JSBsim/FGRotation.cpp

   1 /*******************************************************************************
   2
   3  Module:       FGRotation.cpp
   4  Author:       Jon Berndt
   5  Date started: 12/02/98
   6  Purpose:      Integrates the rotational EOM
   7  Called by:    FGFDMExec
   8
   9  ------------- Copyright (C) 1999  Jon S. Berndt (jsb@hal-pc.org) -------------
  10
  11  This program is free software; you can redistribute it and/or modify it under
  12  the terms of the GNU General Public License as published by the Free Software
  13  Foundation; either version 2 of the License, or (at your option) any later
  14  version.
  15
  16  This program is distributed in the hope that it will be useful, but WITHOUT
  17  ANY WARRANTY; without even the implied warranty of MERCHANTABILITY or FITNESS
  18  FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU General Public License for more
  19  details.
  20
  21  You should have received a copy of the GNU General Public License along with
  22  this program; if not, write to the Free Software Foundation, Inc., 59 Temple
  23  Place - Suite 330, Boston, MA  02111-1307, USA.
  24
  25  Further information about the GNU General Public License can also be found on
  26  the world wide web at http://www.gnu.org.
  27
  28 FUNCTIONAL DESCRIPTION
  29 --------------------------------------------------------------------------------
  30 This class integrates the rotational EOM.
  31
  32 ARGUMENTS
  33 --------------------------------------------------------------------------------
  34
  35
  36 HISTORY
  37 --------------------------------------------------------------------------------
  38 12/02/98   JSB   Created
  39
  40 ********************************************************************************
  41 COMMENTS, REFERENCES,  and NOTES
  42 ********************************************************************************
  43 [1] Cooke, Zyda, Pratt, and McGhee, "NPSNET: Flight Simulation Dynamic Modeling
  44     Using Quaternions", Presence, Vol. 1, No. 4, pp. 404-420  Naval Postgraduate
  45     School, January 1994
  46 [2] D. M. Henderson, "Euler Angles, Quaternions, and Transformation Matrices",
  47     JSC 12960, July 1977
  48 [3] Richard E. McFarland, "A Standard Kinematic Model for Flight Simulation at
  49     NASA-Ames", NASA CR-2497, January 1975
  50 [4] Barnes W. McCormick, "Aerodynamics, Aeronautics, and Flight Mechanics",
  51     Wiley & Sons, 1979 ISBN 0-471-03032-5
  52 [5] Bernard Etkin, "Dynamics of Flight, Stability and Control", Wiley & Sons,
  53     1982 ISBN 0-471-08936-2
  54
  55   The order of rotations used in this class corresponds to a 3-2-1 sequence,
  56   or Y-P-R, or Z-Y-X, if you prefer.
  57
  58 ********************************************************************************
  59 INCLUDES
  60 *******************************************************************************/
  61
  62 #include "FGRotation.h"
  63
  64 /*******************************************************************************
  65 ************************************ CODE **************************************
  66 *******************************************************************************/
  67
  68
  69 FGRotation::FGRotation(void) : FGModel()
  70 {
  71   strcpy(Name, "FGRotation");
  72   Q0dot = Q1dot = Q2dot = Q3dot = 0.0;
  73 }
  74
  75
  76 FGRotation::~FGRotation(void)
  77 {
  78 }
  79
  80
  81 bool FGRotation::Run(void)
  82 {
  83   float L2, N1, iQtot, sum;
  84
  85   if (!FGModel::Run()) {
  86     GetState();
  87
  88     lastPdot = Pdot;
  89     lastQdot = Qdot;
  90     lastRdot = Rdot;
  91
  92     L2 = L + Ixz*P*Q - (Izz-Iyy)*R*Q;
  93     N1 = N - (Iyy-Ixx)*P*Q - Ixz*R*Q;
  94
  95     Pdot = (L2*Izz - N1*Ixz) / (Ixx*Izz - Ixz*Ixz);
  96     Qdot = (M - (Ixx-Izz)*P*R - Ixz*(P*P - R*R))/Iyy;
  97     Rdot = (N1*Ixx + L2*Ixz) / (Ixx*Izz - Ixz*Ixz);
  98
  99     P += dt*(lastPdot + Pdot)/2.0;
 100     Q += dt*(lastQdot + Qdot)/2.0;
 101     R += dt*(lastRdot + Rdot)/2.0;
 102
 103     lastQ0dot = Q0dot;
 104     lastQ1dot = Q1dot;
 105     lastQ2dot = Q2dot;
 106     lastQ3dot = Q3dot;
 107
 108     Q0dot = -0.5*(Q1*P + Q2*Q + Q3*R);
 109     Q1dot =  0.5*(Q0*P + Q2*R - Q3*Q);
 110     Q2dot =  0.5*(Q0*Q + Q3*P - Q1*R);
 111     Q3dot =  0.5*(Q0*R + Q1*Q - Q2*P);
 112
 113     Q0 += 0.5*dt*(lastQ0dot + Q0dot);
 114     Q1 += 0.5*dt*(lastQ1dot + Q1dot);
 115     Q2 += 0.5*dt*(lastQ2dot + Q2dot);
 116     Q3 += 0.5*dt*(lastQ3dot + Q3dot);
 117
 118     sum = Q0*Q0 + Q1*Q1 + Q2*Q2 + Q3*Q3;
 119
 120     iQtot = 1.0 / sqrt(sum);
 121
 122     Q0 *= iQtot;
 123     Q1 *= iQtot;
 124     Q2 *= iQtot;
 125     Q3 *= iQtot;
 126
 127     if (T[3][3] == 0)
 128       phi = 0.0;
 129     else
 130       phi = atan2(T[2][3], T[3][3]);
 131
 132     tht = asin(-T[1][3]);
 133
 134     if (T[1][1] == 0.0)
 135       psi = 0.0;
 136     else
 137       psi = atan2(T[1][2], T[1][1]);
 138
 139     if (psi < 0.0) psi += 2*M_PI;
 140
 141     PutState();
 142   } else {
 143   }
 144   return false;
 145 }
 146
 147
 148 void FGRotation::GetState(void)
 149 {
 150   dt = State->Getdt();
 151   P = State->GetP();
 152   Q = State->GetQ();
 153   R = State->GetR();
 154
 155   Pdot = State->GetPdot();
 156   Qdot = State->GetQdot();
 157   Rdot = State->GetRdot();
 158
 159   L = State->GetL();
 160   M = State->GetM();
 161   N = State->GetN();
 162
 163   Ixx = State->GetIxx();
 164   Iyy = State->GetIyy();
 165   Izz = State->GetIzz();
 166   Ixz = State->GetIxz();
 167
 168   Q0 = State->GetQ0();
 169   Q1 = State->GetQ1();
 170   Q2 = State->GetQ2();
 171   Q3 = State->GetQ3();
 172
 173   for (int r=1;r<=3;r++)
 174     for (int c=1;c<=3;c++)
 175       T[r][c] = State->GetT(r,c);
 176 }
 177
 178
 179 void FGRotation::PutState(void)
 180 {
 181    State->SetP(P);
 182    State->SetQ(Q);
 183    State->SetR(R);
 184
 185    State->Setphi(phi);
 186    State->Settht(tht);
 187    State->Setpsi(psi);
 188
 189    State->SetQ0123(Q0, Q1, Q2, Q3);
 190 }
 191