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Line 
1// %flair:license{
2// This file is part of the Flair framework distributed under the
3// CECILL-C License, Version 1.0.
4// %flair:license}
5//  created:    2012/08/21
6//  filename:   X4.cpp
7//
8//  author:     Osamah Saif, Guillaume Sanahuja
9//              Copyright Heudiasyc UMR UTC/CNRS 7253
10//
11//  version:    $Id: $
12//
13//  purpose:    classe definissant un x4
14//
15/*********************************************************************/
16
17#include "X4.h"
18#include "Simulator.h"
19#include <SimuBldc.h>
20#include <TabWidget.h>
21#include <Tab.h>
22#include <DoubleSpinBox.h>
23#include <GroupBox.h>
24#include <math.h>
25#ifdef GL
26#include <ISceneManager.h>
27#include "Blade.h"
28#include "MeshSceneNode.h"
29#include "Gui.h"
30#include <Mutex.h>
31#endif
32
33#define K_MOT 0.4f    // blade animation
34#define G (float)9.81 // gravity ( N/(m/s²) )
35
36#ifdef GL
37using namespace irr::video;
38using namespace irr::scene;
39using namespace irr::core;
40#endif
41using namespace flair::core;
42using namespace flair::gui;
43using namespace flair::actuator;
44
45namespace flair {
46namespace simulator {
47
48X4::X4(const Simulator *parent, std::string name, int dev_id)
49    : Model(parent, name) {
50  Tab *setup_tab = new Tab(GetTabWidget(), "model");
51  m = new DoubleSpinBox(setup_tab->NewRow(), "mass (kg):", 0, 20, 0.1);
52  arm_length = new DoubleSpinBox(setup_tab->LastRowLastCol(), "arm length (m):",
53                                 0, 2, 0.1);
54  // l_cg=new DoubleSpinBox(setup_tab,"position G
55  // (m):",0,2,-0.5,0.5,0.02);//position du centre de gravité/centre de poussé
56  k_mot =
57      new DoubleSpinBox(setup_tab->NewRow(), "k_mot:", 0, 1, 0.001,
58                        3); // vitesse rotation² (unité arbitraire) -> force (N)
59  c_mot = new DoubleSpinBox(
60      setup_tab->LastRowLastCol(), "c_mot:", 0, 1, 0.001,
61      3); // vitesse rotation moteur -> couple (N.m/unité arbitraire)
62  f_air_vert = new DoubleSpinBox(setup_tab->NewRow(), "f_air_vert:", 0, 10,
63                                 1); // frottements air depl. vertical, aussi
64                                     // utilisé pour les rotations ( N/(m/s) )
65                                     // (du aux helices en rotation)
66  f_air_lat =
67      new DoubleSpinBox(setup_tab->LastRowLastCol(), "f_air_lat:", 0, 10,
68                        1); // frottements air deplacements lateraux ( N/(m/s) )
69  j_roll = new DoubleSpinBox(setup_tab->NewRow(), "j_roll:", 0, 1, 0.001,
70                             5); // moment d'inertie d'un axe (N.m.s²/rad)
71  j_pitch =
72      new DoubleSpinBox(setup_tab->LastRowLastCol(), "j_pitch:", 0, 1, 0.001,
73                        5); // moment d'inertie d'un axe (N.m.s²/rad)
74  j_yaw = new DoubleSpinBox(setup_tab->LastRowLastCol(), "j_yaw:", 0, 1, 0.001,
75                            5); // moment d'inertie d'un axe (N.m.s²/rad)
76
77  motors = new SimuBldc(this, name, 4, dev_id);
78}
79
80X4::~X4() {
81  // les objets irrlicht seront automatiquement detruits (moteurs, helices,
82  // pales) par parenté
83}
84
85#ifdef GL
86
87void X4::Draw(void) {
88  // create unite (1m=100cm) UAV; scale will be adapted according to arm_length
89  // parameter
90  // note that the frame used is irrlicht one:
91  // left handed, North East Up
92  const IGeometryCreator *geo;
93  geo = getGui()->getSceneManager()->getGeometryCreator();
94
95  // cylinders are aligned with y axis
96  red_arm = geo->createCylinderMesh(2.5, 100, 16, SColor(0, 255, 0, 0));
97  black_arm = geo->createCylinderMesh(2.5, 100, 16, SColor(0, 128, 128, 128));
98  motor = geo->createCylinderMesh(7.5, 15, 16); //,SColor(0, 128, 128, 128));
99  // geo->drop();
100
101  ITexture *texture = getGui()->getTexture("carbone.jpg");
102  fl_arm = new MeshSceneNode(this, red_arm, vector3df(0, 0, 0),
103                             vector3df(0, 0, -135));
104  fr_arm = new MeshSceneNode(this, red_arm, vector3df(0, 0, 0),
105                             vector3df(0, 0, -45));
106  rl_arm = new MeshSceneNode(this, black_arm, vector3df(0, 0, 0),
107                             vector3df(0, 0, 135), texture);
108  rr_arm = new MeshSceneNode(this, black_arm, vector3df(0, 0, 0),
109                             vector3df(0, 0, 45), texture);
110
111  texture = getGui()->getTexture("metal047.jpg");
112  fl_motor = new MeshSceneNode(this, motor, vector3df(70.71, -70.71, 2.5),
113                               vector3df(90, 0, 0), texture);
