FDM/JSBSim/FGInitialCondition.h>
  53 #include <FDM/JSBSim/FGTrim.h>
  54 #include <FDM/JSBSim/FGAtmosphere.h>
  55
  56 #include "JSBSim.hxx"
  57
  58 /******************************************************************************/
  59
  60 // Initialize the JSBsim flight model, dt is the time increment for
  61 // each subsequent iteration through the EOM
  62
  63 int FGJSBsim::init( double dt ) {
  64
  65   bool result;
  66
  67   FG_LOG( FG_FLIGHT, FG_INFO, "Starting and initializing JSBsim" );
  68   FG_LOG( FG_FLIGHT, FG_INFO, "  created FDMExec" );
  69
  70   FGPath aircraft_path( current_options.get_fg_root() );
  71   aircraft_path.append( "Aircraft" );
  72
  73   FGPath engine_path( current_options.get_fg_root() );
  74   engine_path.append( "Engine" );
  75
  76   FDMExec.GetState()->Setdt( dt );
  77
  78   result = FDMExec.LoadModel( aircraft_path.str(),
  79                                        engine_path.str(),
  80                                        current_options.get_aircraft() );
  81
  82   if (result) {
  83     FG_LOG( FG_FLIGHT, FG_INFO, "  loaded aircraft" << current_options.get_aircraft() );
  84   } else {
  85     FG_LOG( FG_FLIGHT, FG_INFO, "  aircraft" << current_options.get_aircraft()
  86                                 << " does not exist");
  87     return 0;
  88   }
  89
  90   FDMExec.GetAtmosphere()->SetExTemperature(get_Static_temperature());
  91   FDMExec.GetAtmosphere()->SetExPressure(get_Static_pressure());
  92   FDMExec.GetAtmosphere()->SetExDensity(get_Density());
  93   FDMExec.GetAtmosphere()->SetWindNED(get_V_north_airmass(),
  94                                       get_V_east_airmass(),
  95                                       get_V_down_airmass());
  96
  97   FDMExec.GetAtmosphere()->UseInternal();
  98
  99
 100   FDMExec.GetPosition()->SetRunwayRadius(scenery.cur_radius*METER_TO_FEET);
 101   FDMExec.GetPosition()->SetSeaLevelRadius(get_Sea_level_radius());
 102
 103   FG_LOG( FG_FLIGHT, FG_INFO, "  Initializing JSBSim with:" );
 104
 105   FGInitialCondition *fgic = new FGInitialCondition(&FDMExec);
 106   fgic->SetAltitudeAGLFtIC(get_Altitude());
 107   if((current_options.get_mach() < 0) && (current_options.get_vc() < 0 )) {
 108     fgic->SetUBodyFpsIC(current_options.get_uBody());
 109     fgic->SetVBodyFpsIC(current_options.get_vBody());
 110     fgic->SetWBodyFpsIC(current_options.get_wBody());
 111     FG_LOG(FG_FLIGHT,FG_INFO, "  u,v,w= " << current_options.get_uBody()
 112            << ", " << current_options.get_vBody()
 113            << ", " << current_options.get_wBody());
 114   } else if (current_options.get_vc() < 0) {
 115     fgic->SetMachIC(current_options.get_mach());
 116     FG_LOG(FG_FLIGHT,FG_INFO, "  mach: " << current_options.get_mach() );
 117   } else {
 118     fgic->SetVcalibratedKtsIC(current_options.get_vc());
 119     FG_LOG(FG_FLIGHT,FG_INFO, "  vc: " << current_options.get_vc() );
 120     //this should cover the case in which no speed switches are used
 121     //current_options.get_vc() will return zero by default
 122   }
 123
 124   //fgic->SetFlightPathAngleDegIC(current_options.get_Gamma());
 125   fgic->SetRollAngleRadIC(get_Phi());
 126   fgic->SetPitchAngleRadIC(get_Theta());
 127   fgic->SetHeadingRadIC(get_Psi());
 128   fgic->SetLatitudeRadIC(get_Lat_geocentric());
 129   fgic->SetLongitudeRadIC(get_Longitude());
 130
 131
 132
