我试图用八度音阶求解一个微分方程,但我选择的微分单位需要永远,所以我决定用 C 来编码。这是算法:
#include <stdio.h>
double J = 5.78e-5; // (N.m)/(rad/s^2)
double bo = 6.75e-4; // (N.m)/(rad/s)
double ko = 5.95e-4; // (N.m)/rad
double Ka = 1.45e-3; // (N.m)/A
double Kb = 1.69e-3; // V/(rad/s)
double L = 0.311e-3; // mH
double R = 150; // ohms
double E = 5; // V
// Simulacion
int tf = 2;
double h = 1e-6;
double dzdt, dwdt, didt;
void solver(double t, double z, double w, double i) {
printf("%f %f %f\n", z, w, i);
if (t >= tf) {
printf("Finished!\n");
return; // End simulation
}
else {
dzdt = w;
dwdt = 1/J*( Ka*i - ko*z - bo*w );
didt = 1/L*( E - R*i - Kb*w );
// Solve next step with newly calculated "initial conditions"
solver(t+h, z+h*dzdt, w+h*dwdt, i+h*didt);
}
}
int main() {
solver(0, 0, 0, 0);
// Solve data
// Write data to file
return 0;
}
被定义为h
(如您所见)的微分单位必须那么小,否则值将失控并且解决方案将不正确。现在,在数值更大的情况下h
,程序从头到尾都没有错误(除了nan
值),但是h
我选择了我得到了分段错误;是什么原因造成的?
备用八度音阶解决方案
在我的一个朋友告诉我他能够1e-3
使用 MATLAB 的微分步求解方程后,我发现 MATLAB 有一个“刚性”版本的ode23
模块——“刚性”的意思是专门用于求解那些需要的微分方程一个非常小的步长。后来我在 Octave 中搜索了“僵硬”的 ODE 求解器,发现它lsode
属于该类别。在第一次尝试中,lsode
以微秒为单位解决了方程(都比 MATLAB 和我的 C 实现快),并且得到了完美的解决方案。开源软件万岁!