114  fr_motor = new MeshSceneNode(this, motor, vector3df(70.71, 70.71, 2.5),
115                               vector3df(90, 0, 0), texture);
116  rl_motor = new MeshSceneNode(this, motor, vector3df(-70.71, -70.71, 2.5),
117                               vector3df(90, 0, 0), texture);
118  rr_motor = new MeshSceneNode(this, motor, vector3df(-70.71, 70.71, 2.5),
119                               vector3df(90, 0, 0), texture);
120
121  fl_blade = new Blade(this, vector3df(70.71, -70.71, 17.5));
122  fr_blade = new Blade(this, vector3df(70.71, 70.71, 17.5), true);
123  rl_blade = new Blade(this, vector3df(-70.71, -70.71, 17.5), true);
124  rr_blade = new Blade(this, vector3df(-70.71, 70.71, 17.5));
125
126  motor_speed_mutex = new Mutex(this);
127  for (int i = 0; i < 4; i++)
128    motor_speed[i] = 0;
129  ExtraDraw();
130}
131
132void X4::AnimateModel(void) {
133  motor_speed_mutex->GetMutex();
134  fl_blade->SetRotationSpeed(K_MOT * motor_speed[0]);
135  fr_blade->SetRotationSpeed(-K_MOT * motor_speed[1]);
136  rl_blade->SetRotationSpeed(-K_MOT * motor_speed[2]);
137  rr_blade->SetRotationSpeed(K_MOT * motor_speed[3]);
138  motor_speed_mutex->ReleaseMutex();
139
140  // adapt UAV size
141  if (arm_length->ValueChanged() == true) {
142    setScale(arm_length->Value());
143  }
144}
145
146size_t X4::dbtSize(void) const {
147  return 6 * sizeof(float) + 4 * sizeof(float); // 6ddl+4helices
148}
149
150void X4::WritedbtBuf(
151    char *dbtbuf) { /*
152                       float *buf=(float*)dbtbuf;
153                       vector3df vect=getPosition();
154                       memcpy(buf,&vect.X,sizeof(float));
155                       buf++;
156                       memcpy(buf,&vect.Y,sizeof(float));
157                       buf++;
158                       memcpy(buf,&vect.Z,sizeof(float));
159                       buf++;
160                       vect=getRotation();
161                       memcpy(buf,&vect.X,sizeof(float));
162                       buf++;
163                       memcpy(buf,&vect.Y,sizeof(float));
164                       buf++;
165                       memcpy(buf,&vect.Z,sizeof(float));
166                       buf++;
167                       memcpy(buf,&motors,sizeof(rtsimu_motors));*/
168}
169
170void X4::ReaddbtBuf(
171    char *dbtbuf) { /*
172                       float *buf=(float*)dbtbuf;
173                       vector3df vect;
174                       memcpy(&vect.X,buf,sizeof(float));
175                       buf++;
176                       memcpy(&vect.Y,buf,sizeof(float));
177                       buf++;
178                       memcpy(&vect.Z,buf,sizeof(float));
179                       buf++;
180                       setPosition(vect);
181                       memcpy(&vect.X,buf,sizeof(float));
182                       buf++;
183                       memcpy(&vect.Y,buf,sizeof(float));
184                       buf++;
185                       memcpy(&vect.Z,buf,sizeof(float));
186                       buf++;
187                       ((ISceneNode*)(this))->setRotation(vect);
188                       memcpy(&motors,buf,sizeof(rtsimu_motors));
189                       AnimateModele();*/
190}
191#endif // GL
192
193// states are computed on fixed frame NED
194// x north
195// y east
196// z down
197void X4::CalcModel(void) {
198  float fl_speed, fr_speed, rl_speed, rr_speed;
199  float u_roll, u_pitch, u_yaw, u_thrust;
200#ifdef GL
201  motor_speed_mutex->GetMutex();
202#endif // GL
203  motors->GetSpeeds(motor_speed);
204#ifdef GL
205  motor_speed_mutex->ReleaseMutex();
206#endif // GL
207  fl_speed = motor_speed[0];
208  fr_speed = motor_speed[1];
209  rl_speed = motor_speed[2];
210  rr_speed = motor_speed[3];
211
212  /*
213      ** ===================================================================
214      **    u roll: roll torque
215      **
216      ** ===================================================================
217      */
218  u_roll = arm_length->Value() * k_mot->Value() *
219           (fl_speed * fl_speed + rl_speed * rl_speed - fr_speed * fr_speed -
220            rr_speed * rr_speed) *
221           sqrtf(2) / 2;
222
223  /// Classical Nonlinear model of a quadrotor ( This is the w_x angular speed
224  /// of the quadri in the body frame). It is a discrete integrator
225  state[0].W.x =
226      (dT() / j_roll->Value()) *
227          ((j_yaw->Value() - j_pitch->Value()) * state[-1].W.y * state[-1].W.z +
228           u_roll) +
