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/fg_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/FGTrimLong.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.GetAircraft()->LoadAircraft( 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()->UseInternal();
  91
  92   FG_LOG( FG_FLIGHT, FG_INFO, "  Initializing JSBSim with:" );
  93
  94   FGInitialCondition *fgic = new FGInitialCondition(&FDMExec);
  95   fgic->SetAltitudeFtIC(get_Altitude());
  96   if((current_options.get_mach() < 0) && (current_options.get_vc() < 0 )) {
  97     fgic->SetUBodyFpsIC(current_options.get_uBody());
  98     fgic->SetVBodyFpsIC(current_options.get_vBody());
  99     fgic->SetWBodyFpsIC(current_options.get_wBody());
 100     FG_LOG(FG_FLIGHT,FG_INFO, "  u,v,w= " << current_options.get_uBody()
 101            << ", " << current_options.get_vBody()
 102            << ", " << current_options.get_wBody());
 103   } else if (current_options.get_vc() < 0) {
 104     fgic->SetMachIC(current_options.get_mach());
 105     FG_LOG(FG_FLIGHT,FG_INFO, "  mach: " << current_options.get_mach() );
 106   } else {
 107     fgic->SetVcalibratedKtsIC(current_options.get_vc());
 108     FG_LOG(FG_FLIGHT,FG_INFO, "  vc: " << current_options.get_vc() );
 109     //this should cover the case in which no speed switches are used
 110     //current_options.get_vc() will return zero by default
 111   }
 112
 113
 114   fgic->SetRollAngleRadIC(get_Phi());
 115   fgic->SetPitchAngleRadIC(get_Theta());
 116   fgic->SetHeadingRadIC(get_Psi());
 117 //  fgic->SetLatitudeRadIC(get_Latitude());
 118   fgic->SetLatitudeRadIC(get_Lat_geocentric());
 119   fgic->SetLongitudeRadIC(get_Longitude());
 120
 121   FDMExec.GetPosition()->SetRunwayRadius(scenery.cur_radius*METER_TO_FEET);
 122   FDMExec.GetPosition()->SetSeaLevelRadius(get_Sea_level_radius());
 123
 124   FG_LOG( FG_FLIGHT, FG_INFO, "  phi: " <<  get_Phi());
 125   FG_LOG( FG_FLIGHT, FG_INFO, "  theta: " <<  get_Theta() );
 126   FG_LOG( FG_FLIGHT, FG_INFO, "  psi: " <<  get_Psi() );
 127   FG_LOG( FG_FLIGHT, FG_INFO, "  lat: " <<  get_Latitude() );
 128   FG_LOG( FG_FLIGHT, FG_INFO, "  lon: " <<  get_Longitude() );
 129   FG_LOG( FG_FLIGHT, FG_INFO, "  alt: " <<  get_Altitude() );
 130
 131   //must check > 0, != 0 will give bad result if --notrim set
 132   if(current_options.get_trim_mode() > 0) {
 133     FDMExec.RunIC(fgic);
 134     FG_LOG( FG_FLIGHT, FG_INFO, "  Starting trim..." );
 135     FGTrimLong *fgtrim=new FGTrimLong(&FDMExec,fgic);
 136     fgtrim->DoTrim();
 137     fgtrim->Report();
 138     fgtrim->TrimStats();
 139     fgtrim->ReportState();
 140
 141     controls.set_elevator_trim(FDMExec.GetFCS()->GetPitchTrimCmd());
 142     controls.set_throttle(FGControls::ALL_ENGINES,FDMExec.GetFCS()->GetThrottleCmd(0)/100);
 143     //the trimming routine only knows how to get 1 value for throttle
 144
 145
 146     delete fgtrim;
 147     FG_LOG( FG_FLIGHT, FG_INFO, "  Trim complete." );
 148   } else {
 149     FG_LOG( FG_FLIGHT, FG_INFO, "  Initializing without trim" );
 150     FDMExec.GetState()->Initialize(fgic);
 151
