octave_packages/odepkg-0.8.2/odepkg_testsuite_impltrans.m

   1 %# Copyright (C) 2007-2012, Thomas Treichl <treichl@users.sourceforge.net>
   2 %# OdePkg - A package for solving ordinary differential equations and more
   3 %#
   4 %# This program is free software; you can redistribute it and/or modify
   5 %# it under the terms of the GNU General Public License as published by
   6 %# the Free Software Foundation; either version 2 of the License, or
   7 %# (at your option) any later version.
   8 %#
   9 %# This program is distributed in the hope that it will be useful,
  10 %# but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  11 %# MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  12 %# GNU General Public License for more details.
  13 %#
  14 %# You should have received a copy of the GNU General Public License
  15 %# along with this program; If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
  16
  17 %# -*- texinfo -*-
  18 %# @deftypefn {Function File} {[@var{solution}] =} odepkg_testsuite_impltrans (@var{@@solver}, @var{reltol})
  19 %#
  20 %# If this function is called with two input arguments and the first input argument @var{@@solver} is a function handle describing an OdePkg solver and the second input argument @var{reltol} is a double scalar describing the relative error tolerance then return the cell array @var{solution} with performance informations about the TRANSISTOR testsuite of implicit differential algebraic equations after solving (IDE--test).
  21 %#
  22 %# Run examples with the command
  23 %# @example
  24 %# demo odepkg_testsuite_impltrans
  25 %# @end example
  26 %#
  27 %# This function has been ported from the "Test Set for IVP solvers" which is developed by the INdAM Bari unit project group "Codes and Test Problems for Differential Equations", coordinator F. Mazzia.
  28 %# @end deftypefn
  29 %#
  30 %# @seealso{odepkg}
  31
  32 function vret = odepkg_testsuite_impltrans (vhandle, vrtol)
  33
  34   if (nargin ~= 2) %# Check number and types of all input arguments
  35     help  ('odepkg_testsuite_impltrans');
  36     error ('OdePkg:InvalidArgument', ...
  37            'Number of input arguments must be exactly two');
  38   elseif (~isa (vhandle, 'function_handle') || ~isscalar (vrtol))
  39     print_usage;
  40   end
  41
  42   vret{1} = vhandle; %# The handle for the solver that is used
  43   vret{2} = vrtol;   %# The value for the realtive tolerance
  44   vret{3} = vret{2}; %# The value for the absolute tolerance
  45   vret{4} = vret{2}; %# The value for the first time step
  46   %# Write a debug message on the screen, because this testsuite function
  47   %# may be called more than once from a loop over all solvers present
  48   fprintf (1, ['Testsuite TRANSISTOR, testing solver %7s with relative', ...
  49     ' tolerance %2.0e\n'], func2str (vret{1}), vrtol); fflush (1);
  50
  51   %# Setting the integration algorithms option values
  52   vstart = 0.0;   %# The point of time when solving is started
  53   vstop  = 0.2;   %# The point of time when solving is stoped
  54   [vinity, vinityd] = odepkg_testsuite_impltransinit; %# The initial values
  55
  56   vopt = odeset ('Refine', 0, 'RelTol', vret{2}, 'AbsTol', vret{3}, ...
  57     'InitialStep', vret{4}, 'Stats', 'on', 'NormControl', 'off', ...
  58     'Jacobian', @odepkg_testsuite_impltransjac, 'MaxStep', vstop-vstart);
  59     %# ,'OutputFcn', @odeplot, 'MaxStep', 1e-4);
  60
  61   %# Calculate the algorithm, start timer and do solving
  62   tic; vsol = feval (vhandle, @odepkg_testsuite_impltransfun, ...
