source: flair-src/trunk/lib/FlairSimulator/src/X8.cpp @ 157

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