Int ern at i onal  Journ al of  P ower E le ctr on i cs a n Drive  S ystem s   ( IJ PEDS )   Vo l.   12 ,  No.   1 M a r 202 1 , p p.  10 ~ 19   IS S N:  20 88 - 8694 DOI: 10 .11 591/ ij peds . v12.i 1 . pp10 - 19          10       Journ al  h om e page http: // ij pe ds .i aescore.c om   On  fini te - time  ou tput fe edback sli ding mo de cont rol of an  elastic  multi - mo t or syst em       Pha m  Tu an  T ha n h 1 , Tr an   X ua n  Ti nh 2 D ao P huong  Na m 3 , Da Sy L ua t 4 , Ng uyen  Ho n g Qu ang 5   1,2 Le   Quy   Don   Univer sity   of Technology,   Hano i,  Viet na m   3 Hanoi  Univer si t of  Sci ence and   Technol ogy ,   Ha noi,   Vi et n am   4 Dong Nai   Te ch nology  Univer si t y,   Bi ên  Hòa ,   Vi e tna m   5 Tha i   Nguyen  U nive rsity   of Technology,   Tha i   N guyen,   Vi et n am       Art ic le  In f o     ABSTR A CT    Art ic le  history:   Re cei ved   J ul   28 , 2 0 20   Re vised  Jan  15 , 2021   Accepte Fe b   15 , 20 2 1       In  thi pape r ,   th tracki ng  con tr ol  sche m is  pre sente using  th e   fra me work   of  finite - ti m sl idi ng  mode  con trol   (SM C)  la w   and   high - g ai n   observe for   disturbe d/un ce rt ai mu lt i - mot or   drivi ng  sys tems  under   the  conside ra ti on   mul ti - ou tput  sys te ms.  The  con ver gence  ti m of  slidi ng   mod con trol  is   esti mated  in  co nnec t ion  with  linear   m at r ix  inequali t ie (LMIs) .   The  input   stat e   stabilit y   ( ISS of  proposed  con tro ller  w as  analyz ed  by   Lya punov   stabi lity  the ory .   Final ly,  th exte nsive  simu la t ion   result s   are  giv e to  v alidate  the   adva nt age s o proposed contr ol  design .   Ke yw or d s :   Finit e - ti me con trol   Linear  matri x i nequali ti es   M ulti - m otor s yst ems    Ou t pu fee db ac c on t ro l   Sli din g m od e  c on t ro l   This   is an  open   acc ess arti cl e   un der  the  CC  BY - SA   l ic ense .     Corres pond in Aut h or :   Ngu yen Ho ng  Qu a ng,    Thai  Ngu yen  Un i ver sit y o f Te ch no l ogy,    666, 3/ St reet,  Tich L uong  W ard, T hai Ng uyen  Ci ty  -   T hai  Ngu yen Pro vinc e, V ie tna m   Emai l:   qu a ng. nguye nhong@t nu t.e du. vn       1.   INTROD U CTION     M ulti - m otor  dri ve  s ys te ms   ha ve  been  em pl oy e i s ys te ms  m ovin pa per,  meta l,  ma te rial   bein qu it popula r   in  man uf a ct ur i ng  s ys te ms   an researc he by  man aut hor in   the   rece nt   ti mes.  The   c ontr ol  method  util iz e arti fici al   ne ur al   net wor ( ANN)   te c hn i que  has  bee pres ente by  B ou c hib et   al .,  [1].  Howe ver,  the   disad va ntage   is  to   in vestigat e   the   ap pro pr ia t net works  with  as so ci at ed   le arn i ng  r ules  i con t ro l   desig n.   Furthe r more,  t he  ef fec ti ven ess  of  tra ckin pro blem   or  the  sta bili zat ion   of   t he  ca scade  s ys te a re  not  sti ll   con side re unde the   in f luences   of  us i ng  ne ural   net w ork  a p proach.  Dominiq ue  K ni tt el ,   et   al . ,   pro po s ed  man li near   c on t ro ll ers  unde the  c on si derat ion   of  the  a ppr oximat model  of  m ulti - mo to sy ste ms  withou t   el ast ic fr ic ti on   as  a   li near  s yst em  to   de sig the  c ontr oller  base on  the   tr ansf e f un ct io te ch nique   [2 ] ,   [ 3].  The   f rame wor of   the   cl assic al   PI  c ontroll er  a nd   H   in fin it to   el imi nat disturba nce  was     pro posed   in  th e   work  of  [2 ] ,   [ 3].  In  the   el as ti mu lt i - m otor  dr i ve  sy ste m s,  it   is   necess ary  to   est imat the   belt  te nsi on  to   est ablish  t he  a s so ci at ed   sta te   f eedb ac co ntr ol le r.  