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
  35
  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 #ifndef M_PI
  70 /* get a definition for pi */
  71 #include <Include/fg_constants.h>
  72 #define M_PI FG_PI
  73 #endif
  74
  75 /*******************************************************************************
  76 ************************************ CODE **************************************
  77 *******************************************************************************/
  78
  79
  80 FGRotation::FGRotation(FGFDMExec* fdmex) : FGModel(fdmex)
  81 {
  82   Name = "FGRotation";
  83   Q0dot = Q1dot = Q2dot = Q3dot = 0.0;
  84   Pdot = Qdot = Rdot = 0.0;
  85 }
  86
  87
  88 FGRotation::~FGRotation(void)
  89 {
  90 }
  91
  92
  93 bool FGRotation::Run(void)
  94 {
  95   float L2, N1, iQtot, sum;
  96
  97   if (!FGModel::Run()) {
  98     GetState();
  99
 100     lastPdot = Pdot;
 101     lastQdot = Qdot;
 102     lastRdot = Rdot;
 103
 104     L2 = L + Ixz*P*Q - (Izz-Iyy)*R*Q;
 105     N1 = N - (Iyy-Ixx)*P*Q - Ixz*R*Q;
 106
 107     Pdot = (L2*Izz - N1*Ixz) / (Ixx*Izz - Ixz*Ixz);
 108     Qdot = (M - (Ixx-Izz)*P*R - Ixz*(P*P - R*R))/Iyy;
 109     Rdot = (N1*Ixx + L2*Ixz) / (Ixx*Izz - Ixz*Ixz);
 110
 111     P += dt*rate*(lastPdot + Pdot)/2.0;
 112     Q += dt*rate*(lastQdot + Qdot)/2.0;
 113     R += dt*rate*(lastRdot + Rdot)/2.0;
 114
 115     lastQ0dot = Q0dot;
 116     lastQ1dot = Q1dot;
 117     lastQ2dot = Q2dot;
 118     lastQ3dot = Q3dot;
 119
 120     Q0dot = -0.5*(Q1*P + Q2*Q + Q3*R);
 121     Q1dot =  0.5*(Q0*P + Q2*R - Q3*Q);
 122     Q2dot =  0.5*(Q0*Q + Q3*P - Q1*R);
 123     Q3dot =  0.5*(Q0*R + Q1*Q - Q2*P);
 124
 125     Q0 += 0.5*dt*rate*(lastQ0dot + Q0dot);
 126     Q1 += 0.5*dt*rate*(lastQ1dot + Q1dot);
 127     Q2 += 0.5*dt*rate*(lastQ2dot + Q2dot);
 128     Q3 += 0.5*dt*rate*(lastQ3dot + Q3dot);
 129
 130     sum = Q0*Q0 + Q1*Q1 + Q2*Q2 + Q3*Q3;
 131
 132     iQtot = 1.0 / sqrt(sum);
 133
 134     Q0 *= iQtot;
 135     Q1 *= iQtot;
 136     Q2 *= iQtot;
 137     Q3 *= iQtot;
 138
 139     if (T[3][3] == 0)
 140       phi = 0.0;
 141     else
 142       phi = atan2(T[2][3], T[3][3]);
 143
 144     tht = asin(-T[1][3]);
 145
 146     if (T[1][1] == 0.0)
 147       psi = 0.0;
 148     else
 149       psi = atan2(T[1][2], T[1][1]);
 150
 151     if (psi < 0.0) psi += 2*M_PI;
 152
 153     PutState();
 154   } else {
 155   }
 156   return false;
 157 }
 158
 159
 160 void FGRotation::GetState(void)
 161 {
 162   dt = State->Getdt();
 163
 164   L = Aircraft->GetL();
 165   M = Aircraft->GetM();
 166   N = Aircraft->GetN();
 167
 168   Ixx = Aircraft->GetIxx();
 169   Iyy = Aircraft->GetIyy();
 170   Izz = Aircraft->GetIzz();
 171   Ixz = Aircraft->GetIxz();
 172
 173   for (int r=1;r<=3;r++)
 174     for (int c=1;c<=3;c++)
 175       T[r][c] = Position->GetT(r,c);
 176 }
 177
 178
 179 void FGRotation::PutState(void)
 180 {
 181 }
 182