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我想定义一个控制系统 block :
class ControlSystemBlock
{
public:
ControlSystemBlock()
{
m_dbTimeStep = 0.001; // time between two consequential inputs
}
// this method can be called anytime,
// but the object will assume
// that it was called
// after m_dbTimeStep before the last call
void LoadNewInput(double dbInputValue);
double GetCurrentOutput();
// ...
private:
double m_dbTimeStep;
// ...
};
系统将接收输入,并根据这些输入和其中用户定义的传递函数,其输出值将随时间变化。
例如,假设我想实现传递函数H(s) = 1/(s + 2)
。我该怎么做?有什么算法吗?
最佳答案
你觉得我的代码怎么样:
ControlSystemBlock.h
#ifndef CONTROLSYSTEMBLOCK_H
#define CONTROLSYSTEMBLOCK_H
#include <vector>
#include <deque>
#include "Polynomial.h"
#include "PolynomialFraction.h"
class ControlSystemBlock
{
public:
enum SIGNAL_TYPE
{
ST_DISCRETE = 1,
ST_CONTINUOUS = 2
};
ControlSystemBlock( long double dbSamplingPeriod = 0.001);
ControlSystemBlock( const std::vector<long double> & NominatorCoefficients,
const std::vector<long double> & DenominatorCoefficients,
SIGNAL_TYPE SignalType = SIGNAL_TYPE::ST_CONTINUOUS,
long double dbSamplingPeriod = 0.001);
ControlSystemBlock( const Polynomial<long double> & NominatorPolynomial,
const Polynomial<long double> & DenominatorPolynomial,
SIGNAL_TYPE SignalType = SIGNAL_TYPE::ST_CONTINUOUS,
long double dbSamplingPeriod = 0.001);
ControlSystemBlock( const PolynomialFraction<long double> & TransferFunction,
SIGNAL_TYPE SignalType = SIGNAL_TYPE::ST_CONTINUOUS,
long double dbSamplingPeriod = 0.001);
// Sends a new input to the system block
// Assuming that this input is sent just after m_dbSamplingPeriod seconds after the last input
// Returns the the new output value
long double SendInput(long double dbInput);
long double GetOutput() const;
protected:
long double m_dbSamplingPeriod;
std::deque<long double> m_InputMemory;
std::deque<long double> m_OutputMemory;
void SetTransferFunction(const PolynomialFraction<long double> & TransferFunction, SIGNAL_TYPE SignalType);
PolynomialFraction<long double> m_TransferFunction;
private:
PolynomialFraction<long double> ContinuousTimeToDiscreteTime(const PolynomialFraction<long double> & ContinuousTimeTransferFunction);
PolynomialFraction<long double> ContinuousTimeToDiscreteTime(const Polynomial<long double> & NominatorPolynomial,
const Polynomial<long double> & DenominatorPolynomial);
PolynomialFraction<long double> ContinuousTimeToDiscreteTime(const std::vector<long double> & NominatorCoefficients,
const std::vector<long double> & DenominatorCoefficients);
void ShiftMemoryRegisters(long double dbNewInput);
};
#endif
ControlSystemBlock.cpp
#include "ControlSystemBlock.h"
ControlSystemBlock::ControlSystemBlock( long double dbSamplingPeriod /*= 0.001*/)
{
m_dbSamplingPeriod = dbSamplingPeriod;
std::vector<long double> Coefficients;
Coefficients.push_back(1.0);
PolynomialFraction<long double> TransferFunction(Coefficients, Coefficients);
SetTransferFunction(TransferFunction, SIGNAL_TYPE::ST_DISCRETE);
}
ControlSystemBlock::ControlSystemBlock( const std::vector<long double> & NominatorCoefficients,
const std::vector<long double> & DenominatorCoefficients,
SIGNAL_TYPE SignalType /*= SIGNAL_TYPE::ST_CONTINUOUS*/,
long double dbSamplingPeriod /*= 0.001*/)
{
m_dbSamplingPeriod = dbSamplingPeriod;
PolynomialFraction<long double> TransferFunction = PolynomialFraction<long double>(NominatorCoefficients, DenominatorCoefficients);
SetTransferFunction(TransferFunction, SignalType);
}
ControlSystemBlock::ControlSystemBlock( const Polynomial<long double> & NominatorPolynomial,
const Polynomial<long double> & DenominatorPolynomial,
SIGNAL_TYPE SignalType /*= SIGNAL_TYPE::ST_CONTINUOUS*/,
long double dbSamplingPeriod /*= 0.001*/ )
{
m_dbSamplingPeriod = dbSamplingPeriod;
PolynomialFraction<long double> TransferFunction = PolynomialFraction<long double>(NominatorPolynomial, DenominatorPolynomial);
SetTransferFunction(TransferFunction, SignalType);
}