H owe ver ,   the d iffic ulti es o f   the   c on tr ol d esi gn   li in   th fact   that   meas ur e m ent  of  this   belt   te ns io by   us i ng  se nsors T he   s l i d i n g   m o d e   c o n t r o l   ( S M C )   t e c h n i q u e   b a s e d   s t a t e   f e e d b a c k   c o n t r o l   e n a b l e s   t o   e l i m i n a t e   i n f l u e n c e  o f  d i s t u r b a n c e s  a n d  u n k n o w n  p a r a m e t e r s  w a s  p r o p o s e d   i n   [1 ] ,   [ 4].   In   [ 4] ,   the  sli ding  m ode  c ontr oller  wa c ombine with  disturba nce  observ e as   well   as  it erati ve  le arn i ng   con t ro ( ILC) ,   feedfo rw a r con t ro ll er.  It  can  be  see t hat,  the  cl assi cal   nonlinear  con t ro l   la ha bee n   inv est igate i rob otic  syst em s uch  as   em plo yi ng  the   fu zz y - c ontrol   in   in ver te pe ndulum  s ys te ms   [ 5],   r obust   adap ti ve   co ntr ol  sche mes  i bilat eral  te le operators  [ 6],  wheel ed  m ob il r obotic  syst ems   [7],   t racto tra il er  [8 ].  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  P ow Elec   & Dri S ys t   IS S N: 20 88 - 8 694       On fi nite - ti me ou t pu t f ee dbac k sli ding  mode  con tr ol  of an  el as ti c mult i - m oto r syste m (P ham  T uan T hanh )   11   Additi on al l y,   t he  o ptimal   c ontrol  a nd  opti miza ti on   pro blem   are   al so  c onsidere in   rece nt   ti me  via  t he  w ork  i [9 ] - [12 ].   T he  s li din mode  ba sed  c on t ro has   bee paid  muc at te ntio in   recent  years  be cause  it   is  wi dely   releva nt  co ntr ol   method ology  for  un ce rtai n/ disturbe s ys te ms.  S M as   a   rob us co ntr ol   scheme   f oc use on   reducin t he  di sadv a ntage   of   exter nal  distu rb a nces  a m uc as  possible  base on  t he  de sign   of  a ppropr ia te   sli din s urfac as   well   as   impleme nting  the  e quivale nt   co ntr oller   [ 13] - [ 21].  An  a dap ti ve   sc hem wa s   pr opos e i [ 22]  with ou a ny   knowle dge  of  the  bound  on   the  disturba nc an thei de rivati ves.  T he   high   order  S M de sign  wa in ves ti gated  in   c on t ro sy ste m   of  unic ycle  unde t he  c onside rati on  of  un ce rtai nt ie of   matc hed  a nd  unmatc he te rm   [ 23].  Additi onal ly,  the   act uator  sat urat io w as  al so  c on si de red  in   sli ding   mode   con t ro l   desi gn  f or  s pace  c raft   sy ste m [24].   Th pro blem  of  in vestigat in sta te   obse rvers  for   syst em is  a importa nt  dire ct ion   in   the   co ntr ol  li te ratur e.   I [ 25] high - gain  obser ve (HGO)  has  be e in vestigat e sinc e   1980   by  the   work   of   Pete rsen   a nd  H ollot  on  in fini ty  co ntro bas ed  on  the  a dj us ti ng  of  ap propriat e   coeffic ie nt  to   s at isfy  the   li nea matri in eq ua li ti es  (LM Is ).  A uthors  in  [ 25]   desc ribe t he   de velo pm e nt   from  the  tra diti on al   exam ple  to   di fferentia obse rvabil it us i ng  T aylo e xp a ns i on  with  c onside rin the   ti me  i nter val   [ , ] It   sug gested   that  the  H G sho uld   be  desig ne by  interme diate   va riables  obta in ed  f rom  the   diff e re ntial   ob serv a bili ty  work  [ 25].  M ore ov e r,  in   rece nt   ti me,  t he   HGO  desig f or  a   cl ass  of  m ulti - in pu t   mu lt i - outp ut  ( M I MO)  unif ormly  obse rv a bl sy ste ms  were  al so   co ns i de red   a nd  the  e xt ensio ns   of  previo us  idea  wer e   im plemente f or  unce rtai no nlinear   s ys te m with   sa mp le outp uts  [15 ].   The   work  i [26 mentio ned  tw pr ob le ms in cl ud in sta te   est imat ion   via   Neural  Net w orks  a nd   bac kst epp i ng   te c hniqu in   deali ng w it h i nput sat ur at io n.   I t i s wo rth n oting  t hat the  outpu fee db ac c on t ro l sc heme   bein the  fram ewor of  sta te   fee dba ck  c ontrol   an obse rv e was   desig ne us in dy na mic  gain   an exte nd e sta te   obser ver  [27].   