158 lines
9.0 KiB
C++
158 lines
9.0 KiB
C++
//! \~\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 <http://www.gnu.org/licenses/>.
|
|
*/
|
|
|
|
#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<double> vector_Bm;
|
|
//! \~english Denominator coefficients in the order expected by \a fromTF().
|
|
//! \~russian Коэффициенты знаменателя в порядке, ожидаемом \a fromTF().
|
|
PIVector<double> 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<PIMathVectord> F;
|
|
PIVector<double> 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
|