 133
 134   //FG_LOG( FG_FLIGHT, FG_INFO, "  gamma: " <<  current_options.get_Gamma());
 135   FG_LOG( FG_FLIGHT, FG_INFO, "  phi: " <<  get_Phi());
 136   //FG_LOG( FG_FLIGHT, FG_INFO, "  theta: " <<  get_Theta() );
 137   FG_LOG( FG_FLIGHT, FG_INFO, "  psi: " <<  get_Psi() );
 138   FG_LOG( FG_FLIGHT, FG_INFO, "  lat: " <<  get_Latitude() );
 139   FG_LOG( FG_FLIGHT, FG_INFO, "  lon: " <<  get_Longitude() );
 140
 141   FG_LOG( FG_FLIGHT, FG_INFO, "  Pressure Altiude: " <<  get_Altitude() );
 142   FG_LOG( FG_FLIGHT, FG_INFO, "  Terrain Altitude: "
 143           <<  scenery.cur_radius*METER_TO_FEET );
 144   FG_LOG( FG_FLIGHT, FG_INFO, "      AGL Altitude: "
 145           <<  get_Altitude() + get_Sea_level_radius()
 146                 - scenery.cur_radius*METER_TO_FEET );
 147
 148   FG_LOG( FG_FLIGHT, FG_INFO, "      current_options.get_altitude(): "
 149           <<  current_options.get_altitude() );
 150   //must check > 0, != 0 will give bad result if --notrim set
 151   if(current_options.get_trim_mode() > 0) {
 152     FDMExec.RunIC(fgic);
 153     FG_LOG( FG_FLIGHT, FG_INFO, "  Starting trim..." );
 154     FGTrim *fgtrim=new FGTrim(&FDMExec,fgic,tLongitudinal);
 155     fgtrim->DoTrim();
 156     fgtrim->Report();
 157     fgtrim->TrimStats();
 158     fgtrim->ReportState();
 159
 160
 161     controls.set_elevator_trim(FDMExec.GetFCS()->GetPitchTrimCmd());
 162     controls.set_throttle(FGControls::ALL_ENGINES,FDMExec.GetFCS()->GetThrottleCmd(0)/100);
 163     //the trimming routine only knows how to get 1 value for throttle
 164
 165 //    delete fgtrim;
 166     FG_LOG( FG_FLIGHT, FG_INFO, "  Trim complete." );
 167   } else {
 168     FG_LOG( FG_FLIGHT, FG_INFO, "  Initializing without trim" );
 169     FDMExec.GetState()->Initialize(fgic);
 170
 171   }
 172
 173   delete fgic;
 174
 175   FG_LOG( FG_FLIGHT, FG_INFO, "  loaded initial conditions" );
 176
 177   FG_LOG( FG_FLIGHT, FG_INFO, "  set dt" );
 178
 179   FG_LOG( FG_FLIGHT, FG_INFO, "Finished initializing JSBSim" );
 180
 181   copy_from_JSBsim();
 182
 183   return 1;
 184 }
 185
 186 /******************************************************************************/
 187
 188 // Run an iteration of the EOM (equations of motion)
 189
 190 int FGJSBsim::update( int multiloop ) {
 191   double save_alt = 0.0;
 192   double time_step = (1.0 / current_options.get_model_hz()) * multiloop;
 193   double start_elev = get_Altitude();
 194
 195
 196   // lets try to avoid really screwing up the JSBsim model
 197   if ( get_Altitude() < -9000 ) {
 198     save_alt = get_Altitude();
 199     set_Altitude( 0.0 );
 200   }
 201
 202   copy_to_JSBsim();
 203
 204   for ( int i = 0; i < multiloop; i++ ) {
 205     FDMExec.Run();
 206   }
 207
 208   // printf("%d FG_Altitude = %.2f\n", i, FG_Altitude * 0.3048);
 209   // printf("%d Altitude = %.2f\n", i, Altitude * 0.3048);
 210
 211   // translate JSBsim back to FG structure so that the
 212   // autopilot (and the rest of the sim can use the updated values
 213
 214   copy_from_JSBsim();
 215
 216   // but lets restore our original bogus altitude when we are done
 217
 218   if ( save_alt < -9000.0 ) {
 219     set_Altitude( save_alt );
 220   }
 221
 222   double end_elev = get_Altitude();
 223
 224   return 1;
 225 }
 226
 227 /******************************************************************************/
 228
