src/FDM/LaRCsim.cxx

   1 // LaRCsim.cxx -- interface to the LaRCsim flight model
   2 //
   3 // Written by Curtis Olson, started October 1998.
   4 //
   5 // Copyright (C) 1998  Curtis L. Olson  - curt@me.umn.edu
   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/constants.h>
  25 #include <simgear/debug/logstream.hxx>
  26
  27 #include <Aircraft/aircraft.hxx>
  28 #include <Controls/controls.hxx>
  29 #include <FDM/flight.hxx>
  30 #include <FDM/LaRCsim/ls_cockpit.h>
  31 #include <FDM/LaRCsim/ls_generic.h>
  32 #include <FDM/LaRCsim/ls_interface.h>
  33
  34 #include "IO360.hxx"
  35 #include "LaRCsim.hxx"
  36
  37
  38 #define USE_NEW_ENGINE_CODE 1
  39 FGEngine eng;
  40
  41
  42 // Initialize the LaRCsim flight model, dt is the time increment for
  43 // each subsequent iteration through the EOM
  44 int FGLaRCsim::init( double dt ) {
  45
  46 #ifdef USE_NEW_ENGINE_CODE
  47     // Initialize our little engine that hopefully might
  48     eng.init();
  49 #endif
  50
  51     // cout << "FGLaRCsim::init()" << endl;
  52
  53     double save_alt = 0.0;
  54
  55     if ( get_Altitude() < -9000.0 ) {
  56         save_alt = get_Altitude();
  57         set_Altitude( 0.0 );
  58     }
  59
  60     // translate FG to LaRCsim structure
  61     copy_to_LaRCsim();
  62
  63     // actual LaRCsim top level init
  64     ls_toplevel_init( dt, (char *)current_options.get_aircraft().c_str() );
  65
  66     FG_LOG( FG_FLIGHT, FG_INFO, "FG pos = " <<
  67             get_Latitude() );
  68
  69     // translate LaRCsim back to FG structure
  70     copy_from_LaRCsim();
  71
  72     // but lets restore our original bogus altitude when we are done
  73     if ( save_alt < -9000.0 ) {
  74         set_Altitude( save_alt );
  75     }
  76
  77     // set valid time for this record
  78     stamp_time();
  79
  80     return 1;
  81 }
  82
  83
  84 // Run an iteration of the EOM (equations of motion)
  85 int FGLaRCsim::update( int multiloop ) {
  86     // cout << "FGLaRCsim::update()" << endl;
  87
  88 #ifdef USE_NEW_ENGINE_CODE
  89     // update simple engine model
  90     eng.set_IAS( V_calibrated_kts );
  91     eng.set_Throttle_Lever_Pos( controls.get_throttle( 0 ) * 100.0 );
  92     eng.set_Propeller_Lever_Pos( 100 );
  93     eng.set_Mixture_Lever_Pos( 80 );
  94     eng.update();
  95
  96 #if 0
  97     cout << "Throttle = " << controls.get_throttle( 0 ) * 100.0;
  98     cout << " Mixture = " << 80;
  99     cout << " RPM = " << eng.get_RPM();
 100     cout << " MP = " << eng.get_Manifold_Pressure();
 101     cout << " HP = " << ( eng.get_MaxHP() * eng.get_Percentage_Power()
 102                           / 100.0 );
 103     cout << " EGT = " << eng.get_EGT();
 104     cout << " Thrust (N) " << eng.get_prop_thrust_SI(); // Thrust in Newtons
 105     cout << '\n';
 106 #endif // 0
 107
 108     F_X_engine = eng.get_prop_thrust_SI() * 0.07;
 109 #endif // USE_NEW_ENGINE_CODE
 110
 111     double save_alt = 0.0;
 112     double time_step = (1.0 / current_options.get_model_hz()) * multiloop;
 113     double start_elev = get_Altitude();
 114
 115     // lets try to avoid really screwing up the LaRCsim model
 116     if ( get_Altitude() < -9000.0 ) {
 117         save_alt = get_Altitude();