The  fi xed - ti m SM has  be en  me ntio ned  unde the  c onside rati on   of   model  sepa ra ti on   f or   D ual - M ot or   Dr i ving  sy ste ms  but  the  se par at io te ch ni qu prob le was  el imi nate [ 28 ] ,   [ 29] Howe ver,  mos of   the  pr e vious   w ork   i m ulti - m otor  dr i ve   co ntr ol   s ys te ms   we re   no t   onl menti on e to   fi nite  t ime  c onverge nc in  SM te c hn i que,  but  al so  not   care a bout  i nf l uen ce   of  el a sti and   fr ic ti on.  Furthe rm or e obse rv e desi gn  f or  te ns io was   only  c onside red  as  li near   a ppr ox imat model     a well   as  th separa ti on   pr inciple   has   not   been  mentio ned.  I t his  pa per,  we  c on si der   t he  L M base fi nite - ti me  SM for   mu lt i - m oto s ys te ms  in  pres ence  of  el ast ic fr ic ti on   as   well   a t he  high  gain   obse rv e te c hn i que  is  deter mine in  our   work.  It  is  w or t noti ng  tha t   the  S M C   base sta te   fee db ac c ontr ol  sc he me  gu a ra ntees  the  el imi natio of  disa dv a nta ge  of  disturba nc an un ce rtai nties.  Ther e f or e,   co nsi der at io of   usi ng   high - gai ob s er ver   is  i nvest igate to  c omp ute  the  te nsi on   i this  sy ste a nd  co mb i ne  wit h   the  sta te   fee dback  c ontr ol  scheme  to  i mp le ment  the  ou t pu feedback  c on trolle gu a ra nteed  the   separ at io pr i nciple.  T he  sta bili zat ion   of  c ascade  s ys te is  sat isfie by  the  outp ut  fee db ac con t ro l al gorithm a nd s how n by the or et ic al   analysis,  sim ulati on s.       2.   DYN AM I C M ODEL O A ROBOT   M A NIP ULATO R  AND  PR OBL EM ST ATEM ENT    As  t he  w ork   descr i bed  in   [ 30],  the   m ode of  a   m ulti - m otor  s ys te ms   with  fr ic ti on,   back la s an d   el ast ic  can  be   r epr ese nted   as  ( 1) :     1 1 1 2 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 21 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 12 2 12 12 1 1 2 2 12 12 21 12 1 1 2 2 21 12 12    1 . ( ) ( ) ( ) 1 . ( ) . ( ) ( ) 1 ( 1 ) . 1 ( 1 ) . rL rL L c b L L L c b L L LL LL k f k g T r F K k f k g T r F K F C r r F Cl F C r r F Cl yF   = = = + + = +  = +    = +   =   (1)     In  w hic h,  the   par a mete rs   of  t his  s ys te m   are   sh ow i Tabl e   1 I orde t co ns i der  the   model  (1)  i the stat e sp a ce  r e p r e s e n t a t i o n ,   t h e   s t a t e   v a r i a b l e s   a n d   c o n t r o l   i n p u t s   a r e   g i v e n   t o   o b t a i n   t h e   s t a t e   s p a c e   m o d e l   (2):        1 2 3 4 5 6 1 2 1 2 2 1 1 2 T T LL x x x x x x x F F = =   ;     1 2 1 2 TT rr u u u  ==   ;     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8 694   In t J   P ow  Ele D ri   S ys t,   V ol 12 , N o.   1 Ma rch  20 21   :   10     19   12   1 1 3 2 2 4 3 1 1 1 1 1 1 1 1 5 1 4 2 2 2 2 2 2 2 2 6 2 5 12 1 3 2 4 5 12 6 12 1 3 2 4 6 12 1 . ( ) . ( ) ( ) 1 . ( ) . ( ) ( ) 1 ( 1 ) . 1 ( 1 ) . c b L L c b L L x u x x u x x k f x k g x T r x K x k f x k g x T r x K x C r x r x x Cl x C r x r x x Cl = = = + + = +  = +    = +     (2)       Table  1.   D yn a mic pa rameter   Para m aters   Exp lain atio n   J 1 , J 2 , J L1 , J L2     Moto rs’s I n er tia  m o m en t,  Load s’s  Inertia  m o m en (kg m 2 )   , ,     The to rqu e of  Moto r,  L o ad  ( Nm ),   rot o r’ s Flu x  ( W b )       Ro to r’ s Self - in d u ctio n  ( H)   , , , ,     Ro ller  ‘s Rad iu s, v elo city  r atio roto r’ s electric  ang le vel o city stato r’ s an g l v elo city b elt tens io n     ω 1 , ω 2 ,   ω r1 , ω r2   The ang le velo city  of m o to r lo ad   c 1 , c 2 , b 1 , b 2   The coeffi cien ts o f  Stif fnes s an d   fr icti o n     1 , 2   The er rors o an g le  sp eeds  un d er  th e influ en ce of back la sh elastic       Re mark 1   Un li ke  the   de scriptio was   est ablishe i [ 1 ] - [ 4],  this   w ork  c onside rs  mu lt i - m otor  s yst ems  in  prese nce  of   nonli near  pro per t y,   bac klas h,   fr ic ti on,   el ast ic   ph e nome non.  