Ss2tf.java
/*
* $Id: Ss2tf.java,v 1.25 2008/03/24 14:57:16 koga Exp $
*
* Copyright (C) 2004 Koga Laboratory. All rights reserved.
*/
package org.mklab.tool.control;
import java.util.ArrayList;
import java.util.Arrays;
import java.util.List;
import org.mklab.nfc.matrix.ComplexNumericalMatrix;
import org.mklab.nfc.matrix.DoubleMatrix;
import org.mklab.nfc.matrix.RealNumericalMatrix;
import org.mklab.nfc.scalar.ComplexNumericalScalar;
import org.mklab.nfc.scalar.RealNumericalScalar;
import org.mklab.tool.matrix.Makepoly;
/**
* 状態空間表現から伝達関数(係数からなる行列)に変換するクラスです。
*
* <p>State-space to transfer function conversion
*
* @author koga
* @version $Revision: 1.25 $
* @see org.mklab.tool.control.Ss2tfm
* @see org.mklab.tool.control.Ss2tfn
* @see org.mklab.tool.control.Ss2zp
* @see org.mklab.tool.control.Tf2ss
*/
public class Ss2tf {
/**
* @param A システム行列
* @param B 入力行列
* @param C 出力行列
* @param D ゲイン行列
* @return 伝達関数 (transfer function)
*/
public static List<DoubleMatrix> ss2tf(DoubleMatrix A, DoubleMatrix B, DoubleMatrix C, DoubleMatrix D) {
int inputNumber = 1;
return ss2tf(A, B, C, D, inputNumber);
}
/**
* 状態空間表現が
*
* <pre><code> . x = Ax + Bu y = Cx + Du </code></pre>
*
* であるシステムの<code>i</code>番目の入力から出力までの伝達関数
*
* <pre><code>
*
* NUM(s) -1 G(s) = -------- = C(sI-A) B + D den(s) </code></pre>
*
* の分子行列多項式の係数行列<code>NUM</code>と分母多項式の係数 <code>den</code>を求めます。
*
* <p><code>NUM</code>の大きさは、<code>Rows(C)×Rows(A)</code>、 <code>den</code>の大きさは、<code>1-by-Rows(A)</code>です。
*
* @param A システム行列
* @param B 入力行列
* @param C 出力行列
* @param D ゲイン行列
* @param inputNumber 入力番号
* @return 伝達関数 (transfer function)
*/
public static List<DoubleMatrix> ss2tf(DoubleMatrix A, DoubleMatrix B, DoubleMatrix C, DoubleMatrix D, int inputNumber) {
String message;
if ((message = Abcdchk.abcdchk(A, B, C, D)).length() > 0) {
throw new RuntimeException(message);
}
int outputSize = C.getRowSize();
DoubleMatrix numerators;
if (A.isReal() && B.isReal() && C.isReal() && D.isReal()) {
numerators = A.createZero(outputSize, A.getRowSize() + 1);
} else {
DoubleMatrix zero = A.createZero(outputSize, A.getRowSize() + 1);
numerators = zero;
}
DoubleMatrix Bi = B.getColumnVector(inputNumber);
DoubleMatrix Di = D.getColumnVector(inputNumber);
DoubleMatrix denominator = Makepoly.makepoly(A).getCoefficients();
for (int j = 1; j <= outputSize; j++) {
if (C.length() == 0) {
numerators.setElement(j, 1, Di.getElement(j));
} else {
DoubleMatrix tmp1 = A.subtract(Bi.multiply(C.getRowVector(j)));
DoubleMatrix tmp2 = Makepoly.makepoly(tmp1).getCoefficients();
DoubleMatrix tmp3 = tmp2.add(denominator.multiply(Di.getElement(j).subtract(1)));
numerators.setRowVector(j, tmp3);
}
}
return new ArrayList<>(Arrays.asList(new DoubleMatrix[] {numerators, denominator}));
//return new MatxList(new Object[] {numerators, denominator});
}
/**
* @param A システム行列
* @param B 入力行列
* @param C 出力行列
* @param D ゲイン行列
* @return 伝達関数 (transfer function)
* @param <RS> type of real scalar
* @param <RM> type of real matrix
* @param <CS> type of complex scalar
* @param <CM> type of complex matrix
*/
public static <RS extends RealNumericalScalar<RS, RM, CS, CM>, RM extends RealNumericalMatrix<RS, RM, CS, CM>, CS extends ComplexNumericalScalar<RS, RM, CS, CM>, CM extends ComplexNumericalMatrix<RS, RM, CS, CM>> List<RM> ss2tf(
RM A, RM B, RM C, RM D) {
int inputNumber = 1;
return ss2tf(A, B, C, D, inputNumber);
}
/**
* 状態空間表現が
*
* <pre><code> . x = Ax + Bu y = Cx + Du </code></pre>
*
* であるシステムの<code>i</code>番目の入力から出力までの伝達関数
*
* <pre><code>
*
* NUM(s) -1 G(s) = -------- = C(sI-A) B + D den(s) </code></pre>
*
* の分子行列多項式の係数行列<code>NUM</code>と分母多項式の係数 <code>den</code>を求めます。
*
* <p><code>NUM</code>の大きさは、<code>Rows(C)×Rows(A)</code>、 <code>den</code>の大きさは、<code>1-by-Rows(A)</code>です。
*
* @param A システム行列
* @param B 入力行列
* @param C 出力行列
* @param D ゲイン行列
* @param inputNumber 入力番号
* @return 伝達関数 (transfer function)
* @param <RS> type of real scalar
* @param <RM> type of real matrix
* @param <CS> type of complex scalar
* @param <CM> type of complex matrix
*/
public static <RS extends RealNumericalScalar<RS, RM, CS, CM>, RM extends RealNumericalMatrix<RS, RM, CS, CM>, CS extends ComplexNumericalScalar<RS, RM, CS, CM>, CM extends ComplexNumericalMatrix<RS, RM, CS, CM>> List<RM> ss2tf(
RM A, RM B, RM C, RM D, int inputNumber) {
String message;
if ((message = Abcdchk.abcdchk(A, B, C, D)).length() > 0) {
throw new RuntimeException(message);
}
int outputSize = C.getRowSize();
RM numerators;
if (A.isReal() && B.isReal() && C.isReal() && D.isReal()) {
numerators = A.createZero(outputSize, A.getRowSize() + 1);
} else {
RM zero = A.createZero(outputSize, A.getRowSize() + 1);
numerators = zero;
}
RM Bi = B.getColumnVector(inputNumber);
RM Di = D.getColumnVector(inputNumber);
RM denominator = Makepoly.makepoly(A).getCoefficients();
for (int j = 1; j <= outputSize; j++) {
if (C.length() == 0) {
numerators.setElement(j, 1, Di.getElement(j));
} else {
RM tmp1 = A.subtract(Bi.multiply(C.getRowVector(j)));
RM tmp2 = Makepoly.makepoly(tmp1).getCoefficients();
RM tmp3 = tmp2.add(denominator.multiply(Di.getElement(j).subtract(1)));
numerators.setRowVector(j, tmp3);
}
}
List<RM> nd = new ArrayList<>();
nd.add(numerators);
nd.add(denominator);
return nd;
}
}