229      state[-1].W.x;
230
231  // u_roll=arm_length->Value()*k_mot->Value()*(fl_speed*fl_speed+rl_speed*rl_speed-fr_speed*fr_speed-rr_speed*rr_speed)*sqrtf(2)/2;
232  // state[0].W.x=(dT()/j_roll->Value())*(u_roll-m->Value()*G*l_cg->Value()*sinf(state[-2].W.x)-f_air_vert->Value()*arm_length->Value()*arm_length->Value()*state[-1].W.x)+state[-1].W.x;
233
234  /*
235  ** ===================================================================
236  **   u pitch : pitch torque
237  **
238  ** ===================================================================
239  */
240  u_pitch = arm_length->Value() * k_mot->Value() *
241            (fl_speed * fl_speed + fr_speed * fr_speed - rl_speed * rl_speed -
242             rr_speed * rr_speed) *
243            sqrtf(2) / 2;
244
245  /// Classical Nonlinear model of a quadrotor ( This is the w_y angular speed
246  /// of the quadri in the body frame). It is a discrete integrator
247  state[0].W.y =
248      (dT() / j_pitch->Value()) *
249          ((j_roll->Value() - j_yaw->Value()) * state[-1].W.x * state[-1].W.z +
250           u_pitch) +
251      state[-1].W.y;
252
253  // u_pitch=arm_length->Value()*k_mot->Value()*(fl_speed*fl_speed+fr_speed*fr_speed-rl_speed*rl_speed-rr_speed*rr_speed)*sqrtf(2)/2;
254  // state[0].W.y=(dT()/j_pitch->Value())*(u_pitch-m->Value()*G*l_cg->Value()*sinf(state[-2].W.y)-f_air_vert->Value()*arm_length->Value()*arm_length->Value()*state[-1].W.y)+state[-1].W.y;
255
256  /*
257  ** ===================================================================
258  **    u yaw : yaw torque
259  **
260  ** ===================================================================
261  */
262  u_yaw = c_mot->Value() * (fl_speed * fl_speed + rr_speed * rr_speed -
263                            fr_speed * fr_speed - rl_speed * rl_speed);
264
265  /// Classical Nonlinear model of a quadrotor ( This is the w_z angular speed
266  /// of the quadri in the body frame). It is a discrete integrator
267  state[0].W.z = (dT() / j_yaw->Value()) * u_yaw + state[-1].W.z;
268
269  // u_yaw=c_mot->Value()*(fl_speed*fl_speed+rr_speed*rr_speed-fr_speed*fr_speed-rl_speed*rl_speed);
270  // state[0].W.z=(dT()/j_yaw->Value())*(u_yaw-f_air_lat->Value()*state[-1].W.z)+state[-1].W.z;
271
272  // compute quaternion from W
273  // Quaternion derivative: dQ = 0.5*(Q*Qw)
274  Quaternion dQ = state[-1].Quat.GetDerivative(state[0].W);
275
276  // Quaternion integration
277  state[0].Quat = state[-1].Quat + dQ * dT();
278  state[0].Quat.Normalize();
279
280  // Calculation of the thrust from the reference speed of motors
281  u_thrust = k_mot->Value() * (fl_speed * fl_speed + fr_speed * fr_speed +
282                               rl_speed * rl_speed + rr_speed * rr_speed);
283  Vector3D vect(0, 0, -u_thrust);
284  vect.Rotate(state[0].Quat);
285
286  /*
287      ** ===================================================================
288      **     x double integrator
289      **
290      ** ===================================================================
291      */
292  state[0].Pos.x =
293      (dT() * dT() / m->Value()) *
294          (vect.x -
295           f_air_lat->Value() * (state[-1].Pos.x - state[-2].Pos.x) / dT()) +
296      2 * state[-1].Pos.x - state[-2].Pos.x;
297  state[0].Vel.x = (state[0].Pos.x - state[-1].Pos.x) / dT();
298
299  /*
300  ** ===================================================================
301  **     y double integrator
302  **
303  ** ===================================================================
304  */
305  state[0].Pos.y =
306      (dT() * dT() / m->Value()) *
307          (vect.y -
308           f_air_lat->Value() * (state[-1].Pos.y - state[-2].Pos.y) / dT()) +
309      2 * state[-1].Pos.y - state[-2].Pos.y;
310  state[0].Vel.y = (state[0].Pos.y - state[-1].Pos.y) / dT();
311
312  /*
313  ** ===================================================================
314  **     z double integrator
315  **
316  ** ===================================================================
317  */
318  state[0].Pos.z =
319      (dT() * dT() / m->Value()) *
320          (vect.z +
321           f_air_vert->Value() * (state[-1].Pos.z - state[-2].Pos.z) / dT() +
322           m->Value() * G) +
323      2 * state[-1].Pos.z - state[-2].Pos.z;
324  state[0].Vel.z = (state[0].Pos.z - state[-1].Pos.z) / dT();
325
326#ifndef GL
327  if (state[0].Pos.z < 0)
328    state[0].Pos.z = 0;
329#endif
330}
331
332} // end namespace simulator
333} // end namespace flair
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.