//! \~\file pimathsolver.h //! \~\ingroup Math //! \~\brief //! \~english Transfer-function-based differential solver //! \~russian Решатель дифференциальной модели на основе передаточной функции //! //! \~\details //! \~english //! Declares a solver that builds an internal state representation from a //! transfer function and advances it with one of several numerical methods. //! \~russian //! Объявляет решатель, который строит внутреннее представление состояния из //! передаточной функции и продвигает его одним из нескольких численных методов. /* PIP - Platform Independent Primitives PIMathSolver Ivan Pelipenko peri4ko@yandex.ru This program is free software: you can redistribute it and/or modify it under the terms of the GNU Lesser General Public License as published by the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or (at your option) any later version. This program is distributed in the hope that it will be useful, but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE. See the GNU Lesser General Public License for more details. You should have received a copy of the GNU Lesser General Public License along with this program. If not, see . */ #ifndef PIMATHSOLVER_H #define PIMATHSOLVER_H #include "pimathmatrix.h" //! \~\ingroup Math //! \~\brief //! \~english Transfer-function coefficient storage. //! \~russian Хранилище коэффициентов передаточной функции. struct PIP_EXPORT TransferFunction { //! \~english Numerator coefficients in the order expected by \a fromTF(). //! \~russian Коэффициенты числителя в порядке, ожидаемом \a fromTF(). PIVector vector_Bm; //! \~english Denominator coefficients in the order expected by \a fromTF(). //! \~russian Коэффициенты знаменателя в порядке, ожидаемом \a fromTF(). PIVector vector_An; }; //! \~\ingroup Math //! \~\brief //! \~english Numerical solver for transfer-function models. //! \~russian Численный решатель для моделей в виде передаточной функции. class PIP_EXPORT PIMathSolver { public: //! \~english Integration method selector. //! \~russian Выбор метода интегрирования. enum Method { Global = -1 /** \~english Use the global default method \~russian Использовать глобальный метод по умолчанию */, Eyler_1 = 01 /** \~english First-order Euler method \~russian Метод Эйлера первого порядка */, Eyler_2 = 02 /** \~english Second-order Euler method \~russian Метод Эйлера второго порядка */, EylerKoshi = 03 /** \~english Euler-Cauchy method identifier \~russian Идентификатор метода Эйлера-Коши */, RungeKutta_4 = 14 /** \~english Fourth-order Runge-Kutta method \~russian Метод Рунге-Кутты четвертого порядка */, AdamsBashfortMoulton_2 = 22 /** \~english Second-order Adams-Bashforth-Moulton method \~russian Метод Адамса-Башфорта-Моултона второго порядка */, AdamsBashfortMoulton_3 = 23 /** \~english Third-order Adams-Bashforth-Moulton method \~russian Метод Адамса-Башфорта-Моултона третьего порядка */, AdamsBashfortMoulton_4 = 24 /** \~english Fourth-order Adams-Bashforth-Moulton method \~russian Метод Адамса-Башфорта-Моултона четвертого порядка */, PolynomialApproximation_2 = 32 /** \~english Polynomial approximation of degree 2 \~russian Полиномиальная аппроксимация степени 2 */, PolynomialApproximation_3 = 33 /** \~english Polynomial approximation of degree 3 \~russian Полиномиальная аппроксимация степени 3 */, PolynomialApproximation_4 = 34 /** \~english Polynomial approximation of degree 4 \~russian Полиномиальная аппроксимация степени 4 */, PolynomialApproximation_5 = 35 /** \~english Polynomial approximation of degree 5 \~russian Полиномиальная аппроксимация степени 5 */ }; //! \~english Constructs an empty solver. //! \~russian Создает пустой решатель. PIMathSolver(); //! \~english Performs one solver step for input \a u and step \a h. //! \~russian Выполняет один шаг решателя для входа \a u и шага \a h. void solve(double u, double h); //! \~english Initializes the internal model from a transfer function. //! \~russian Инициализирует внутреннюю модель из передаточной функции. void fromTF(const TransferFunction & TF); //! \~english Sets the method used by \a solve(). //! \~russian Устанавливает метод, используемый \a solve(). void setMethod(Method m) { method = m; } //! \~english Updates stored time history used by polynomial methods. //! \~russian Обновляет историю времени, используемую полиномиальными методами. void setTime(double time); //! \~english Performs one step with the first-order Euler method. //! \~russian Выполняет один шаг методом Эйлера первого порядка. void solveEyler1(double u, double h); //! \~english Performs one step with the second-order Euler method. //! \~russian Выполняет один шаг методом Эйлера второго порядка. void solveEyler2(double u, double h); //! \~english Performs one step with the fourth-order Runge-Kutta method. //! \~russian Выполняет один шаг методом Рунге-Кутты четвертого порядка. void solveRK4(double u, double h); //! \~english Performs one step with the second-order Adams-Bashforth-Moulton method. //! \~russian Выполняет один шаг методом Адамса-Башфорта-Моултона второго порядка. void solveABM2(double u, double h); //! \~english Performs one step with the third-order Adams-Bashforth-Moulton method. //! \~russian Выполняет один шаг методом Адамса-Башфорта-Моултона третьего порядка. void solveABM3(double u, double h); //! \~english Performs one step with the fourth-order Adams-Bashforth-Moulton method. //! \~russian Выполняет один шаг методом Адамса-Башфорта-Моултона четвертого порядка. void solveABM4(double u, double h); //! \~english Performs one step with a polynomial approximation of degree \a deg. //! \~russian Выполняет один шаг с полиномиальной аппроксимацией степени \a deg. void solvePA(double u, double h, uint deg); //! \~english Performs one step with degree-2 polynomial approximation. //! \~russian Выполняет один шаг с полиномиальной аппроксимацией степени 2. void solvePA2(double u, double h); //! \~english Performs one step with degree-3 polynomial approximation. //! \~russian Выполняет один шаг с полиномиальной аппроксимацией степени 3. void solvePA3(double u, double h); //! \~english Performs one step with degree-4 polynomial approximation. //! \~russian Выполняет один шаг с полиномиальной аппроксимацией степени 4. void solvePA4(double u, double h); //! \~english Performs one step with degree-5 polynomial approximation. //! \~russian Выполняет один шаг с полиномиальной аппроксимацией степени 5. void solvePA5(double u, double h); //! \~english Current solver state vector. //! \~russian Текущий вектор состояния решателя. PIMathVectord X; //! \~english Global default method used when \a Method is \a Global. //! \~russian Глобальный метод по умолчанию, используемый при \a Method::Global. static Method method_global; //! \~english Text description of available methods. //! \~russian Текстовое описание доступных методов. static const char methods_desc[]; private: void moveF(); PIMathMatrixd A, M; PIMathVectord d, a1, b1; PIMathVectord k1, k2, k3, k4, xx; PIMathVectord XX, Y, pY; PIVector F; PIVector times; uint size = 0, step = 0; Method method = Global; double sum = 0., td = 0., ct = 0., lp = 0., dh = 0., t = 0., x1 = 0., x0 = 0.; bool ok = false; }; #endif // PIMATHSOLVER_H