T he refor e ,   the  trans fer - f un ct i on  base a ppr oa ch  in  [ 1 ] - [ 4]   has  no bee m entione i thi pa per   due  to   these  chall enges.    The  mai co ntro obje ct ive  to  fin the  velo ci ti es  12 , rr    ob ta ini ng  the  trac king  of   sta te   va riab le s   vecto = [ 1 , 2 , 1 , 2 , 21 , 12 ] Furth erm or e,   beca use   it   is   ha r t e sta blish   the   se ns ors   in   thi s   mu lt i - m otor  s ys te m,   the   co ntr oller  needs   to   be   ad de more  t he  sta te   obse rv e obta ining  the   se pa rati on   pr i nciple.   Fo r  the  outp ut  feedbac c on t r ol d e sig n,  t he  a ssu m ptio ns  a re  intr oduce as  fo ll ows:   Assum ption   1.  The  diamet er  of   eac m ot orcycle  is  ne glig ible  com par e to  le ngth  of   t he   conve yor  bel of   a   mu lt i - m otor s yst em.   Assum ption  2.  T he  fr ic ti on   a nd  sli c oeffic ie nts  of  the   c onve yor   belt  of  a   m ulti - mo t or  s ys te m   are   c onsta nt  and  the we re  no de pende on  loa ds diam et er  of  eac m otorcycle  is  ne gligible  c ompa red   t le ng th  of t he  c onve yor belt  of  a m ulti - mo t or  sy ste m.       3.   FINITE - TI M E OUTP UT F EE DBACK S LIDIN MO DE CONT ROL  D ESIG N     3.1.    Fini te - time  t r ackin sli din g mod e c on tr ol  design   Accor ding to  the  m o d e l   ( 3 )   a n d   A s s u m p t i o n   1 ,   2 ,   t h e   t r a c k i n g   e r r o r   m o d e l   c a n   b e   o b t a i n e d   a s   (3) :     2 2 5 1 1 2 1 5 1 2 2 6 2 2 5 2 1 2 1 5 1 2 2 6 3 1 5 4 2 6 5 1 1 3 1 1 3 1 1 2 1 6 2 2 4 2 2 4 2 2 1 2   1 . ( ) . ( ) ( ) 1 . ( ) . ( ) ( ) c b L L c b L L r x x x C r x C r x l r x x x C r x C r x l x u x x u x x k f x k g x T r x K x k f x k g x T r x K = = =− =− = + + = +   (3)       It can  b e  r e wr it te by:     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  P ow Elec   & Dri S ys t   IS S N: 20 88 - 8 694       On fi nite - ti me ou t pu t f ee dbac k sli ding  mode  con tr ol  of an  el as ti c mult i - m oto r syste m (P ham  T uan T hanh )   13   12 1 12 2 11 12 1 12 2 22 33 44 1 1 55 66 2 2 0 0 0 0 . . 0000 0 0 0 0 . . 0000 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 . 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0000 0000 0 0 0 0 0 L L C r C r xx C r C r xx xx xx r K xx xx r K       =+        ( ) 1 2 ., 0 0 u u d x t    +        (4)     wh e re:   1 12 T z x x = 2 3456 T z x x x x = ; 11 00 00 A  =   1 2 1 1 2 2 12 1 2 1 1 2 2 00 00 C r C r A C r C r  =         1 21 1 2 2 00 00 0 0 L L r A K r K     =        ; 22 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 A    =          2 1 0 0 0 0 1 0 0 0000 0000 B    =    ; 1 0000 0000 B  =        ( ) 1 1 3 1 1 3 1 2 2 1 2 2 4 2 2 4 2 2 0 0 1 . ( ) . ( ) , 1 . ( ) . ( ) c b L L c b L L k f x k g x T d z t K k f x k g x T K     +− =    +−         therefo re , t he  t rack i ng er ror mo del (4)  can   be rep rese nted as:     ( ) 1 2 1 1 2 2 1 1 2 1 2 1 1 2 2 1 2 1 2 22 2 1 2 2 00 00 00 00 00 0 0 1 0 00 0 0 0 1 0 , 0 0 0 0 0 0 0 0 0 L L C r C r z z z C r C r r z z z B u d z t K r K −   =+            = + + +           (5)     Con si der the sl iding va riable ( ) ( ) 12 1 T s e e A P e =     (6)     wh e re  r e f ez =−   an ( ) 1 11 ee  =− HI =   the  fi nite t ime sl iding m od e  c on t ro l l a is  propose as  d e sc ribe in  the  f ollow in g The or e m 1.   