ControlSystemBlock::ControlSystemBlock( const PolynomialFraction<long double> & TransferFunction,
ControlSystemBlock::SIGNAL_TYPE SignalType /*= SIGNAL_TYPE::ST_CONTINUOUS*/,
long double dbSamplingPeriod /*= 0.001*/)
{
m_dbSamplingPeriod = dbSamplingPeriod;
if (SignalType == SIGNAL_TYPE::ST_CONTINUOUS)
SetTransferFunction(TransferFunction, SignalType);
}
long double ControlSystemBlock::SendInput(long double dbInput)
{
ShiftMemoryRegisters(dbInput);
long double dbSumX = 0.0, dbSumY = 0.0;
for (uint64_t i=0; i<m_TransferFunction.GetNominatorDegree()+1; i++)
{
dbSumX += m_TransferFunction.GetNominator().GetCoefficientAt(i) * m_InputMemory.at(i);
}
for (uint64_t i=1; i<m_TransferFunction.GetDenominatorDegree()+1; i++)
{
dbSumY += m_TransferFunction.GetDenominator().GetCoefficientAt(i) * m_OutputMemory.at(i);
}
return m_OutputMemory.at(0) = (dbSumX - dbSumY) / m_TransferFunction.GetDenominator().GetCoefficientAt(0);
}
long double ControlSystemBlock::GetOutput() const
{
return m_OutputMemory.at(0);
}
PolynomialFraction<long double> ControlSystemBlock::ContinuousTimeToDiscreteTime(const PolynomialFraction<long double> & ContinuousTimeTransferFunction)
{
// Generate an "s" term in terms of "z^(-1)" terms
std::vector<long double> nom, den;
nom.push_back(1);
nom.push_back(-1);
den.push_back(1);
den.push_back(1);
PolynomialFraction<long double> STerm(nom, den);
STerm *= static_cast<long double>(2) / m_dbSamplingPeriod;
// Define nominator and denominator terms of the discrete time transfer function separately
nom.clear();
den.clear();
nom.push_back(0);
nom.push_back(1);
PolynomialFraction<long double> NominatorOfDiscreteTimeTransferFunction(nom, den);
PolynomialFraction<long double> DenominatorOfDiscreteTimeTransferFunction(nom, den);
// Generate the nominator and denominator terms of the resulting discrete time transfer function
for (uint64_t i=0; i<ContinuousTimeTransferFunction.GetNominatorDegree()+1; i++)
{
NominatorOfDiscreteTimeTransferFunction += STerm.GetPower(i) * ContinuousTimeTransferFunction.GetNominator().GetCoefficientAt(i);
}
for (uint64_t i=0; i<ContinuousTimeTransferFunction.GetDenominatorDegree()+1; i++)
{
NominatorOfDiscreteTimeTransferFunction += STerm.GetPower(i) * ContinuousTimeTransferFunction.GetDenominator().GetCoefficientAt(i);
}
return NominatorOfDiscreteTimeTransferFunction / DenominatorOfDiscreteTimeTransferFunction;
}
PolynomialFraction<long double> ControlSystemBlock::ContinuousTimeToDiscreteTime(const Polynomial<long double> & NominatorPolynomial,
const Polynomial<long double> & DenominatorPolynomial)
{
PolynomialFraction<long double> ContinuousTimeTransferFunction(NominatorPolynomial, DenominatorPolynomial);
return ContinuousTimeToDiscreteTime(ContinuousTimeTransferFunction);
}
PolynomialFraction<long double> ControlSystemBlock::ContinuousTimeToDiscreteTime(const std::vector<long double> & NominatorCoefficients,
const std::vector<long double> & DenominatorCoefficients)
{
PolynomialFraction<long double> ContinuousTimeTransferFunction(NominatorCoefficients, DenominatorCoefficients);
return ContinuousTimeToDiscreteTime(ContinuousTimeTransferFunction);
}
void ControlSystemBlock::SetTransferFunction( const PolynomialFraction<long double> & TransferFunction, SIGNAL_TYPE SignalType)
{
if (SignalType == SIGNAL_TYPE::ST_CONTINUOUS)
{
m_TransferFunction = ContinuousTimeToDiscreteTime(TransferFunction);
}
else
{
m_TransferFunction = TransferFunction;
}
m_InputMemory.resize(m_TransferFunction.GetNominatorDegree() + 1, 0.0);
m_OutputMemory.resize(m_TransferFunction.GetDenominatorDegree() + 1, 0.0);
}
void ControlSystemBlock::ShiftMemoryRegisters(long double dbNewInput)
{
m_InputMemory.push_back(dbNewInput);
m_InputMemory.pop_front();
m_OutputMemory.push_back(0.0);
m_OutputMemory.pop_front();
}
我刚做完。
我很快就会测试它。
关于c++ - 如何在 C++ 中实现传递函数的控制系统 block ?,我们在Stack Overflow上找到一个类似的问题: https://stackoverflow.com/questions/4542837/
C语言sscanf()函数:从字符串中读取指定格式的数据 头文件: ?