 118         set_Altitude( 0.0 );
 119     }
 120
 121     // copy control positions into the LaRCsim structure
 122     Lat_control = controls.get_aileron() / current_options.get_speed_up();
 123     Long_control = controls.get_elevator();
 124     Long_trim = controls.get_elevator_trim();
 125     Rudder_pedal = controls.get_rudder() / current_options.get_speed_up();
 126     Flap_handle = 30.0 * controls.get_flaps();
 127 #ifdef USE_NEW_ENGINE_CODE
 128     Throttle_pct = -1.0;        // tells engine model to use propellor thrust
 129 #else
 130     Throttle_pct = controls.get_throttle( 0 ) * 1.0;
 131 #endif
 132     Brake_pct[0] = controls.get_brake( 1 );
 133     Brake_pct[1] = controls.get_brake( 0 );
 134
 135     // Inform LaRCsim of the local terrain altitude
 136     Runway_altitude = get_Runway_altitude();
 137
 138     // Weather
 139     V_north_airmass = get_V_north_airmass();
 140     V_east_airmass =  get_V_east_airmass();
 141     V_down_airmass =  get_V_down_airmass();
 142
 143     // old -- FGInterface_2_LaRCsim() not needed except for Init()
 144     // translate FG to LaRCsim structure
 145     // FGInterface_2_LaRCsim(f);
 146     // printf("FG_Altitude = %.2f\n", FG_Altitude * 0.3048);
 147     // printf("Altitude = %.2f\n", Altitude * 0.3048);
 148     // printf("Radius to Vehicle = %.2f\n", Radius_to_vehicle * 0.3048);
 149
 150     ls_update(multiloop);
 151
 152     // printf("%d FG_Altitude = %.2f\n", i, FG_Altitude * 0.3048);
 153     // printf("%d Altitude = %.2f\n", i, Altitude * 0.3048);
 154
 155     // translate LaRCsim back to FG structure so that the
 156     // autopilot (and the rest of the sim can use the updated
 157     // values
 158     copy_from_LaRCsim();
 159
 160     // but lets restore our original bogus altitude when we are done
 161     if ( save_alt < -9000.0 ) {
 162         set_Altitude( save_alt );
 163     }
 164
 165     double end_elev = get_Altitude();
 166     if ( time_step > 0.0 ) {
 167         // feet per second
 168         set_Climb_Rate( (end_elev - start_elev) / time_step );
 169     }
 170
 171     return 1;
 172 }
 173
 174
 175 // Convert from the FGInterface struct to the LaRCsim generic_ struct
 176 int FGLaRCsim::copy_to_LaRCsim () {
 177     Mass =      get_Mass();
 178     I_xx =      get_I_xx();
 179     I_yy =      get_I_yy();
 180     I_zz =      get_I_zz();
 181     I_xz =      get_I_xz();
 182     // Dx_pilot =  get_Dx_pilot();
 183     // Dy_pilot =  get_Dy_pilot();
 184     // Dz_pilot =  get_Dz_pilot();
 185     Dx_cg =     get_Dx_cg();
 186     Dy_cg =     get_Dy_cg();
 187     Dz_cg =     get_Dz_cg();
 188     // F_X =       get_F_X();
 189     // F_Y =       get_F_Y();
 190     // F_Z =       get_F_Z();
 191     // F_north =   get_F_north();
 192     // F_east =    get_F_east();
 193     // F_down =    get_F_down();
 194     // F_X_aero =  get_F_X_aero();
 195     // F_Y_aero =  get_F_Y_aero();
 196     // F_Z_aero =  get_F_Z_aero();
 197     // F_X_engine =        get_F_X_engine();
 198     // F_Y_engine =        get_F_Y_engine();
 199     // F_Z_engine =        get_F_Z_engine();
 200     // F_X_gear =  get_F_X_gear();
 201     // F_Y_gear =  get_F_Y_gear();
 202     // F_Z_gear =  get_F_Z_gear();
 203     // M_l_rp =    get_M_l_rp();
