source: flair-src/trunk/lib/FlairSimulator/src/X8.cpp @ 158

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[10]1// %flair:license{
[15]2// This file is part of the Flair framework distributed under the
3// CECILL-C License, Version 1.0.
[10]4// %flair:license}
[8]5//  created:    2014/04/03
6//  filename:   X8.cpp
7//
8//  author:     Majd Saied, Guillaume Sanahuja
9//              Copyright Heudiasyc UMR UTC/CNRS 7253
10//
11//  version:    $Id: $
12//
13//  purpose:    classe definissant un X8
14//
15/*********************************************************************/
16
17#include "X8.h"
18#include <SimuBldc.h>
19#include <TabWidget.h>
20#include <Tab.h>
21#include <DoubleSpinBox.h>
22#include <GroupBox.h>
23#include <math.h>
24#ifdef GL
25#include <ISceneManager.h>
26#include "Blade.h"
27#include "MeshSceneNode.h"
28#include "Gui.h"
29#include <Mutex.h>
30#endif
31
[15]32#define K_MOT 0.4f    // blade animation
33#define G (float)9.81 // gravity ( N/(m/s²) )
[8]34
35#ifdef GL
36using namespace irr::video;
37using namespace irr::scene;
38using namespace irr::core;
39#endif
40using namespace flair::core;
41using namespace flair::gui;
42using namespace flair::actuator;
43
[15]44namespace flair {
45namespace simulator {
[8]46
[158]47X8::X8(std::string name, uint32_t modelId): Model( name,modelId) {
[15]48  Tab *setup_tab = new Tab(GetTabWidget(), "model");
49  m = new DoubleSpinBox(setup_tab->NewRow(), "mass (kg):", 0, 20, 0.1);
50  arm_length = new DoubleSpinBox(setup_tab->LastRowLastCol(), "arm length (m):",
51                                 0, 2, 0.1);
52  l_cg = new DoubleSpinBox(
53      setup_tab->LastRowLastCol(), "position G (m):", -0.5, 0.5,
54      0.02); // position du centre de gravité/centre de poussé
55  k_mot =
56      new DoubleSpinBox(setup_tab->NewRow(), "k_mot:", 0, 1, 0.001,
57                        3); // vitesse rotation² (unité arbitraire) -> force (N)
58  c_mot = new DoubleSpinBox(
59      setup_tab->LastRowLastCol(), "c_mot:", 0, 1, 0.001,
60      3); // vitesse rotation moteur -> couple (N.m/unité arbitraire)
61  f_air_vert = new DoubleSpinBox(setup_tab->NewRow(), "f_air_vert:", 0, 10,
62                                 1); // frottements air depl. vertical, aussi
63                                     // utilisé pour les rotations ( N/(m/s) )
64                                     // (du aux helices en rotation)
65  f_air_lat =
66      new DoubleSpinBox(setup_tab->LastRowLastCol(), "f_air_lat:", 0, 10,
67                        1); // frottements air deplacements lateraux ( N/(m/s) )
68  j_roll = new DoubleSpinBox(setup_tab->NewRow(), "j_roll:", 0, 1, 0.001,
69                             5); // moment d'inertie d'un axe (N.m.s²/rad)
70  j_pitch =
71      new DoubleSpinBox(setup_tab->LastRowLastCol(), "j_pitch:", 0, 1, 0.001,
72                        5); // moment d'inertie d'un axe (N.m.s²/rad)
73  j_yaw = new DoubleSpinBox(setup_tab->LastRowLastCol(), "j_yaw:", 0, 1, 0.001,
74                            5); // moment d'inertie d'un axe (N.m.s²/rad)
75  j_r = new DoubleSpinBox(setup_tab->NewRow(), "j_r:", 0, 1,
76                          0.001); // moment des helices (N.m.s²/rad)
77  sigma = new DoubleSpinBox(
78      setup_tab->LastRowLastCol(), "sigma:", 0, 1,
79      0.1); // coefficient de perte d efficacite aerodynamique (sans unite)
80  S = new DoubleSpinBox(
81      setup_tab->LastRowLastCol(), "S:", 1, 2,
