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;
- }
- }