src/Network/ray.cxx

   1 // ray.cxx -- "RayWoodworth" motion chair support
   2 //
   3 // Written by Alexander Perry, started May 2000
   4 //
   5 // Copyright (C) 2000, Alexander Perry, alex.perry@ieee.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/debug/logstream.hxx>
  25 #include <simgear/math/fg_geodesy.hxx>
  26
  27 #include <FDM/flight.hxx>
  28
  29 #include "iochannel.hxx"
  30 #include "ray.hxx"
  31
  32
  33 FGRAY::FGRAY() {
  34         chair_rising = 0.0;
  35         chair_height = 0.0;
  36         chair_heading = 0.0;
  37         chair_vertical[0] = 0.0;
  38         chair_vertical[1] = 0.0;
  39 //      chair_FILE = stderr;
  40         chair_FILE = 0;
  41 }
  42
  43
  44 FGRAY::~FGRAY() {
  45 }
  46
  47
  48 // Ray Woodworth's motion chair has between 3 and 5 axes installed.
  49 // It expects +/- 5V signals for full scale.  In channel order, axes are:
  50 //      roll, pitch, yaw, sway, surge, heave
  51 // The drivers are capable of generating (in the same order)
  52 //      +/- 30deg, 30deg, 15deg, 12in, 12in, 12in
  53 //
  54 // In this code implementation, the voltage outputs are generated
  55 // using a ComputerBoards DDA06/Jr card and the associated Linux driver.
  56 // Data is written to the device /dev/dda06jr-A as byte triplets;
  57 // The first byte is the channel number (0-5 respectively) and
  58 // the remaining two bytes are an unsigned short for the signal.
  59
  60
  61 bool FGRAY::gen_message() {
  62     // cout << "generating RayWoodworth message" << endl;
  63     FGInterface *f = cur_fdm_state;
  64     int axis, subaxis;
  65     const double fullscale[6] = { -0.8, -0.8, -0.25, /* radians */
  66                                   -0.3, -0.3, -0.15  /* meters */ };
  67
  68     /* Figure out how big our timesteps are */
  69     double dt = 0.05; /* seconds */
  70
  71     /* get basic information about gravity */
  72     double grav_acc = -9.81;
  73     double vert_acc = f->get_A_Z_pilot() * 0.3;
  74     if ( -3.0 < vert_acc )
  75         vert_acc = -3.0;
  76
  77     for ( axis = 0; axis < 3; axis++ )
  78     {   /* Compute each angular axis together with the linear
  79            axis which is coupled by smooth coordinated flight
  80         */
  81         double ang_pos;
  82         double lin_pos, lin_acc;
  83
  84         /* Retrieve the desired components */
  85         switch ( axis ) {
  86         case 0: ang_pos = f->get_Phi();
  87                 lin_acc = f->get_A_Y_pilot() * 0.3;
  88                 break;
  89         case 1: ang_pos = f->get_Theta();
  90                 lin_acc = f->get_A_X_pilot() * 0.3;
  91                 break;
  92         case 2: ang_pos = f->get_Psi();
  93                 lin_acc = grav_acc - vert_acc;
  94                 break;
  95         default:
  96                 ang_pos = 0.0;
  97                 lin_acc = 0.0;
  98                 break;
  99         }
 100
 101         /* Make sure the angles are reasonable onscale */
 102         while ( ang_pos < -M_PI ) {
 103                 ang_pos += 2 * M_PI;
 104         }
 105         while ( ang_pos > M_PI ) {
 106                 ang_pos -= 2 * M_PI;
 107         }
 108
 109         /* Tell interested parties what the situation is */
 110         if (chair_FILE) {
 111             fprintf ( chair_FILE, "RAY %s, %8.3f rad %8.3f m/s/s  =>",
 112                       ((axis==0)?"Roll ":((axis==1)?"Pitch":"Yaw  ")),
 113                       ang_pos, lin_acc );
 114         }
 115
 116         /* The upward direction and axis are special cases */
 117         if ( axis == 2 )
 118         {
 119         /* heave */
 120                 /* Integrate vertical acceleration into velocity,
 121                    diluted by 50% and with a 0.2 second high pass */
 122                 chair_rising += ( lin_acc - chair_rising ) * dt * 0.5;
 123                 /* Integrate velocity into position, 0.2 sec high pass */