 229 // Convert from the FGInterface struct to the JSBsim generic_ struct
 230
 231 int FGJSBsim::copy_to_JSBsim() {
 232   // copy control positions into the JSBsim structure
 233
 234   FDMExec.GetFCS()->SetDaCmd( controls.get_aileron());
 235   FDMExec.GetFCS()->SetDeCmd( controls.get_elevator());
 236   FDMExec.GetFCS()->SetPitchTrimCmd(controls.get_elevator_trim());
 237   FDMExec.GetFCS()->SetDrCmd( controls.get_rudder());
 238   FDMExec.GetFCS()->SetDfCmd( controls.get_flaps() );
 239   FDMExec.GetFCS()->SetDsbCmd( 0.0 ); //speedbrakes
 240   FDMExec.GetFCS()->SetDspCmd( 0.0 ); //spoilers
 241   FDMExec.GetFCS()->SetThrottleCmd( FGControls::ALL_ENGINES,
 242                                     controls.get_throttle( 0 ) * 100.0 );
 243
 244   FDMExec.GetFCS()->SetLBrake( controls.get_brake( 0 ) );
 245   FDMExec.GetFCS()->SetRBrake( controls.get_brake( 1 ) );
 246   FDMExec.GetFCS()->SetCBrake( controls.get_brake( 2 ) );
 247
 248   // Inform JSBsim of the local terrain altitude; uncommented 5/3/00
 249   //  FDMExec.GetPosition()->SetRunwayElevation(get_Runway_altitude()); // seems to work
 250   FDMExec.GetPosition()->SetRunwayRadius(scenery.cur_radius*METER_TO_FEET);
 251   FDMExec.GetPosition()->SetSeaLevelRadius(get_Sea_level_radius());
 252
 253   FDMExec.GetAtmosphere()->SetExTemperature(get_Static_temperature());
 254   FDMExec.GetAtmosphere()->SetExPressure(get_Static_pressure());
 255   FDMExec.GetAtmosphere()->SetExDensity(get_Density());
 256   FDMExec.GetAtmosphere()->SetWindNED(get_V_north_airmass(),
 257                                       get_V_east_airmass(),
 258                                       get_V_down_airmass());
 259
 260   return 1;
 261 }
 262
 263 /******************************************************************************/
 264
 265 // Convert from the JSBsim generic_ struct to the FGInterface struct
 266
 267 int FGJSBsim::copy_from_JSBsim() {
 268
 269   set_Inertias( FDMExec.GetAircraft()->GetMass(),
 270                 FDMExec.GetAircraft()->GetIxx(),
 271                 FDMExec.GetAircraft()->GetIyy(),
 272                 FDMExec.GetAircraft()->GetIzz(),
 273                 FDMExec.GetAircraft()->GetIxz() );
 274
 275   set_CG_Position ( FDMExec.GetAircraft()->GetXYZcg()(1),
 276                     FDMExec.GetAircraft()->GetXYZcg()(2),
 277                     FDMExec.GetAircraft()->GetXYZcg()(3) );
 278
 279   set_Accels_Body ( FDMExec.GetTranslation()->GetUVWdot()(1),
 280                     FDMExec.GetTranslation()->GetUVWdot()(2),
 281                     FDMExec.GetTranslation()->GetUVWdot()(3) );
 282
 283   set_Accels_CG_Body ( FDMExec.GetTranslation()->GetUVWdot()(1),
 284                        FDMExec.GetTranslation()->GetUVWdot()(2),
 285                        FDMExec.GetTranslation()->GetUVWdot()(3) );
 286
 287   //set_Accels_CG_Body_N ( FDMExec.GetTranslation()->GetNcg()(1),
 288   //                       FDMExec.GetTranslation()->GetNcg()(2),
 289   //                       FDMExec.GetTranslation()->GetNcg()(3) );
 290   //
 291   set_Accels_Pilot_Body( FDMExec.GetAuxiliary()->GetPilotAccel()(1),
 292                          FDMExec.GetAuxiliary()->GetPilotAccel()(2),
 293                          FDMExec.GetAuxiliary()->GetPilotAccel()(3) );
 294
 295   //set_Accels_Pilot_Body_N( FDMExec.GetAuxiliary()->GetNpilot()(1),
 296   //                         FDMExec.GetAuxiliary()->GetNpilot()(2),