 152   }
 153
 154   delete fgic;
 155
 156   FG_LOG( FG_FLIGHT, FG_INFO, "  loaded initial conditions" );
 157
 158   FG_LOG( FG_FLIGHT, FG_INFO, "  set dt" );
 159
 160   FG_LOG( FG_FLIGHT, FG_INFO, "Finished initializing JSBSim" );
 161
 162   copy_from_JSBsim();
 163
 164   return 1;
 165 }
 166
 167 /******************************************************************************/
 168
 169 // Run an iteration of the EOM (equations of motion)
 170
 171 int FGJSBsim::update( int multiloop ) {
 172   double save_alt = 0.0;
 173   double time_step = (1.0 / current_options.get_model_hz()) * multiloop;
 174   double start_elev = get_Altitude();
 175
 176   // lets try to avoid really screwing up the JSBsim model
 177   if ( get_Altitude() < -9000 ) {
 178     save_alt = get_Altitude();
 179     set_Altitude( 0.0 );
 180   }
 181
 182   // copy control positions into the JSBsim structure
 183
 184   FDMExec.GetFCS()->SetDaCmd( controls.get_aileron());
 185   FDMExec.GetFCS()->SetDeCmd( controls.get_elevator());
 186   FDMExec.GetFCS()->SetPitchTrimCmd(controls.get_elevator_trim());
 187   FDMExec.GetFCS()->SetDrCmd( controls.get_rudder());
 188   FDMExec.GetFCS()->SetDfCmd( controls.get_flaps() );
 189   FDMExec.GetFCS()->SetDsbCmd( 0.0 ); //speedbrakes
 190   FDMExec.GetFCS()->SetDspCmd( 0.0 ); //spoilers
 191   FDMExec.GetFCS()->SetThrottleCmd( FGControls::ALL_ENGINES,
 192                                     controls.get_throttle( 0 ) * 100.0 );
 193
 194   // FCS->SetBrake( controls.get_brake( 0 ) );
 195
 196   // Inform JSBsim of the local terrain altitude; uncommented 5/3/00
 197   //  FDMExec.GetPosition()->SetRunwayElevation(get_Runway_altitude()); // seems to work
 198   FDMExec.GetPosition()->SetRunwayRadius(scenery.cur_radius*METER_TO_FEET);
 199   FDMExec.GetPosition()->SetSeaLevelRadius(get_Sea_level_radius());
 200
 201   FDMExec.GetAtmosphere()->SetExTemperature(get_Static_temperature());
 202   FDMExec.GetAtmosphere()->SetExPressure(get_Static_pressure());
 203   FDMExec.GetAtmosphere()->SetExDensity(get_Density());
 204   FDMExec.GetAtmosphere()->SetWindNED(get_V_north_airmass(),
 205                                       get_V_east_airmass(),
 206                                       get_V_down_airmass());
 207
 208   for ( int i = 0; i < multiloop; i++ ) {
 209     FDMExec.Run();
 210   }
 211
 212   // printf("%d FG_Altitude = %.2f\n", i, FG_Altitude * 0.3048);
 213   // printf("%d Altitude = %.2f\n", i, Altitude * 0.3048);
 214
 215   // translate JSBsim back to FG structure so that the
 216   // autopilot (and the rest of the sim can use the updated values
 217
 218   copy_from_JSBsim();
 219
 220   // but lets restore our original bogus altitude when we are done
 221
 222   if ( save_alt < -9000.0 ) {
 223     set_Altitude( save_alt );
 224   }
 225
 226   double end_elev = get_Altitude();
 227   //if ( time_step > 0.0 ) {
 228     // feet per second
 229   //  set_Climb_Rate( (end_elev - start_elev) / time_step );
 230   //}
 231
 232   return 1;
 233 }
 234
 235 /******************************************************************************/