  63     [vstart, vstop], vinity, vinityd', vopt);
  64   vret{12} = toc;                       %# The value for the elapsed time
  65   vref = odepkg_testsuite_impltransref; %# Get the reference solution vector
  66   if (exist ('OCTAVE_VERSION') ~= 0)
  67     vlst = vsol.y(end,:);
  68   else
  69     vlst = vsol.y(:,end);
  70   end
  71   vret{5}  = odepkg_testsuite_calcmescd (vlst, vref, vret{3}, vret{2});
  72   vret{6}  = odepkg_testsuite_calcscd (vlst, vref, vret{3}, vret{2});
  73   vret{7}  = vsol.stats.nsteps + vsol.stats.nfailed; %# The value for all evals
  74   vret{8}  = vsol.stats.nsteps;   %# The value for success evals
  75   vret{9}  = vsol.stats.nfevals;  %# The value for fun calls
  76   vret{10} = vsol.stats.npds;     %# The value for partial derivations
  77   vret{11} = vsol.stats.ndecomps; %# The value for LU decompositions
  78
  79 %# Returns the results for the implicit TRANSISTOR problem
  80 function res = odepkg_testsuite_impltransfun (t, y, yd, varargin)
  81   ub = 6; uf = 0.026; alpha = 0.99; beta = 1e-6;
  82   r0 = 1000; r1 = 9000; r2 = 9000; r3 = 9000;
  83   r4 = 9000; r5 = 9000; r6 = 9000; r7 = 9000;
  84   r8 = 9000; r9 = 9000; c1 = 1e-6; c2 = 2e-6;
  85   c3 = 3e-6; c4 = 4e-6; c5 = 5e-6;
  86
  87   uet  = 0.1 * sin(200 * pi * t);
  88   fac1 = beta * (exp((y(2) - y(3)) / uf) - 1);
  89   fac2 = beta * (exp((y(5) - y(6)) / uf) - 1);
  90
  91   res(1,1) = (y(1) - uet) / r0 + c1 * yd(1) - c1 * yd(2);
  92   res(2,1) = y(2) / r1 + (y(2) - ub) / r2 + (1 - alpha) * fac1 - c1 * yd(1) + c1 * yd(2);
  93   res(3,1) = y(3) / r3 - fac1 + c2 * yd(3);
  94   res(4,1) = (y(4) - ub) / r4 + alpha * fac1 + c3 * yd(4) - c3 * yd(5);
  95   res(5,1) = y(5) / r5 + (y(5) - ub) / r6 + (1 - alpha) * fac2 - c3 * yd(4) + c3 * yd(5);
  96   res(6,1) = y(6) / r7 - fac2 + c4 * yd(6);
  97   res(7,1) = (y(7) - ub) / r8 + alpha * fac2 + c5 * yd(7) - c5 * yd(8);
  98   res(8,1) = y(8) / r9 - c5 * yd(7) + c5 * yd(8);
  99
 100 %# Returns the INITIAL values for the TRANSISTOR problem
 101 function [y0, yd0] = odepkg_testsuite_impltransinit ()
 102   y0 = [0, 3, 3, 6, 3, 3, 6, 0];
 103   yd0 = 1e-3 * [0, 0, 1/3, 0, 0, 1/3, 0, 0];
 104   %#  yd0 = [ 51.338775,  51.338775, -166.666666, -24.975766, ...