 204     // M_m_rp =    get_M_m_rp();
 205     // M_n_rp =    get_M_n_rp();
 206     // M_l_cg =    get_M_l_cg();
 207     // M_m_cg =    get_M_m_cg();
 208     // M_n_cg =    get_M_n_cg();
 209     // M_l_aero =  get_M_l_aero();
 210     // M_m_aero =  get_M_m_aero();
 211     // M_n_aero =  get_M_n_aero();
 212     // M_l_engine =        get_M_l_engine();
 213     // M_m_engine =        get_M_m_engine();
 214     // M_n_engine =        get_M_n_engine();
 215     // M_l_gear =  get_M_l_gear();
 216     // M_m_gear =  get_M_m_gear();
 217     // M_n_gear =  get_M_n_gear();
 218     // V_dot_north =       get_V_dot_north();
 219     // V_dot_east =        get_V_dot_east();
 220     // V_dot_down =        get_V_dot_down();
 221     // U_dot_body =        get_U_dot_body();
 222     // V_dot_body =        get_V_dot_body();
 223     // W_dot_body =        get_W_dot_body();
 224     // A_X_cg =    get_A_X_cg();
 225     // A_Y_cg =    get_A_Y_cg();
 226     // A_Z_cg =    get_A_Z_cg();
 227     // A_X_pilot = get_A_X_pilot();
 228     // A_Y_pilot = get_A_Y_pilot();
 229     // A_Z_pilot = get_A_Z_pilot();
 230     // N_X_cg =    get_N_X_cg();
 231     // N_Y_cg =    get_N_Y_cg();
 232     // N_Z_cg =    get_N_Z_cg();
 233     // N_X_pilot = get_N_X_pilot();
 234     // N_Y_pilot = get_N_Y_pilot();
 235     // N_Z_pilot = get_N_Z_pilot();
 236     // P_dot_body =        get_P_dot_body();
 237     // Q_dot_body =        get_Q_dot_body();
 238     // R_dot_body =        get_R_dot_body();
 239     V_north =   get_V_north();
 240     V_east =    get_V_east();
 241     V_down =    get_V_down();
 242     // V_north_rel_ground =        get_V_north_rel_ground();
 243     // V_east_rel_ground = get_V_east_rel_ground();
 244     // V_down_rel_ground = get_V_down_rel_ground();
 245     // V_north_airmass =   get_V_north_airmass();
 246     // V_east_airmass =    get_V_east_airmass();
 247     // V_down_airmass =    get_V_down_airmass();
 248     // V_north_rel_airmass =       get_V_north_rel_airmass();
 249     // V_east_rel_airmass =        get_V_east_rel_airmass();
 250     // V_down_rel_airmass =        get_V_down_rel_airmass();
 251     // U_gust =    get_U_gust();
 252     // V_gust =    get_V_gust();
 253     // W_gust =    get_W_gust();
 254     // U_body =    get_U_body();
 255     // V_body =    get_V_body();
 256     // W_body =    get_W_body();
 257     // V_rel_wind =        get_V_rel_wind();
 258     // V_true_kts =        get_V_true_kts();
 259     // V_rel_ground =      get_V_rel_ground();
 260     // V_inertial =        get_V_inertial();
 261     // V_ground_speed =    get_V_ground_speed();
 262     // V_equiv =   get_V_equiv();
 263     // V_equiv_kts =       get_V_equiv_kts();
 264     // V_calibrated =      get_V_calibrated();
 265     // V_calibrated_kts =  get_V_calibrated_kts();
 266     P_body =    get_P_body();
 267     Q_body =    get_Q_body();
 268     R_body =    get_R_body();
 269     // P_local =   get_P_local();
 270     // Q_local =   get_Q_local();
 271     // R_local =   get_R_local();
 272     // P_total =   get_P_total();
 273     // Q_total =   get_Q_total();
 274     // R_total =   get_R_total();
 275     // Phi_dot =   get_Phi_dot();
 276     // Theta_dot = get_Theta_dot();