82      0.1); // coefficient de forme des helices 1<S=1+Ss/Sprop<2 (sans unite)
[8]83
[158]84  motors = new SimuBldc(this, name, 8, modelId,0);
[157]85 
86  SetIsReady(true);
[8]87}
88
[15]89void X8::Draw() {
[8]90#ifdef GL
91
[15]92  // create unite (1m=100cm) UAV; scale will be adapted according to arm_length
93  // parameter
94  // note that the frame used is irrlicht one:
95  // left handed, North East Up
[8]96
[15]97  const IGeometryCreator *geo;
98  geo = getGui()->getSceneManager()->getGeometryCreator();
[8]99
[15]100  // cylinders are aligned with y axis
[158]101  IMesh *red_arm = geo->createCylinderMesh(2.5, 100, 16, SColor(0, 255, 0, 0));
102  IMesh *black_arm = geo->createCylinderMesh(2.5, 100, 16, SColor(0, 128, 128, 128));
103  IMesh *motor = geo->createCylinderMesh(7.5, 15, 16); //,SColor(0, 128, 128, 128));
[15]104  // geo->drop();
[8]105
[15]106  ITexture *texture = getGui()->getTexture("carbone.jpg");
[158]107  MeshSceneNode *fl_arm = new MeshSceneNode(this, red_arm, vector3df(0, 0, 0),
[15]108                             vector3df(0, 0, -135));
[158]109  MeshSceneNode *fr_arm = new MeshSceneNode(this, red_arm, vector3df(0, 0, 0),
[15]110                             vector3df(0, 0, -45));
[158]111  MeshSceneNode *rl_arm = new MeshSceneNode(this, black_arm, vector3df(0, 0, 0),
[15]112                             vector3df(0, 0, 135), texture);
[158]113  MeshSceneNode *rr_arm = new MeshSceneNode(this, black_arm, vector3df(0, 0, 0),
[15]114                             vector3df(0, 0, 45), texture);
[8]115
[15]116  texture = getGui()->getTexture("metal047.jpg");
[158]117  MeshSceneNode *tfl_motor = new MeshSceneNode(this, motor, vector3df(70.71, -70.71, 2.5),
[15]118                                vector3df(90, 0, 0), texture);
[158]119  MeshSceneNode *tfr_motor = new MeshSceneNode(this, motor, vector3df(70.71, 70.71, 2.5),
[15]120                                vector3df(90, 0, 0), texture);
[158]121  MeshSceneNode *trl_motor = new MeshSceneNode(this, motor, vector3df(-70.71, -70.71, 2.5),
[15]122                                vector3df(90, 0, 0), texture);
[158]123  MeshSceneNode *trr_motor = new MeshSceneNode(this, motor, vector3df(-70.71, 70.71, 2.5),
[15]124                                vector3df(90, 0, 0), texture);
[8]125
[158]126  MeshSceneNode *bfl_motor = new MeshSceneNode(this, motor, vector3df(70.71, -70.71, -17.5),
[15]127                                vector3df(90, 0, 0), texture);
[158]128  MeshSceneNode *bfr_motor = new MeshSceneNode(this, motor, vector3df(70.71, 70.71, -17.5),
[15]129                                vector3df(90, 0, 0), texture);
[158]130  MeshSceneNode *brl_motor = new MeshSceneNode(this, motor, vector3df(-70.71, -70.71, -17.5),
[15]131                                vector3df(90, 0, 0), texture);
[158]132  MeshSceneNode *brr_motor = new MeshSceneNode(this, motor, vector3df(-70.71, 70.71, -17.5),
[15]133                                vector3df(90, 0, 0), texture);
[8]134
[15]135  tfl_blade = new Blade(this, vector3df(70.71, -70.71, 17.5));
136  tfr_blade = new Blade(this, vector3df(70.71, 70.71, 17.5), true);
137  trl_blade = new Blade(this, vector3df(-70.71, -70.71, 17.5), true);
138  trr_blade = new Blade(this, vector3df(-70.71, 70.71, 17.5));
[8]139
[15]140  bfl_blade = new Blade(this, vector3df(70.71, -70.71, -17.5));
141  bfr_blade = new Blade(this, vector3df(70.71, 70.71, -17.5), true);
