00001
00002
00003
00004
00005
00006
00007
00008
00009
00010
00011
00012
00013
00014
00015
00016
00017
00018
00019
00020
00021
00022
00023
00024
00025
00026
00027
00028
00029
00030
00031
00032
00033
00034
00035
00036
00037 #include <labust/simulation/RBModel.hpp>
00038 #include <labust/math/NumberManipulation.hpp>
00039
00040 using namespace labust::simulation;
00041
00042 RBModel::RBModel():
00043 ae(0.15),be(0.2),ce(0.2),
00044 B(0),
00045 dT(0.1),
00046 waterLevel(0),
00047 nu0(vector::Zero()),
00048 eta0(vector::Zero()),
00049 nu(vector::Zero()),
00050 eta(vector::Zero()),
00051 g(vector::Zero()),
00052 isCoupled(false),
00053 current(vector3::Zero())
00054 {this->init();};
00055
00056 RBModel::~RBModel(){};
00057
00058 void RBModel::calculate_mrb()
00059 {
00060 using namespace labust::math;
00061 Mrb.block<3,3>(0,0) = m*matrix3::Identity();
00062 Mrb.block<3,3>(0,3) = -m*skewSymm3(rg);
00063 Mrb.block<3,3>(3,0) = -m*skewSymm3(rg);
00064 Mrb.block<3,3>(3,3) = Io;
00065 }
00066
00067 void RBModel::step(const vector& tau)
00068 {
00069
00070 using namespace Eigen;
00071 matrix3 J1;
00072 J1 = AngleAxisd(eta(psi), Vector3d::UnitZ())
00073 * AngleAxisd(eta(theta), Vector3d::UnitY())
00074 * AngleAxisd(eta(phi), Vector3d::UnitX());
00075 double c1 = cos(eta(phi)), s1 = sin(eta(phi));
00076 double c2 = cos(eta(theta)), t2 = tan(eta(theta));
00077 if (!c2) c2 = 0.1;
00078 matrix3 J2;
00079 J2<<1,s1*t2,c1*t2,
00080 0,c1,-s1,
00081 0,s1/c2,c1/c2;
00082
00083 restoring_force(J1);
00084
00085 matrix M = Ma + Mrb;
00086 vector nu_old(nu);
00087 if (isCoupled)
00088 {
00089
00090 coriolis();
00091
00092 matrix CD = Ca + Crb + Dlin + Dquad*nu.cwiseAbs2().asDiagonal();
00093 FullPivLU<matrix> decomp(M+dT*CD);
00094 if (decomp.isInvertible())
00095 {
00096
00097 nu = decomp.inverse()*(M*nu + dT*(tau-g));
00098 }
00099 else
00100 {
00101 std::cerr<<"Mass matrix is singular."<<std::endl;
00102 }
00103 }
00104 else
00105 {
00106
00107 for (size_t i=0; i<nu.size(); ++i)
00108 {
00109 double beta = Dlin(i,i) + Dquad(i,i)*fabs(nu(i));
00110
00111 nu(i) = (M(i,i)*nu(i) + dT*(tau(i)- g(i)))/(M(i,i) + dT*beta);
00112 };
00113 }
00114 nuacc = (nu - nu_old)/dT;
00115
00116
00117 eta.block<3,1>(0,0) += dT*(J1*nu.block<3,1>(0,0)+current);
00118 eta.block<3,1>(3,0) += dT*J2*nu.block<3,1>(3,0);
00119 }
00120
00121 void RBModel::coriolis()
00122 {
00123 using namespace labust::math;
00124
00125 vector3 nu1 = nu.block<3,1>(0,0);
00126 vector3 nu2 = nu.block<3,1>(3,0);
00127
00128 Crb.block<3,3>(0,3) = -m*skewSymm3(nu1) - m*skewSymm3(nu2)*skewSymm3(rg);
00129 Crb.block<3,3>(3,0) = -m*skewSymm3(nu1) + m*skewSymm3(rg)*skewSymm3(nu2);
00130 Crb.block<3,3>(3,3) = -skewSymm3(Io*nu2);
00131
00132 matrix3 M11=Ma.block<3,3>(0,0);
00133 matrix3 M12=Ma.block<3,3>(0,3);
00134 matrix3 M21=Ma.block<3,3>(3,0);
00135 matrix3 M22=Ma.block<3,3>(3,3);
00136
00137 Ca.block<3,3>(0,3) = -skewSymm3(M11*nu1 + M12*nu2);
00138 Ca.block<3,3>(3,0) = -skewSymm3(M11*nu1 + M21*nu2);
00139 Ca.block<3,3>(3,3) = -skewSymm3(M21*nu1 + M22*nu2);
00140 }
00141
00142 void RBModel::restoring_force(const matrix3& J1)
00143 {
00144 matrix3 invJ1;
00145 invJ1=J1.inverse();
00146
00147
00148
00149 B=2*labust::math::coerce((eta(z)+waterLevel+rb(z)/2)/ce+1,0,2)*M_PI/3*ae*be*ce*rho*g_acc;
00150
00151 vector3 fg = invJ1*(m*g_acc*vector3::UnitZ());
00152 vector3 fb = -invJ1*(B*vector3::UnitZ());
00153
00154 g.block<3,1>(0,0) = -fg-fb;
00155 g.block<3,1>(3,0) = -skewSymm3(rg)*fg-skewSymm3(rb)*fb;
00156 }