 277     // Psi_dot =   get_Psi_dot();
 278     // Latitude_dot =      get_Latitude_dot();
 279     // Longitude_dot =     get_Longitude_dot();
 280     // Radius_dot =        get_Radius_dot();
 281     Lat_geocentric =    get_Lat_geocentric();
 282     Lon_geocentric =    get_Lon_geocentric();
 283     Radius_to_vehicle = get_Radius_to_vehicle();
 284     Latitude =  get_Latitude();
 285     Longitude = get_Longitude();
 286     Altitude =  get_Altitude();
 287     Phi =       get_Phi();
 288     Theta =     get_Theta();
 289     Psi =       get_Psi();
 290     // T_local_to_body_11 =        get_T_local_to_body_11();
 291     // T_local_to_body_12 =        get_T_local_to_body_12();
 292     // T_local_to_body_13 =        get_T_local_to_body_13();
 293     // T_local_to_body_21 =        get_T_local_to_body_21();
 294     // T_local_to_body_22 =        get_T_local_to_body_22();
 295     // T_local_to_body_23 =        get_T_local_to_body_23();
 296     // T_local_to_body_31 =        get_T_local_to_body_31();
 297     // T_local_to_body_32 =        get_T_local_to_body_32();
 298     // T_local_to_body_33 =        get_T_local_to_body_33();
 299     // Gravity =   get_Gravity();
 300     // Centrifugal_relief =        get_Centrifugal_relief();
 301     // Alpha =     get_Alpha();
 302     // Beta =      get_Beta();
 303     // Alpha_dot = get_Alpha_dot();
 304     // Beta_dot =  get_Beta_dot();
 305     // Cos_alpha = get_Cos_alpha();
 306     // Sin_alpha = get_Sin_alpha();
 307     // Cos_beta =  get_Cos_beta();
 308     // Sin_beta =  get_Sin_beta();
 309     // Cos_phi =   get_Cos_phi();
 310     // Sin_phi =   get_Sin_phi();
 311     // Cos_theta = get_Cos_theta();
 312     // Sin_theta = get_Sin_theta();
 313     // Cos_psi =   get_Cos_psi();
 314     // Sin_psi =   get_Sin_psi();
 315     // Gamma_vert_rad =    get_Gamma_vert_rad();
 316     // Gamma_horiz_rad =   get_Gamma_horiz_rad();
 317     // Sigma =     get_Sigma();
 318     // Density =   get_Density();
 319     // V_sound =   get_V_sound();
 320     // Mach_number =       get_Mach_number();
 321     // Static_pressure =   get_Static_pressure();
 322     // Total_pressure =    get_Total_pressure();
 323     // Impact_pressure =   get_Impact_pressure();
 324     // Dynamic_pressure =  get_Dynamic_pressure();
 325     // Static_temperature =        get_Static_temperature();
 326     // Total_temperature = get_Total_temperature();
 327     Sea_level_radius =  get_Sea_level_radius();
 328     Earth_position_angle =      get_Earth_position_angle();
 329     Runway_altitude =   get_Runway_altitude();
 330     // Runway_latitude =   get_Runway_latitude();
 331     // Runway_longitude =  get_Runway_longitude();
 332     // Runway_heading =    get_Runway_heading();
 333     // Radius_to_rwy =     get_Radius_to_rwy();
 334     // D_cg_north_of_rwy = get_D_cg_north_of_rwy();
 335     // D_cg_east_of_rwy =  get_D_cg_east_of_rwy();
 336     // D_cg_above_rwy =    get_D_cg_above_rwy();
 337     // X_cg_rwy =  get_X_cg_rwy();
 338     // Y_cg_rwy =  get_Y_cg_rwy();
 339     // H_cg_rwy =  get_H_cg_rwy();
 340     // D_pilot_north_of_rwy =      get_D_pilot_north_of_rwy();
 341     // D_pilot_east_of_rwy =       get_D_pilot_east_of_rwy();