 124                 chair_height += ( chair_rising - chair_height ) * dt * 0.5;
 125                 lin_pos = chair_height;
 126
 127         /* yaw */
 128                 /* Make sure that we walk through North cleanly */
 129                 if ( fabs ( ang_pos - chair_heading ) > M_PI )
 130                 {       /* Need to swing chair by 360 degrees */
 131                         if ( ang_pos < chair_heading )
 132                                 chair_heading -= 2 * M_PI;
 133                         else    chair_heading += 2 * M_PI;
 134                 }
 135                 /* Remove the chair heading from the true heading */
 136                 ang_pos -= chair_heading;
 137                 /* Wash out the error at 5 sec timeconstant because
 138                    a standard rate turn is 3 deg/sec and the chair
 139                    can represent 15 degrees full scale.  */
 140                 chair_heading += ang_pos * dt * 0.2;
 141                 /* If they turn fast, at 90 deg error subtract 30 deg */
 142                 if ( fabs(ang_pos) > M_PI / 2 )
 143                         chair_heading += ang_pos / 3;
 144
 145         } else
 146         {       /* 3 second low pass to find attitude and gravity vector */
 147                 chair_vertical[axis] += ( dt / 3 ) *
 148                         ( lin_acc / vert_acc + ang_pos
 149                                 - chair_vertical[axis] );
 150                 /* find out how much linear acceleration is left */
 151                 lin_acc -= chair_vertical[axis] * vert_acc;
 152                 /* reposition the pilot tilt relative to the chair */
 153                 ang_pos -= chair_vertical[axis];
 154                 /* integrate linear acceleration into a position */
 155                 lin_pos = lin_acc; /* HACK */
 156         }
 157
 158         /* Tell interested parties what we'll do */
 159         if ( chair_FILE ) {
 160             fprintf ( chair_FILE, "  %8.3f deg %8.3f cm.\n",
 161                       ang_pos * 60.0, lin_pos * 100.0 );
 162         }
 163
 164         /* Write the resulting numbers to the command buffer */
 165         /* The first pass number is linear, second pass is angle */
 166         for ( subaxis = axis; subaxis < 6; subaxis += 3 )
 167         {       unsigned short *dac;
 168                 /* Select the DAC in the command buffer */
 169                 buf [ 3*subaxis ] = subaxis;
 170                 dac = (unsigned short *) ( buf + 1 + 3*subaxis );
 171                 /* Select the relevant number to put there */
 172                 double propose = ( subaxis < 3 ) ? ang_pos : lin_pos;
 173                 /* Scale to the hardware's full scale range */
 174                 propose /= fullscale [ subaxis ];
 175                 /* Use a sine shaped washout on all axes */
 176                 if ( propose < -M_PI / 2 ) *dac = 0x0000; else
 177                 if ( propose >  M_PI / 2 ) *dac = 0xFFFF; else
 178                    *dac = (unsigned short) ( 32767 *
 179                                 ( 1.0 + sin ( propose ) ) );
 180         }
 181
 182         /* That concludes the per-axis calculations */
 183     }
 184
 185     /* Tell the caller what we did */
 186     length = 18;
 187
 188     return true;
 189 }
 190
 191
 192 // parse RUL message
 193 bool FGRAY::parse_message() {
 194     FG_LOG( FG_IO, FG_ALERT, "RAY input not supported" );
 195
 196     return false;
 197 }
 198
 199
 200 // process work for this port
 201 bool FGRAY::process() {
 202     FGIOChannel *io = get_io_channel();
 203
 204     if ( get_direction() == out ) {
 205         gen_message();
 206         if ( ! io->write( buf, length ) ) {
 207             FG_LOG( FG_IO, FG_ALERT, "Error writing data." );
 208             return false;
 209         }
 210     } else if ( get_direction() == in ) {
 211         FG_LOG( FG_IO, FG_ALERT, "in direction not supported for RAY." );
 212         return false;
 213     }
 214
 215     return true;
 216 }