142  brl_blade = new Blade(this, vector3df(-70.71, -70.71, -17.5), true);
143  brr_blade = new Blade(this, vector3df(-70.71, 70.71, -17.5));
[8]144
[15]145  motor_speed_mutex = new Mutex(this);
146  for (int i = 0; i < 8; i++)
147    motor_speed[i] = 0;
148  ExtraDraw();
149#endif
[8]150}
151
[15]152X8::~X8() {
153  // les objets irrlicht seront automatiquement detruits (moteurs, helices,
154  // pales) par parenté
[8]155}
156
157#ifdef GL
[15]158void X8::AnimateModel(void) {
159  motor_speed_mutex->GetMutex();
160  tfl_blade->SetRotationSpeed(K_MOT * motor_speed[0]);
161  tfr_blade->SetRotationSpeed(-K_MOT * motor_speed[1]);
162  trl_blade->SetRotationSpeed(-K_MOT * motor_speed[2]);
163  trr_blade->SetRotationSpeed(K_MOT * motor_speed[3]);
[8]164
[15]165  bfl_blade->SetRotationSpeed(-K_MOT * motor_speed[4]);
166  bfr_blade->SetRotationSpeed(K_MOT * motor_speed[5]);
167  brl_blade->SetRotationSpeed(K_MOT * motor_speed[6]);
168  brr_blade->SetRotationSpeed(-K_MOT * motor_speed[7]);
169  motor_speed_mutex->ReleaseMutex();
[8]170
[15]171  // adapt UAV size
172  if (arm_length->ValueChanged() == true) {
173    setScale(arm_length->Value());
174  }
[8]175}
176
[15]177size_t X8::dbtSize(void) const {
178  return 6 * sizeof(float) + 4 * sizeof(float); // 6ddl+4helices
[8]179}
180
[15]181void X8::WritedbtBuf(
182    char *dbtbuf) { /*
183                       float *buf=(float*)dbtbuf;
184                       vector3df vect=getPosition();
185                       memcpy(buf,&vect.X,sizeof(float));
186                       buf++;
187                       memcpy(buf,&vect.Y,sizeof(float));
188                       buf++;
189                       memcpy(buf,&vect.Z,sizeof(float));
190                       buf++;
191                       vect=getRotation();
192                       memcpy(buf,&vect.X,sizeof(float));
193                       buf++;
194                       memcpy(buf,&vect.Y,sizeof(float));
195                       buf++;
196                       memcpy(buf,&vect.Z,sizeof(float));
197                       buf++;
198                       memcpy(buf,&motors,sizeof(rtsimu_motors));*/
[8]199}
200
[15]201void X8::ReaddbtBuf(
202    char *dbtbuf) { /*
203                       float *buf=(float*)dbtbuf;
204                       vector3df vect;
205                       memcpy(&vect.X,buf,sizeof(float));
206                       buf++;
207                       memcpy(&vect.Y,buf,sizeof(float));
208                       buf++;
209                       memcpy(&vect.Z,buf,sizeof(float));
210                       buf++;
211                       setPosition(vect);
212                       memcpy(&vect.X,buf,sizeof(float));
213                       buf++;
214                       memcpy(&vect.Y,buf,sizeof(float));
215                       buf++;
216                       memcpy(&vect.Z,buf,sizeof(float));
217                       buf++;
218                       ((ISceneNode*)(this))->setRotation(vect);
219                       memcpy(&motors,buf,sizeof(rtsimu_motors));
220                       AnimateModele();*/
[8]221}
[15]222#endif // GL
[8]223
[15]224// states are computed on fixed frame NED
225// x north
226// y east
227// z down
228void X8::CalcModel(void) {
229  float tfl_speed, tfr_speed, trl_speed, trr_speed;
230  float bfl_speed, bfr_speed, brl_speed, brr_speed;
231  float u_roll, u_pitch, u_yaw, u_thrust;
232  float omega;
[8]233#ifdef GL