 342     // D_pilot_above_rwy = get_D_pilot_above_rwy();
 343     // X_pilot_rwy =       get_X_pilot_rwy();
 344     // Y_pilot_rwy =       get_Y_pilot_rwy();
 345     // H_pilot_rwy =       get_H_pilot_rwy();
 346
 347     return 1;
 348 }
 349
 350
 351 // Convert from the LaRCsim generic_ struct to the FGInterface struct
 352 int FGLaRCsim::copy_from_LaRCsim() {
 353
 354     // Mass properties and geometry values
 355     set_Inertias( Mass, I_xx, I_yy, I_zz, I_xz );
 356     // set_Pilot_Location( Dx_pilot, Dy_pilot, Dz_pilot );
 357     set_CG_Position( Dx_cg, Dy_cg, Dz_cg );
 358
 359     // Forces
 360     // set_Forces_Body_Total( F_X, F_Y, F_Z );
 361     // set_Forces_Local_Total( F_north, F_east, F_down );
 362     // set_Forces_Aero( F_X_aero, F_Y_aero, F_Z_aero );
 363     // set_Forces_Engine( F_X_engine, F_Y_engine, F_Z_engine );
 364     // set_Forces_Gear( F_X_gear, F_Y_gear, F_Z_gear );
 365
 366     // Moments
 367     // set_Moments_Total_RP( M_l_rp, M_m_rp, M_n_rp );
 368     // set_Moments_Total_CG( M_l_cg, M_m_cg, M_n_cg );
 369     // set_Moments_Aero( M_l_aero, M_m_aero, M_n_aero );
 370     // set_Moments_Engine( M_l_engine, M_m_engine, M_n_engine );
 371     // set_Moments_Gear( M_l_gear, M_m_gear, M_n_gear );
 372
 373     // Accelerations
 374     set_Accels_Local( V_dot_north, V_dot_east, V_dot_down );
 375     set_Accels_Body( U_dot_body, V_dot_body, W_dot_body );
 376     set_Accels_CG_Body( A_X_cg, A_Y_cg, A_Z_cg );
 377     set_Accels_Pilot_Body( A_X_pilot, A_Y_pilot, A_Z_pilot );
 378     // set_Accels_CG_Body_N( N_X_cg, N_Y_cg, N_Z_cg );
 379     // set_Accels_Pilot_Body_N( N_X_pilot, N_Y_pilot, N_Z_pilot );
 380     // set_Accels_Omega( P_dot_body, Q_dot_body, R_dot_body );
 381
 382     // Velocities
 383     set_Velocities_Local( V_north, V_east, V_down );
 384     // set_Velocities_Ground( V_north_rel_ground, V_east_rel_ground,
 385     //               V_down_rel_ground );
 386     // set_Velocities_Local_Airmass( V_north_airmass, V_east_airmass,
 387     //                      V_down_airmass );
 388     // set_Velocities_Local_Rel_Airmass( V_north_rel_airmass,
 389     //                          V_east_rel_airmass, V_down_rel_airmass );
 390     // set_Velocities_Gust( U_gust, V_gust, W_gust );
 391     set_Velocities_Wind_Body( U_body, V_body, W_body );
 392
 393     // set_V_rel_wind( V_rel_wind );
 394     // set_V_true_kts( V_true_kts );
 395     // set_V_rel_ground( V_rel_ground );
 396     // set_V_inertial( V_inertial );
 397     set_V_ground_speed( V_ground_speed );
 398     // set_V_equiv( V_equiv );
 399     set_V_equiv_kts( V_equiv_kts );
 400     // set_V_calibrated( V_calibrated );
 401     set_V_calibrated_kts( V_calibrated_kts );
 402
 403     set_Omega_Body( P_body, Q_body, R_body );
 404     // set_Omega_Local( P_local, Q_local, R_local );
 405     // set_Omega_Total( P_total, Q_total, R_total );
 406
 407     set_Euler_Rates( Phi_dot, Theta_dot, Psi_dot );
 408     set_Geocentric_Rates( Latitude_dot, Longitude_dot, Radius_dot );
 409
 410     set_Mach_number( Mach_number );
 411
 412     FG_LOG( FG_FLIGHT, FG_DEBUG, "lon = " << Longitude
 413             << " lat_geoc = " << Lat_geocentric << " lat_geod = " << Latitude
 414             << " alt = " << Altitude << " sl_radius = " << Sea_level_radius