 236
 237 // Convert from the FGInterface struct to the JSBsim generic_ struct
 238
 239 int FGJSBsim::copy_to_JSBsim() {
 240   return 1;
 241 }
 242
 243 /******************************************************************************/
 244
 245 // Convert from the JSBsim generic_ struct to the FGInterface struct
 246
 247 int FGJSBsim::copy_from_JSBsim() {
 248
 249   set_Inertias( FDMExec.GetAircraft()->GetMass(),
 250                 FDMExec.GetAircraft()->GetIxx(),
 251                 FDMExec.GetAircraft()->GetIyy(),
 252                 FDMExec.GetAircraft()->GetIzz(),
 253                 FDMExec.GetAircraft()->GetIxz() );
 254
 255   set_CG_Position ( FDMExec.GetAircraft()->GetXYZcg()(1),
 256                     FDMExec.GetAircraft()->GetXYZcg()(2),
 257                     FDMExec.GetAircraft()->GetXYZcg()(3) );
 258
 259
 260   set_Accels_Local( FDMExec.GetPosition()->GetVelDot()(1),
 261                     FDMExec.GetPosition()->GetVelDot()(2),
 262                     FDMExec.GetPosition()->GetVelDot()(3) );
 263
 264   set_Accels_Body ( FDMExec.GetTranslation()->GetUVWdot()(1),
 265                     FDMExec.GetTranslation()->GetUVWdot()(2),
 266                     FDMExec.GetTranslation()->GetUVWdot()(3) );
 267
 268   set_Accels_CG_Body ( FDMExec.GetTranslation()->GetUVWdot()(1),
 269                        FDMExec.GetTranslation()->GetUVWdot()(2),
 270                        FDMExec.GetTranslation()->GetUVWdot()(3) );
 271
 272   //set_Accels_CG_Body_N ( FDMExec.GetTranslation()->GetNcg()(1),
 273   //                       FDMExec.GetTranslation()->GetNcg()(2),
 274   //                       FDMExec.GetTranslation()->GetNcg()(3) );
 275   //
 276
 277   set_Accels_Pilot_Body( FDMExec.GetAuxiliary()->GetPilotAccel()(1),
 278                          FDMExec.GetAuxiliary()->GetPilotAccel()(2),
 279                          FDMExec.GetAuxiliary()->GetPilotAccel()(3) );
 280
 281   //set_Accels_Pilot_Body_N( FDMExec.GetAuxiliary()->GetNpilot()(1),
 282   //                         FDMExec.GetAuxiliary()->GetNpilot()(2),
 283   //                         FDMExec.GetAuxiliary()->GetNpilot()(3) );
 284
 285
 286
 287   set_Nlf( FDMExec.GetAircraft()->GetNlf());
 288
 289
 290
 291   // Velocities
 292
 293   set_Velocities_Local( FDMExec.GetPosition()->GetVn(),
 294                         FDMExec.GetPosition()->GetVe(),
 295                         FDMExec.GetPosition()->GetVd() );
 296
 297   set_Velocities_Wind_Body( FDMExec.GetTranslation()->GetUVW()(1),
 298                             FDMExec.GetTranslation()->GetUVW()(2),
 299                             FDMExec.GetTranslation()->GetUVW()(3)  );
 300
 301   set_V_equiv_kts( FDMExec.GetAuxiliary()->GetVequivalentKTS() );
 302
 303   //set_V_calibrated( FDMExec.GetAuxiliary()->GetVcalibratedFPS() );
 304
 305   set_V_calibrated_kts( FDMExec.GetAuxiliary()->GetVcalibratedKTS() );
 306
 307   set_V_ground_speed ( FDMExec.GetPosition()->GetVground() );
 308
 309   set_Omega_Body( FDMExec.GetState()->GetParameter(FG_ROLLRATE),
 310                   FDMExec.GetState()->GetParameter(FG_PITCHRATE),