The or em  1 : C onside the   s ys te m (5) wit h t he  d ist urba nce  ( 2 ( , ) )   be ing   boun ded  by  2 d   and the  S MC  is  giv e as ;     ( ) = ( ) 2 1 ( )   (7)     in  w hich   ( ) ( ) 1 1 2 1 2 T d n de u t B A z A P z dt  =   ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 2 s g n s g n s u t d s e s e s e s e  = + +    ar e   the  posit ive  co ns ta nt  numb e r s.    The  pro pos ed  S M ena bl es  us   to  obta in   the  finite - ti me   Inp ut  Stat Stabil it (I S S)   sta bili ty.   Pr oo f   : The  Proof is  div ide i nto t w ste ps   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8 694   In t J   P ow  Ele D ri   S ys t,   V ol 12 , N o.   1 Ma rch  20 21   :   10     19   14   In Step  1,  we p rove t hat the cl os e s ys te re aches t the  sli ding s urface i n fin it e ti me:   Ba sed on t he L yapu nov  ca ndidate  fu nction u sing t he  sli di ng v a riable as:     ( ) ( ) ( ) ( ) 2 1 2 T V s e s e s e =   (8)     ta kin the ti me  d e rivati ve o t his L yapu nov f un ct io al ong t he  s ys te ms  (5),  w obta in:     ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ( ) ( ) ) ( ) ( ) ( ) 1 1 2 1 2 2 1 12 21 22 2 2 1 12 2 2 ,               =  s , T T T dd TT d dg e V s e s e s e s e H z A P A z A z B u H z z d z t dt dg e e A z A P B u z d z t dt = = + + + +  + +     (9)     su bst it uting   ( 7) into ( 9)   giv e s:     ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 2 2 2 s g n                           sg n , TT TT V s e s e s e s e s e s e s e d s e s e d z t  =− −+   (10)     accor ding  t ( ) ( ) 2 2 x , ma d d z t , we  hav e:     ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 2 21 2 m i n m i n 2 2 2 2 V s e s e s e V s e V s e + =   (11)     Choose  ( ) ( ) ( ) ( ) 1 / 2 2 m in 2 m in 2 2 0 ,   2 0 ,   1 / 2 1 + = = = + , acc ordin to  the i ne qu al it y ( 11),   the close s ys t em r eac hes  t s li din g   surface  in finit e ti me g i ven as   (12 ) :     ( ) ( ) ( ) ( ) 2 1 2 2 0 2 2 2 2 2 1 ln 1 r V s e t t  + =   (12)     wh e re      ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 2 0 0 0 1 / 2 T V s e t s e t s e t =   (13)     In   Step   2,  on c the  cl ose s ys te traj ect ory  reac hes  t he   sli ding  s urfac e,  the  e rro rs  c onve rg e   to  at tract ion   reg i on  in   fi nite  ti me.  Co ns ide t he  cl os ed   syst em  in  the  sli ding  s urface  ( ) ( ) 12 1 0 T s e e A P e = = Choose    an k   are  c on sta nt  c oeffici ents,  i wh ic ( t ) ;   f e k  The   pa rameters   0 1 0     2 0   an the  matri ces  0 ,   0 ,   0 ,   0 X Q W G   an ar ch os en   to  s at isfy  the  f ollow i ng  Linea r   M at rix  Ine qu al it ie s ( LMIs):     1 1 1 1 1 2 1 2 0 T T T A X X A A Y Y A Q X XW  + +     (14)     1 2 1 2 2 0 T A A X XG      (15)     1 2 2 0 IQ −   (16)     2 2 2 0 IW −   (17)     2 12 2 0 k  −   (18)   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  P ow Elec   & Dri S ys t   IS S N: 20 88 - 8 694       On fi nite - ti me ou t pu t f ee dbac k sli ding  mode  con tr ol  of an  el as ti c mult i - m oto r syste m (P ham  T uan T hanh )   15   The the   s ys t em  ( 5)  is  sta bili zed  i fi nite  ti me  wit the   at tract ion   re gion   ( ) 1 e t k .   T he   Pro of  is  simi la rly  im plemented  as a bo ve  ste p wit th e co rr es pondin L ya punov F unct ion  1 1 1 1 1 ( ) ,   T V e e P e P X ==     3.2.    High - gain  ob s erver   c ontrol  design   of mul t i - mo to r  syste ms   As  descr i be i [ 25] it   is  ha rd  to  fin th obser ve f or   mu lt i - ou t pu sy ste ms   beca use   the  data  colle ct ion  nee ds   t be   im plemented   in   the   su f fici ently   sm al interval   as  well   as   em ployin t he  ta ylor   series   appr ox imat io n.  