最近,我有一个关于工作预评估的问题,即使查询了每个功能的工作原理,我也不知道如何解决。这是一个伪代码。 下面是一个名为foo()的函数,该函数将被传递一个值并返回一个值。如果将以下值传递给foo函数,
CStr 函数 返回表达式,该表达式已被转换为 String 子类型的 Variant。 CStr(expression) expression 参数是任意有效的表达式。 说明 通常,可以
CSng 函数 返回表达式,该表达式已被转换为 Single 子类型的 Variant。 CSng(expression) expression 参数是任意有效的表达式。 说明 通常,可
CreateObject 函数 创建并返回对 Automation 对象的引用。 CreateObject(servername.typename [, location]) 参数 serv
Cos 函数 返回某个角的余弦值。 Cos(number) number 参数可以是任何将某个角表示为弧度的有效数值表达式。 说明 Cos 函数取某个角并返回直角三角形两边的比值。此比值是
CLng 函数 返回表达式,此表达式已被转换为 Long 子类型的 Variant。 CLng(expression) expression 参数是任意有效的表达式。 说明 通常,您可以使
CInt 函数 返回表达式,此表达式已被转换为 Integer 子类型的 Variant。 CInt(expression) expression 参数是任意有效的表达式。 说明 通常,可
Chr 函数 返回与指定的 ANSI 字符代码相对应的字符。 Chr(charcode) charcode 参数是可以标识字符的数字。 说明 从 0 到 31 的数字表示标准的不可打印的
CDbl 函数 返回表达式,此表达式已被转换为 Double 子类型的 Variant。 CDbl(expression) expression 参数是任意有效的表达式。 说明 通常,您可
CDate 函数 返回表达式,此表达式已被转换为 Date 子类型的 Variant。 CDate(date) date 参数是任意有效的日期表达式。 说明 IsDate 函数用于判断 d
CCur 函数 返回表达式,此表达式已被转换为 Currency 子类型的 Variant。 CCur(expression) expression 参数是任意有效的表达式。 说明 通常,
CByte 函数 返回表达式,此表达式已被转换为 Byte 子类型的 Variant。 CByte(expression) expression 参数是任意有效的表达式。 说明 通常,可以
CBool 函数 返回表达式,此表达式已转换为 Boolean 子类型的 Variant。 CBool(expression) expression 是任意有效的表达式。 说明 如果 ex
Atn 函数 返回数值的反正切值。 Atn(number) number 参数可以是任意有效的数值表达式。 说明 Atn 函数计算直角三角形两个边的比值 (number) 并返回对应角的弧
Asc 函数 返回与字符串的第一个字母对应的 ANSI 字符代码。 Asc(string) string 参数是任意有效的字符串表达式。如果 string 参数未包含字符,则将发生运行时错误。
Array 函数 返回包含数组的 Variant。 Array(arglist) arglist 参数是赋给包含在 Variant 中的数组元素的值的列表(用逗号分隔)。如果没有指定此参数,则
Abs 函数 返回数字的绝对值。 Abs(number) number 参数可以是任意有效的数值表达式。如果 number 包含 Null,则返回 Null;如果是未初始化变量,则返回 0。
FormatPercent 函数 返回表达式,此表达式已被格式化为尾随有 % 符号的百分比(乘以 100 )。 FormatPercent(expression[,NumDigitsAfterD
FormatNumber 函数 返回表达式,此表达式已被格式化为数值。 FormatNumber( expression [,NumDigitsAfterDecimal [,Inc
我是一名优秀的程序员,十分优秀!