src/FDM/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 HISTORY
  33 --------------------------------------------------------------------------------
  34 12/02/98   JSB   Created
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  36 ********************************************************************************
  37 COMMENTS, REFERENCES,  and NOTES
  38 ********************************************************************************
  39 [1] Cooke, Zyda, Pratt, and McGhee, "NPSNET: Flight Simulation Dynamic Modeling
  40     Using Quaternions", Presence, Vol. 1, No. 4, pp. 404-420  Naval Postgraduate
  41     School, January 1994
  42 [2] D. M. Henderson, "Euler Angles, Quaternions, and Transformation Matrices",
  43     JSC 12960, July 1977
  44 [3] Richard E. McFarland, "A Standard Kinematic Model for Flight Simulation at
  45     NASA-Ames", NASA CR-2497, January 1975
  46 [4] Barnes W. McCormick, "Aerodynamics, Aeronautics, and Flight Mechanics",
  47     Wiley & Sons, 1979 ISBN 0-471-03032-5
  48 [5] Bernard Etkin, "Dynamics of Flight, Stability and Control", Wiley & Sons,
  49     1982 ISBN 0-471-08936-2
  50
  51   The order of rotations used in this class corresponds to a 3-2-1 sequence,
  52   or Y-P-R, or Z-Y-X, if you prefer.
  53
  54 ********************************************************************************
  55 INCLUDES
  56 *******************************************************************************/
  57
  58 #include "FGRotation.h"
  59 #include "FGAtmosphere.h"
  60 #include "FGState.h"
  61 #include "FGFDMExec.h"
  62 #include "FGFCS.h"
  63 #include "FGAircraft.h"
  64 #include "FGTranslation.h"
  65 #include "FGPosition.h"
  66 #include "FGAuxiliary.h"
  67 #include "FGOutput.h"
  68
  69 /*******************************************************************************
  70 ************************************ CODE **************************************
  71 *******************************************************************************/
  72
  73
  74 FGRotation::FGRotation(FGFDMExec* fdmex) : FGModel(fdmex),
  75         vPQR(3),
  76         vPQRdot(3),
  77         vEuler(3),
  78         vEulerRates(3),
  79         vMoments(3)
  80 {
  81     Name = "FGRotation";
  82     cTht=cPhi=cPsi=1.0;
  83     sTht=sPhi=sPsi=0.0;
  84 }
  85
  86 /******************************************************************************/
  87
  88 FGRotation::~FGRotation(void)
  89 {
  90 }
  91
  92 /******************************************************************************/
  93
  94 bool FGRotation::Run(void)
  95 {
  96     float L2, N1;
  97     float tTheta;
  98     static FGColumnVector vlastPQRdot(3);
  99
 100     if (!FGModel::Run()) {
 101         GetState();
 102
 103         L2 = vMoments(eL) + Ixz*vPQR(eP)*vPQR(eQ) - (Izz-Iyy)*vPQR(eR)*vPQR(eQ);
 104         N1 = vMoments(eN) - (Iyy-Ixx)*vPQR(eP)*vPQR(eQ) - Ixz*vPQR(eR)*vPQR(eQ);
 105
 106         vPQRdot(eP) = (L2*Izz - N1*Ixz) / (Ixx*Izz - Ixz*Ixz);
 107         vPQRdot(eQ) = (vMoments(eM) - (Ixx-Izz)*vPQR(eP)*vPQR(eR) - Ixz*(vPQR(eP)*vPQR(eP) - vPQR(eR)*vPQR(eR)))/Iyy;
 108         vPQRdot(eR) = (N1*Ixx + L2*Ixz) / (Ixx*Izz - Ixz*Ixz);
 109
 110         vPQR += dt*rate*(vlastPQRdot + vPQRdot)/2.0;
 111
 112         State->IntegrateQuat(vPQR, rate);
 113         State->CalcMatrices();
 114         vEuler = State->CalcEuler();
 115
 116
 117         cTht=cos(vEuler(eTht));   sTht=sin(vEuler(eTht));
 118         cPhi=cos(vEuler(ePhi));   sPhi=sin(vEuler(ePhi));
 119         cPsi=cos(vEuler(ePsi));   sPsi=sin(vEuler(ePsi));
 120
 121
 122         vEulerRates(eTht) = vPQR(2)*cPhi - vPQR(3)*sPhi;
 123         if(cTht != 0.0) {
 124           tTheta=sTht/cTht; // what's cheaper: / or tan() ?
 125           vEulerRates(ePhi) = vPQR(1) + (vPQR(2)*sPhi + vPQR(3)*cPhi)*tTheta;
 126           vEulerRates(ePsi) = (vPQR(2)*sPhi + vPQR(3)*cPhi)/cTht;
 127         }
 128
 129         vlastPQRdot = vPQRdot;
 130
 131     } else {
 132     }
 133     return false;
 134 }
 135
 136 /******************************************************************************/
 137
 138 void FGRotation::GetState(void)
 139 {
 140     dt = State->Getdt();
 141
 142     vMoments = Aircraft->GetMoments();
 143
 144     Ixx = Aircraft->GetIxx();
 145     Iyy = Aircraft->GetIyy();
 146     Izz = Aircraft->GetIzz();
 147     Ixz = Aircraft->GetIxz();
 148 }
 149
 150 /******************************************************************************/
 151