 297   //                         FDMExec.GetAuxiliary()->GetNpilot()(3) );
 298
 299
 300
 301   set_Nlf( FDMExec.GetAircraft()->GetNlf());
 302
 303
 304
 305   // Velocities
 306
 307   set_Velocities_Local( FDMExec.GetPosition()->GetVn(),
 308                         FDMExec.GetPosition()->GetVe(),
 309                         FDMExec.GetPosition()->GetVd() );
 310
 311   set_Velocities_Wind_Body( FDMExec.GetTranslation()->GetUVW()(1),
 312                             FDMExec.GetTranslation()->GetUVW()(2),
 313                             FDMExec.GetTranslation()->GetUVW()(3)  );
 314
 315   set_V_equiv_kts( FDMExec.GetAuxiliary()->GetVequivalentKTS() );
 316
 317   //set_V_calibrated( FDMExec.GetAuxiliary()->GetVcalibratedFPS() );
 318
 319   set_V_calibrated_kts( FDMExec.GetAuxiliary()->GetVcalibratedKTS() );
 320
 321   set_V_ground_speed ( FDMExec.GetPosition()->GetVground() );
 322
 323   set_Omega_Body( FDMExec.GetState()->GetParameter(FG_ROLLRATE),
 324                   FDMExec.GetState()->GetParameter(FG_PITCHRATE),
 325                   FDMExec.GetState()->GetParameter(FG_YAWRATE) );
 326
 327   set_Euler_Rates( FDMExec.GetRotation()->GetEulerRates()(2),
 328                    FDMExec.GetRotation()->GetEulerRates()(1),
 329                    FDMExec.GetRotation()->GetEulerRates()(3));
 330
 331   // ***FIXME*** set_Geocentric_Rates( Latitude_dot, Longitude_dot, Radius_dot );
 332
 333   set_Mach_number( FDMExec.GetTranslation()->GetMach());
 334
 335   // Positions
 336
 337   double lat_geoc = FDMExec.GetPosition()->GetLatitude();
 338   double lon = FDMExec.GetPosition()->GetLongitude();
 339   double alt = FDMExec.GetPosition()->Geth();
 340   double lat_geod, tmp_alt, sl_radius1, sl_radius2, tmp_lat_geoc;
 341
 342   sgGeocToGeod( lat_geoc, EQUATORIAL_RADIUS_M + alt * FEET_TO_METER,
 343                 &lat_geod, &tmp_alt, &sl_radius1 );
 344   sgGeodToGeoc( lat_geod, alt * FEET_TO_METER, &sl_radius2, &tmp_lat_geoc );
 345
 346   FG_LOG( FG_FLIGHT, FG_DEBUG, "lon = " << lon << " lat_geod = " << lat_geod
 347           << " lat_geoc = " << lat_geoc
 348           << " alt = " << alt << " tmp_alt = " << tmp_alt * METER_TO_FEET
 349           << " sl_radius1 = " << sl_radius1 * METER_TO_FEET
 350           << " sl_radius2 = " << sl_radius2 * METER_TO_FEET
 351           << " Equator = " << EQUATORIAL_RADIUS_FT );
 352
 353   set_Geocentric_Position( lat_geoc, lon,
 354                            sl_radius2 * METER_TO_FEET + alt );
 355   set_Geodetic_Position( lat_geod, lon, alt );
 356   set_Euler_Angles( FDMExec.GetRotation()->Getphi(),
 357                     FDMExec.GetRotation()->Gettht(),
 358                     FDMExec.GetRotation()->Getpsi() );
 359
 360   set_Alpha( FDMExec.GetTranslation()->Getalpha() );
 361   set_Beta( FDMExec.GetTranslation()->Getbeta() );
 362
 363   set_Gamma_vert_rad( FDMExec.GetPosition()->GetGamma() );
 364   // set_Gamma_horiz_rad( Gamma_horiz_rad );
 365
 366   /* **FIXME*** */ set_Sea_level_radius( sl_radius2 * METER_TO_FEET );
 367   /* **FIXME*** */ set_Earth_position_angle( 0.0 );
 368
 369   // /* ***FIXME*** */ set_Runway_altitude( 0.0 );
 370
 371   set_sin_lat_geocentric( lat_geoc );
 372   set_cos_lat_geocentric( lat_geoc );
 373   set_sin_cos_longitude( lon );
 374   set_sin_cos_latitude( lat_geod );
 375
 376   set_Climb_Rate(FDMExec.GetPosition()->Gethdot());
 377
 378   return 1;
 379 }