Th ere fore,   the   hi gh - ga in  obs erv e was   pr opos e by  [15]  e nab li ng   us  t de al   with   m ulti - ou t put   sy ste ms . Consi der the cla ss  of  non li nea r u nif ormly  obser va ble s ys te ms:     ( ) 1 , z f u z y C z z = + ==     ( 19 )   wh e re  t he  sta te   va riables  n zR   wit h   12 1 ; 1 , 2 , 3 , . . . . , ; . . . ; k n n k qk k z R k q n n n n n = = = the   in pu t   uU   is  a   com pact set   of   R m the  ou t pu var ia bles   1 n yR .     ( ) 1 1 2 1 12 1 1 1 2 3 2 2 1 1 ( u , z , z ) 0 ( u , z , z , z ) ; , ; 0 ; , 0 , . . . , 0 ( u , z ) 0 q n n n n n q q q q f z f z z f u z C I f z              = = = =                      1 1 2 1 , 0 , . . . , 0 q n n n n n CI   =        This  a bove   s yst em  al so  sat isfi es  se ver al   ass umpti ons   as  des cribe i [15 ].  It  is  hard   to   fi nd  directl the  Hi gh - G ai ob s er ver   f or   m od el   (19 ),   s t hat  it   can  be  tr ansf e rr e i nto   the  f ollo wing  f orm  to  ea sie de sign   base d on the tr ansfo rmati on a s foll ow s:       1 2 1 1 1 12 1 ( .) 1 2 3 2 00 2 ( .) 1 1 ( u , z , z ) ( u , z , z , z ) : , ( z ) ( u , z ) k k f nq n z q f q z i z f f z f + =      = =         We   im ply   0 1 ( u, ) z A yC  = + + == and   c onti nue  t f in the inter mediat e obser ve r   [ 15 ]:   1 1 1 1 1 1 ˆ ˆ ˆ ˆ ( u , ) ( u , ) TT A S C S C  = + .   Be ca us e   1 0 AA = và  0 CC =   then   em ployin g   0  =   , we  ob ta in  the  dyn a mic eq uat ion   of  ob se r ver erro rs:   1 1 1 0 ˆˆ ( A S C C) ( ( u , ) ) ( u , ) TT C z −−  = +   .   I order  to   analyze   the   ob serv e r   er rors,  sel ect ing   the  cand i date  f unct ion   1 () T VS = ta ke  the  de rivati ve  of   this  functi on   al ong  the   sy ste m   traj ect ory of  t r ansfo rme s ys t ems:   21 00 1 1 0 m in ˆ ( u , ( ) ) 2 ( S ) ( s ) c VV z  + + +     wh e re   x m in ( s ) ( S ) ( s ) ma =       base on the  w ork  i [ 15] , we  imply  that:     ( ) 2 1 1 1 1 1 q c V c V V  +   ( 20 )     the  fact t hat is  the foll owin s el ect ion s:  1 1 1 1 11 ( I , I , . . . , I ) q n n n b l o c k d i a g =     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8 694   In t J   P ow  Ele D ri   S ys t,   V ol 12 , N o.   1 Ma rch  20 21   :   10     19   16   ˆ ( z ) +   is t he  le ft i nve rse of  b l ock d i agonal mat rix   ˆ ( z )   with  1 12 1 1 21 1 ˆ ˆˆ ( u , z ) ( u , z , z ) ˆ ( z ) b l o c k d ia g , , . . . , ˆˆ q k n k i f f I zz + =  =    wh e re   is t he   po sit ive  d e finit e so l ution o th e algeb raic   Lya puov   e qu at ion   ( 21)     0 TT S A S S A C C + + =   ( 21 )     come back  to  th e model  (19), t he  e qu i valent  obser ve ca n be  determi ned as  (22)     11 ˆ ( z ) ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ ( ) f ( u , z ) ( z ) ( z z ) T z S C C z  + +   = =     (22 )     al tho ug im ple mentin th observ e i nterme diate ly, we sti ll  obtai the   dire ct   resu lt   (23) :     1 1 2 1 2 2 11 1 1 1 ( u , z ) ˆ ( z ) ( u , z ) q n q T q qq k q k i CI f C x SC f C z + + + + =         =            ( 23 )     wh e re  1 1 2 ( i, j) ( 1 ) i j j i j n S C I +− +− =−   with   ! ;1 i, j q ! ( j i) ! i j j C i =   in  orde t fi nd  co ntr ol  de sign   a ppr opria te   HGO  for  mu lt i - m otor  s ys te ms  (1),   w nee to  i m plement   al te rn at el y:   Con si der the  f ollow i ng  m ulti - m oto r  s ys te ms :     12 2 1 1 2 2 1 3 3 12 1 21 2 22 3 12 3 1 () 1 ( ) K ( ) ( ) ( T . ) 1 ( 1 ) . L C L TC x u x T x J f x u x f x r x K x C r x r x x Cl yx =−  = + +    = +   =   w he re     31 1 1 1 2 1 1 2 1 2 2 2 1 2 3 1 2 2 2 2 2 3 2 1 2   ;       ;       r r x x x F x x x x x x F    = = = = = =       accor ding  t th e res ult ( 22),   w e obtai th e e quivale nt  obse rver:     1 2 3 3 2 2 1 1 2 2 1 3 3 3 3 3 12 1 21 2 22 3 3 3 12 3 1 ˆ ˆ ˆ ( u x ) 3 ( x ) 1 ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ ( ) K ( ) ( ) ( T . ) ( ) 1 ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ ( 1 ) ( ) . y L C L TC L xx T x J f x u x f x r x x x KT x C r x r x x rJ x x Cl x =  = + + +    = + +   =   (24)     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  P ow Elec   & Dri S ys t   IS S N: 20 88 - 8 694       On fi nite - ti me ou t pu t f ee dbac k sli ding  mode  con tr ol  of an  el as ti c mult i - m oto r syste m (P ham  T uan T hanh )   17   4.   