TransferFunction.hh

[詳解]

 
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// Copyright (C) 2011-2022 Yokokura, Yuki
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#ifndef TRANSFERFUNCTION
#define TRANSFERFUNCTION
 
#include <cassert>
#include "Matrix.hh"
#include "StateSpaceSystem.hh"
 
// ARCS組込み用マクロ
#ifdef ARCS_IN
    // ARCSに組み込まれる場合
    #include "ARCSassert.hh"
    #include "ARCSeventlog.hh"
#else
    // ARCSに組み込まれない場合
    #define arcs_assert(a) (assert(a))
    #define PassedLog()
    #define EventLog(a)
    #define EventLogVar(a)
#endif
 
namespace ARCS {    // ARCS名前空間
template <size_t N, size_t D>
class TransferFunction {
    public:
        TransferFunction(void)
            : Sys()
        {
            PassedLog();
        }
        
        TransferFunction(const Matrix<1,N+1>& Num, const Matrix<1,D+1>& Den, const double SmplTime)
            : Sys()
        {
            static_assert(N <= D);              // プロパーかどうかのチェック
            SetCoefficients(Num, Den, SmplTime);// 伝達関数の係数にセット
            PassedLog();
        }
 
        TransferFunction(TransferFunction&& r)
            : Sys(r.Sys)
        {
            
        }
 
        ~TransferFunction(){
            PassedLog();
        }
 
        void SetCoefficients(const Matrix<1,N+1>& Num, const Matrix<1,D+1>& Den, const double SmplTime){
            // 分母の最上位係数を1に変形
            const Matrix<1,N+1> b_n = Num/Den[1];
            const Matrix<1,D+1> a_d = Den/Den[1];
            
            // 可制御正準系の連続系状態空間モデルの作成
            // A行列の生成
            Matrix<D,D> A;      // 連続系A行列
            for(size_t i = 1; i < D; ++i){
                A.SetElement(i + 1, i, 1);
            }
            for(size_t i = 1; i <= D; ++i){
                A.SetElement(i, D, -a_d[D + 2 - i]);
            }
            
            // B行列の生成
            Matrix<1,D> b;      // 連続系bベクトル
            b[D] = 1;
            
            // C行列とD行列の生成
            if constexpr(N != D){
                // 直達項が無い，相対次数が1以上の場合
                // C行列のみ生成
                Matrix<D,1> c;  // cベクトル
                for(size_t i = 1; i <= N + 1; ++i){
                    c.SetElement(i, 1, b_n[N + 2 - i]);
                }
                
                // 状態空間モデルに設定
                Sys.SetContinuous(A, b, c, SmplTime);
            }else{
                // 直達項が有る，相対次数が0の場合
                
                // C行列の生成
                Matrix<D,1> c;  // cベクトル
                for(size_t i = 1; i <= D; ++i){
                    c.SetElement(i, 1, b_n[D + 2 - i] - a_d[D + 2 - i]*b_n[1]);
                }
                
                // D行列の生成
                Matrix<1,1> d;  // dベクトル
                d[1] = b_n[1];
                
                // 状態空間モデルに設定
                Sys.SetContinuous(A, b, c, d, SmplTime);
            }
        }
        
        double GetResponse(const double u){
            return Sys.GetNextResponse(u);  // 1サンプル遅れの無い[k+1]の応答を即時に返す
        }
        
        double GetStrictResponse(const double u){
            return Sys.GetResponse(u);      // 1サンプル遅れの有る[k]の厳密な応答を返す
        }
        
    private:
        TransferFunction(const TransferFunction&) = delete;                 
        const TransferFunction& operator=(const TransferFunction&) = delete;
        StateSpaceSystem<D> Sys;    
};
}
 
#endif