 105   %#         -24.975766, -83.333333, -10.0056445, -10.005644];
 106
 107 %# Returns the JACOBIAN matrix for the TRANSISTOR problem
 108 function [dfdy, dfdyd] = odepkg_testsuite_impltransjac (t, y, varargin)
 109   ub = 6; uf = 0.026; alpha = 0.99; beta = 1e-6;
 110   r0 = 1000; r1 = 9000; r2 = 9000; r3 = 9000;
 111   r4 = 9000; r5 = 9000; r6 = 9000; r7 = 9000;
 112   r8 = 9000; r9 = 9000; c1 = 1e-6; c2 = 2e-6;
 113   c3 = 3e-6; c4 = 4e-6; c5 = 5e-6;
 114
 115   fac1p = beta * exp ((y(2) - y(3)) / uf) / uf;
 116   fac2p = beta * exp ((y(5) - y(6)) / uf) / uf;
 117
 118   dfdy(1,1) =   1 / r0;
 119   dfdy(2,2) =   1 / r1 + 1 / r2 + (1 - alpha) * fac1p;
 120   dfdy(2,3) = - (1 - alpha) * fac1p;
 121   dfdy(3,2) = - fac1p;
 122   dfdy(3,3) =   1 / r3 + fac1p;
 123   dfdy(4,2) =   alpha * fac1p;
 124   dfdy(4,3) = - alpha * fac1p;
 125   dfdy(4,4) =   1 / r4;
 126   dfdy(5,5) =   1 / r5 + 1 / r6 + (1 - alpha) * fac2p;
 127   dfdy(5,6) = - (1 - alpha) * fac2p;
 128   dfdy(6,5) = - fac2p;
 129   dfdy(6,6) =   1 / r7 + fac2p;
 130   dfdy(7,5) =   alpha * fac2p;
 131   dfdy(7,6) = - alpha * fac2p;
 132   dfdy(7,7) =   1 / r8;
 133   dfdy(8,8) =   1 / r9;
 134
 135   dfdyd = [ c1, -c1,  0,   0,   0,  0,   0,   0; ...
 136            -c1,  c1,  0,   0,   0,  0,   0,   0; ...
 137              0,   0, c2,   0,   0,  0,   0,   0; ...
 138              0,   0,  0,  c3, -c3,  0,   0,   0; ...
 139              0,   0,  0, -c3,  c3,  0,   0,   0; ...
 140              0,   0,  0,   0,   0, c4,   0,   0; ...
 141              0,   0,  0,   0,   0,  0,  c5, -c5; ...
 142              0,   0,  0,   0,   0,  0, -c5,  c5];
 143
 144 %# For the implicit form of the TRANSISTOR problem a mass matrix is
 145 %# not needed. This mass matrix is needed if the problem is formulated
 146 %# in explicit form (cf. odepkg_testsuite_transistor.m).
 147 %# function mass = odepkg_testsuite_impltransmass (t, y, varargin)
 148 %#   mass =  [-1e-6,  1e-6,     0,     0,     0,     0,     0,      0; ...
 149 %#             1e-6, -1e-6,     0,     0,     0,     0,     0,      0; ...
 150 %#                0,     0, -2e-6,     0,     0,     0,     0,      0; ...
 151 %#                0,     0,     0, -3e-6,  3e-6,     0,     0,      0; ...
 152 %#                0,     0,     0,  3e-6, -3e-6,     0,     0,      0; ...
 153 %#                0,     0,     0,     0,     0, -4e-6,     0,      0; ...
 154 %#                0,     0,     0,     0,     0,     0, -5e-6,   5e-6; ...
 155 %#                0,     0,     0,     0,     0,     0,  5e-6,  -5e-6];
 156
 157 %# Returns the REFERENCE values for the TRANSISTOR problem
 158 function y = odepkg_testsuite_impltransref ()
 159   y(1,1) = -0.55621450122627e-2;
 160   y(2,1) =  0.30065224719030e+1;
 161   y(3,1) =  0.28499587886081e+1;
 162   y(4,1) =  0.29264225362062e+1;
 163   y(5,1) =  0.27046178650105e+1;
 164   y(6,1) =  0.27618377783931e+1;
 165   y(7,1) =  0.47709276316167e+1;
 166   y(8,1) =  0.12369958680915e+1;
 167
 168 %!demo
 169 %! vsolver = {@odebdi};
 170 %! for vcnt=1:length (vsolver)
 171 %!   vtrans{vcnt,1} = odepkg_testsuite_impltrans (vsolver{vcnt}, 1e-7);
 172 %! end
 173 %! vtrans
 174
 175 %# Local Variables: ***
 176 %# mode: octave ***
 177 %# End: ***