[15]234  motor_speed_mutex->GetMutex();
235#endif // GL
236  motors->GetSpeeds(motor_speed);
[8]237#ifdef GL
[15]238  motor_speed_mutex->ReleaseMutex();
239#endif // GL
240  tfl_speed = motor_speed[0];
241  tfr_speed = motor_speed[1];
242  trl_speed = motor_speed[2];
243  trr_speed = motor_speed[3];
244  bfl_speed = motor_speed[4];
245  bfr_speed = motor_speed[5];
246  brl_speed = motor_speed[6];
247  brr_speed = motor_speed[7];
[8]248
[15]249  omega = tfl_speed + brl_speed + trr_speed + bfr_speed - bfl_speed -
250          trl_speed - brr_speed - tfr_speed;
[8]251
[15]252  /*
253      ** ===================================================================
254      **    u roll: roll torque
255      **
256      ** ===================================================================
257      */
[8]258
[15]259  u_roll = arm_length->Value() * k_mot->Value() *
260           (sigma->Value() * tfl_speed * tfl_speed + bfl_speed * bfl_speed +
261            sigma->Value() * trl_speed * trl_speed + brl_speed * brl_speed -
262            sigma->Value() * tfr_speed * tfr_speed - bfr_speed * bfr_speed -
263            sigma->Value() * trr_speed * trr_speed - brr_speed * brr_speed) *
264           sqrtf(2) / 2;
[8]265
[15]266  /// Classical Nonlinear model of a quadrotor ( This is the w_x angular speed
267  /// of the quadri in the body frame). It is a discrete integrator
268  // state[0].W.x=(dT()/j_roll->Value())*((j_yaw->Value()-j_pitch->Value())*state[-1].W.y*state[-1].W.z-j_r->Value()*state[-1].W.y*omega
269  // + u_roll) +state[-1].W.x;//Osamah
270  state[0].W.x =
271      (dT() / j_roll->Value()) *
272          ((j_pitch->Value() - j_yaw->Value()) * state[-1].W.y * state[-1].W.z -
273           j_r->Value() * state[-1].W.y * omega + u_roll) +
274      state[-1].W.x; // Majd
[8]275
[15]276  // 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;
[8]277
[15]278  /*
279  ** ===================================================================
280  **   u pitch : pitch torque
281  **
282  ** ===================================================================
283  */
284  u_pitch = arm_length->Value() * k_mot->Value() *
285            (sigma->Value() * tfl_speed * tfl_speed + bfl_speed * bfl_speed +
286             sigma->Value() * tfr_speed * tfr_speed + bfr_speed * bfr_speed -
287             sigma->Value() * trl_speed * trl_speed - brl_speed * brl_speed -
288             sigma->Value() * trr_speed * trr_speed - brr_speed * brr_speed) *
289            sqrtf(2) / 2;
[8]290
[15]291  /// Classical Nonlinear model of a quadrotor ( This is the w_y angular speed
292  /// of the quadri in the body frame). It is a discrete integrator
293  // state[0].W.y=(dT()/j_pitch->Value())*((j_roll->Value()-j_yaw->Value())*state[-1].W.x*state[-1].W.z-j_r->Value()*state[-1].W.x*omega
294  // + u_pitch)+state[-1].W.y;//Osamah
295  state[0].W.y =
296      (dT() / j_pitch->Value()) *
297          ((j_yaw->Value() - j_roll->Value()) * state[-1].W.x * state[-1].W.z -
298           j_r->Value() * state[-1].W.x * omega + u_pitch) +
299      state[-1].W.y; // Majd
[8]300
[15]301  // 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;
[8]302
[15]303  /*
304  ** ===================================================================
305  **    u yaw : yaw torque
306  **
307  ** ===================================================================
308  */
309  u_yaw = c_mot->Value() * (tfl_speed * tfl_speed - bfl_speed * bfl_speed +