 311                   FDMExec.GetState()->GetParameter(FG_YAWRATE) );
 312
 313   set_Euler_Rates( FDMExec.GetRotation()->GetEulerRates()(1),
 314                    FDMExec.GetRotation()->GetEulerRates()(2),
 315                    FDMExec.GetRotation()->GetEulerRates()(3) );
 316
 317   set_Geocentric_Rates( FDMExec.GetPosition()->GetLatitudeDot(),
 318                         FDMExec.GetPosition()->GetLongitudeDot(),
 319                         FDMExec.GetPosition()->Gethdot() );
 320
 321   set_Mach_number( FDMExec.GetTranslation()->GetMach());
 322
 323   // Positions
 324
 325   double lat_geoc = FDMExec.GetPosition()->GetLatitude();
 326   double lon = FDMExec.GetPosition()->GetLongitude();
 327   double alt = FDMExec.GetPosition()->Geth();
 328   double lat_geod, tmp_alt, sl_radius1, sl_radius2, tmp_lat_geoc;
 329
 330   fgGeocToGeod( lat_geoc, EQUATORIAL_RADIUS_M + alt * FEET_TO_METER,
 331                 &lat_geod, &tmp_alt, &sl_radius1 );
 332   fgGeodToGeoc( lat_geod, alt * FEET_TO_METER, &sl_radius2, &tmp_lat_geoc );
 333
 334   FG_LOG( FG_FLIGHT, FG_DEBUG, "lon = " << lon << " lat_geod = " << lat_geod
 335           << " lat_geoc = " << lat_geoc
 336           << " alt = " << alt << " tmp_alt = " << tmp_alt * METER_TO_FEET
 337           << " sl_radius1 = " << sl_radius1 * METER_TO_FEET
 338           << " sl_radius2 = " << sl_radius2 * METER_TO_FEET
 339           << " Equator = " << EQUATORIAL_RADIUS_FT );
 340
 341   set_Geocentric_Position( lat_geoc, lon,
 342                            sl_radius2 * METER_TO_FEET + alt );
 343   set_Geodetic_Position( lat_geod, lon, alt );
 344   set_Euler_Angles( FDMExec.GetRotation()->Getphi(),
 345                     FDMExec.GetRotation()->Gettht(),
 346                     FDMExec.GetRotation()->Getpsi() );
 347
 348   set_Alpha( FDMExec.GetTranslation()->Getalpha() );
 349   set_Beta( FDMExec.GetTranslation()->Getbeta() );
 350
 351   set_Cos_phi( FDMExec.GetRotation()->GetCosphi() );
 352   //set_Sin_phi ( FDMExec.GetRotation()->GetSinpphi() );
 353
 354   set_Cos_theta( FDMExec.GetRotation()->GetCostht() );
 355   //set_Sin_theta ( FDMExec.GetRotation()->GetSintht() );
 356
 357   //set_Cos_psi( FDMExec.GetRotation()->GetCospsi() );
 358   //set_Sin_psi ( FDMExec.GetRotation()->GetSinpsi() );
 359
 360   set_Gamma_vert_rad( FDMExec.GetPosition()->GetGamma() );
 361   // set_Gamma_horiz_rad( Gamma_horiz_rad );
 362
 363
 364   set_Density( FDMExec.GetAtmosphere()->GetDensity() );
 365   set_Static_pressure( FDMExec.GetAtmosphere()->GetPressure() );
 366   set_Static_temperature ( FDMExec.GetAtmosphere()->GetTemperature() );
 367
 368
 369
 370   /* **FIXME*** */ set_Sea_level_radius( sl_radius2 * METER_TO_FEET );
 371   /* **FIXME*** */ set_Earth_position_angle( 0.0 );
 372
 373   // /* ***FIXME*** */ set_Runway_altitude( 0.0 );
 374
 375   set_sin_lat_geocentric( lat_geoc );
 376   set_cos_lat_geocentric( lat_geoc );
 377   set_sin_cos_longitude( lon );
 378   set_sin_cos_latitude( lat_geod );
 379
 380   set_Climb_Rate(FDMExec.GetPosition()->Gethdot());
 381
 382   return 1;
 383 }