 415             << " radius_to_vehicle = " << Radius_to_vehicle );
 416
 417     double tmp_lon_geoc = Lon_geocentric;
 418     while ( tmp_lon_geoc < -FG_PI ) { tmp_lon_geoc += FG_2PI; }
 419     while ( tmp_lon_geoc > FG_PI ) { tmp_lon_geoc -= FG_2PI; }
 420
 421     double tmp_lon = Longitude;
 422     while ( tmp_lon < -FG_PI ) { tmp_lon += FG_2PI; }
 423     while ( tmp_lon > FG_PI ) { tmp_lon -= FG_2PI; }
 424
 425     // Positions
 426     set_Geocentric_Position( Lat_geocentric, tmp_lon_geoc,
 427                                Radius_to_vehicle );
 428     set_Geodetic_Position( Latitude, tmp_lon, Altitude );
 429     set_Euler_Angles( Phi, Theta, Psi );
 430
 431     // Miscellaneous quantities
 432     set_T_Local_to_Body(T_local_to_body_m);
 433     // set_Gravity( Gravity );
 434     // set_Centrifugal_relief( Centrifugal_relief );
 435
 436     set_Alpha( Alpha );
 437     set_Beta( Beta );
 438     // set_Alpha_dot( Alpha_dot );
 439     // set_Beta_dot( Beta_dot );
 440
 441     // set_Cos_alpha( Cos_alpha );
 442     // set_Sin_alpha( Sin_alpha );
 443     // set_Cos_beta( Cos_beta );
 444     // set_Sin_beta( Sin_beta );
 445
 446     set_Cos_phi( Cos_phi );
 447     // set_Sin_phi( Sin_phi );
 448     set_Cos_theta( Cos_theta );
 449     // set_Sin_theta( Sin_theta );
 450     // set_Cos_psi( Cos_psi );
 451     // set_Sin_psi( Sin_psi );
 452
 453     set_Gamma_vert_rad( Gamma_vert_rad );
 454     // set_Gamma_horiz_rad( Gamma_horiz_rad );
 455
 456     // set_Sigma( Sigma );
 457     set_Density( Density );
 458     // set_V_sound( V_sound );
 459     // set_Mach_number( Mach_number );
 460
 461     set_Static_pressure( Static_pressure );
 462     // set_Total_pressure( Total_pressure );
 463     // set_Impact_pressure( Impact_pressure );
 464     // set_Dynamic_pressure( Dynamic_pressure );
 465
 466     set_Static_temperature( Static_temperature );
 467     // set_Total_temperature( Total_temperature );
 468
 469     set_Sea_level_radius( Sea_level_radius );
 470     set_Earth_position_angle( Earth_position_angle );
 471
 472     set_Runway_altitude( Runway_altitude );
 473     // set_Runway_latitude( Runway_latitude );
 474     // set_Runway_longitude( Runway_longitude );
 475     // set_Runway_heading( Runway_heading );
 476     // set_Radius_to_rwy( Radius_to_rwy );
 477
 478     // set_CG_Rwy_Local( D_cg_north_of_rwy, D_cg_east_of_rwy, D_cg_above_rwy);
 479     // set_CG_Rwy_Rwy( X_cg_rwy, Y_cg_rwy, H_cg_rwy );
 480     // set_Pilot_Rwy_Local( D_pilot_north_of_rwy, D_pilot_east_of_rwy,
 481     //                        D_pilot_above_rwy );
 482     // set_Pilot_Rwy_Rwy( X_pilot_rwy, Y_pilot_rwy, H_pilot_rwy );
 483
 484     set_sin_lat_geocentric(Lat_geocentric);
 485     set_cos_lat_geocentric(Lat_geocentric);
 486     set_sin_cos_longitude(Longitude);
 487     set_sin_cos_latitude(Latitude);
 488
 489     // printf("sin_lat_geo %f  cos_lat_geo %f\n", sin_Lat_geoc, cos_Lat_geoc);
 490     // printf("sin_lat     %f  cos_lat     %f\n",
 491     //        get_sin_latitude(), get_cos_latitude());
 492     // printf("sin_lon     %f  cos_lon     %f\n",
 493     //        get_sin_longitude(), get_cos_longitude());
 494
 495     return 1;
 496 }