310                            trr_speed * trr_speed - brr_speed * brr_speed -
311                            tfr_speed * tfr_speed + bfr_speed * bfr_speed -
312                            trl_speed * trl_speed + brl_speed * brl_speed);
[8]313
[15]314  /// Classical Nonlinear model of a quadrotor ( This is the w_z angular speed
315  /// of the quadri in the body frame). It is a discrete integrator
316  // state[0].W.z=(dT()/j_yaw->Value())* u_yaw +state[-1].W.z;//Osamah
317  state[0].W.z =
318      (dT() / j_yaw->Value()) * ((j_roll->Value() - j_pitch->Value()) *
319                                     state[-1].W.x * state[-1].W.y +
320                                 u_yaw) +
321      state[-1].W.z; // Majd
[8]322
[15]323  // state[0].W.z=(dT()/j_yaw->Value())*(u_yaw-f_air_lat->Value()*state[-1].W.z)+state[-1].W.z;
[8]324
[15]325  // compute quaternion from W
326  // Quaternion derivative: dQ = 0.5*(Q*Qw)
327  Quaternion dQ = state[-1].Quat.GetDerivative(state[0].W);
[8]328
[15]329  // Quaternion integration
330  state[0].Quat = state[-1].Quat + dQ * dT();
331  state[0].Quat.Normalize();
[8]332
[15]333  // Calculation of the thrust from the reference speed of motors
334  u_thrust =
335      k_mot->Value() * S->Value() *
336      (sigma->Value() * tfl_speed * tfl_speed +
337       sigma->Value() * tfr_speed * tfr_speed +
338       sigma->Value() * trl_speed * trl_speed +
339       sigma->Value() * trr_speed * trr_speed + bfl_speed * bfl_speed +
340       bfr_speed * bfr_speed + brl_speed * brl_speed + brr_speed * brr_speed);
341  Vector3D vect(0, 0, -u_thrust);
342  vect.Rotate(state[0].Quat);
[8]343
[15]344  /*
345      ** ===================================================================
346      **     x double integrator
347      **
348      ** ===================================================================
349      */
350  state[0].Pos.x =
351      (dT() * dT() / m->Value()) *
352          (vect.x -
353           f_air_lat->Value() * (state[-1].Pos.x - state[-2].Pos.x) / dT()) +
354      2 * state[-1].Pos.x - state[-2].Pos.x;
355  state[0].Vel.x = (state[0].Pos.x - state[-1].Pos.x) / dT();
[8]356
[15]357  /*
358      ** ===================================================================
359      **     y double integrator
360      **
361      ** ===================================================================
362      */
363  state[0].Pos.y =
364      (dT() * dT() / m->Value()) *
365          (vect.y -
366           f_air_lat->Value() * (state[-1].Pos.y - state[-2].Pos.y) / dT()) +
367      2 * state[-1].Pos.y - state[-2].Pos.y;
368  state[0].Vel.y = (state[0].Pos.y - state[-1].Pos.y) / dT();
[8]369
[15]370  /*
371  ** ===================================================================
372  **     z double integrator
373  **
374  ** ===================================================================
375  */
376  state[0].Pos.z =
377      (dT() * dT() / m->Value()) *
378          (vect.z +
379           f_air_vert->Value() * (state[-1].Pos.z - state[-2].Pos.z) / dT() +
380           m->Value() * G) +
381      2 * state[-1].Pos.z - state[-2].Pos.z;
382  state[0].Vel.z = (state[0].Pos.z - state[-1].Pos.z) / dT();
[8]383
384#ifndef GL
[15]385  if (state[0].Pos.z < 0)
386    state[0].Pos.z = 0;
[8]387#endif
388}
389
390} // end namespace simulator
391} // end namespace flair
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.