OFFLINE  SI MU L ATIO N RESULTS   To  cl ea rly  val idate   the  e ff ic acy  of  the   pro po s ed   outp ut  f eedb ac co ntr ol  sc heme,  mu lt i - m otor   dr i vi ng  s ys te m   is  est a blishe in   Fig ure   1,  wh ic sho ws  t he  physi cal   m eanin of  pa ra mete rs  a well   as   the   com plete c on trol  s ys te m T he  sim ulati on  resu lt i Fig ures  an de scribe   the   be ha vior  of  te n si on  a nd   velocit ie wh e t he  l oad  is  c hange from   T L1 = 100   Nm  to   T L2 = 50   N m.   It   sh oul be  note t hat  the   c omparis on   betwee the   respo ns us in propose s olu ti on  a nd  the  cl assic al   a ppr oach es   has   bee in vestigat ed.   Fu rt hermo re ,   the  sim ulati on  resu lt i Fi gure   s how   the   respo ns of  propose high  ga in  ob se r ver  in   Mult i - M ot or syst ems           Figure  1. The   s tructu r of m ulti - mo to c ontro l system         (a)     (b)     Figure  2.  (a T he  respo ns of  te ns io P ID   wi th the l oad  var i at ion   (b)   T he r esp on se  of te nsi on   LMI - S M C   with  the loa d variat ion   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8 694   In t J   P ow  Ele D ri   S ys t,   V ol 12 , N o.   1 Ma rch  20 21   :   10     19   18     (a)     (b)     Figure  3.  (a )   T he  respo ns of  sp ee P ID   wit the  loa d vari at ion   (b)   T he r esp on se  of s pe ed  L MI - S M with  the   load va riat ion         (a)     (b)     Fig ure  4. The  re spon se  of  obs erv e r,   ( a)  tensi on obse rv e r,  ( b) s peed O bs e rver,   with  gear g ap  = 0.1 5   ra (8,59 0 )       5.   CONCL US I O N   To  deal  with   the  mu lt i - m otor   sy ste ms  i pr e sence  of  nonli near  pr op e rty,  back la s h,  el ast ic the  finite   ti me  sli din m od c ontrolle com bin in with  hi gh   gain  observ e is  de vel op e in  this  w ork.   T he  co nve rg e nce   ti me  of   S M is  cl early  est imat ed  by  LMI  te chn i qu a nd  th ob se r ver   is  de al with  mu lt i - outp ut  sy ste m s.  The   pro po se c ontr oller is  validat ed via si m ulati on s  in  compa rison w it e xisti ng so l utio n.       ACKN OWLE DGE MENTS     This  r e s e a r c h   w a s   s u p p o r t e d   b y   R e s e a r c h   F o u n d a t i o n   f u n d e d   b y   T h a i   N g u y e n   U n i v e r s i t y   of T echnolo gy.       REFERE NCE S   [1]   Bousmaha  Bouc hiba ,   Isma il  Kh al il  Bouss erh an e,  Mohammed   Kari m   Fellah,   Haz za b ,   “Ne ur a Ne twork  Slid i ng   Mode  Contro f or  Multi - Ma chine  We b   W inding  Sys te m ,   R e vue  Roumaine  des  Sc ie nc es  Te chni ques   -   S eri e   Él e ct rote chni qu e t Éne rgét ique ,   vol. 62,  no.   1,   p p.   109 - 113 ,   201 7.     [2]   Haka Ko c,  Do mi nique  Kni tt e l,  Mich el  de   Ma th el in ,   and   Gabri el  Abba ,   “Mode l in and   Robust   Co ntrol  of   Wi nd ing  Sys te ms f or  E la s ti c   We bs , ”  IEEE   Tr ansacti on  on  Control  Syst e ms   Technol ogy ,   vo l. 10,  no.   2,   pp.   19 7 - 208,   2002 .     [3]   Domini que   Knit te l ,   Edou ard   La r oche ,   Dani el  Gi gan,   and  Hak an  Koç,   “T ension   C ontrol   for   W inding  Sys te ms  W ith  Two - Degre es - of - Free dom   Hinf   Control le rs ,   IE EE  Tr ansacti ons  on   Industry   Ap pli cation ,   vol .   3 9,   no .   1,   pp .   11 3 - 120,   2003 .   [4]   Jie - Shiou  Lu ,   M ing - Yang  Cheng ,   Ke - Han   Su,  M i - Chi  Tsai ,   Wi r t ension  cont rol   of  an   au tom a tic   mot or   winding   ma ch ine   an  it er a ti ve   learni ng   sli ding  mod con tr ol  appr o ac h ,   R oboti cs  and   Co mputer - Inte grat ed  Manufa ct urin g vol.   50 ,   pp .   50 - 6 2,   2018 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  P ow Elec   & Dri S ys t   IS S N: 20 88 - 8 694       On fi nite - ti me ou t pu t f ee dbac k sli ding  mode  con tr ol  of an  el as ti c mult i - m oto r syste m (P ham  T uan T hanh )   19   [5]   Mohamm ed  A .   A.  Al - Mekhla f i,   Herm an  Wa hid ,   Azia Abd  Azi z ,   "A dapt iv Neu ro - Fuzzy  Contro Approac for   a   Single   Inv erted  Pendulum   Sys tem ,"   In te rnationa Journal   of   E lec tric al   and  Comp ute Eng ineering   (IJ ECE ),   vol .   8,   no.   5 ,   pp .   3657 - 3665 ,   2018 .   [6]   Li Y.  C . ,   Dao   N.,   Zh ao  K.  Y. ,   “On  Robust  Control   of  Nonlin ea r   Te l eope r at ors  u nder   Dynamic  U nce rt ai nt ie with   Vari able  T im Dela ys   and  wi th o ut  Relati v Vel oci ty ,   I EE Tr ansacti ons  on  In dustrial  Informatic s,   v o l.   16 ,   no .   2,   pp.   1272 - 1280 ,   2019 .   [7]   Nguyena ,   T . ,   Hoang,  T.,   Pham,  M.,  &   Dao ,   N . ,   “A  G aussian  wave let  n et wor k - base robust   ada pt ive  tracki n g   cont roller  for  whee le mobi l robot  with  unkn own  whee slips, ”  Inte r nat ional   J ournal  of  Control ,   vol .   92,   no.   11 ,   pp.   2681 - 2692 ,   2019.   [8]   Binh ,   N.  T.,   Tu ng,   N.   A. ,   Nam ,   D.   P.,  Quang ,   N.  H. ,   “An  ada p ti ve   ba ckste ppin tr aj e ct ory   tr acking  cont rol   of   a   tra c tor  tra i le r   wh ee l ed  mobi l rob ot,   I nt ernati ona Journal   of   Con t rol,  Aut omat ion   and  S yste ms ,   vo l.  17,   no.   2 ,   pp .   465 - 473,   2019 .     [9]   Dw Prihant o ,   I r awa Dw i   Wahyono,  Suw asono   and   Andrew  Nafa lski,  "V irt u al   La bor at ory   f or  Li n Fol lowe r   Robot  Compe t ition ,"   Inte rnat io nal  Journal  of  El e ct rica and  Computer  Engi n ee ring  (IJ ECE ) vol.   7,   no .   4,   p p.   2253 - 2260,   201 7.     [10]   Phuong  Nam  Dao,   Hong  Quang   Nguyen,   Phuon N am   Tra n,   Ha Yen  Tra Thi ,   “Ada pti v Dyna mi Progr am ing   base Optimal  C ontrol   for  Rob ot  Mani pul at or , ”  Inte rnationa Jo urnal  of  Powe El e ct ronics  and  El e ct rica Dr iv e s   (IJ PE DS) vol .   1 1,   no .   3 ,   pp .   112 3 - 1131,   2020 .     [11]   Nam,  Dao   Phuong,  et  a l. ,   “R obust  contro l   f or  buck   conv er te r   base d   on   o pti mization ,”   20 17  Int ernati ona l   Confe renc on   S yste m Scien ce a nd  Engi n ee ring   ( ICSSE) ,   Ho   Chi M inh  Cit y ,   2017 ,   pp .   704 - 707 .   [12]   Quang  N.   H.,   et  al . ,   “  Mul ti   pa r am e tri mode l   p red ictive   cont ro l   base on  la gu e rre   model  for  pe rma nen ma gn et   li ne ar  synchrono us  mot ors,”  Int e rnational   Journal  of   Elec tric al   and   Computer  E ngine ering   (IJ E CE),   vo l.  9,   no.   2,   pp.   1067 - 1077 ,   2019.     [13]   El - Sous y,   “Ada pti ve  Dyna mic  Slidi ng  Mode  Control   Sys te m   using  Rec urr e nt  RBF for  High - Perform an ce  Induc ti on   Motor   Servo  Driv e,   I EE E   Tr ansacti o ns on  Industrial Inform ati cs vo l 9,   no.   4,   pp.   192 2 - 1936,   2013 .   [14]   Zi ti ng   Ch en,  Zh i jun  Li ,   Phil ip   Khan,  Akme li awa ti ,   Bha tt i ,   Khan,  “Robust  St abi liz at ion   of   Underac tua t ed  non li ne ar   Sys te ms:  A fa st   t erm in al   Sl idi ng  Mode  Approac h , ”  ISA   Tr ansacti o ns vol. 66, pp. 2 41 - 248,   201 7   [15]   Clé me n Tré a ng le ,   Mondher  Far za ,   Mohammed  M.  Saad,  “Fi lt er ed  high   gai n   ob serve for   cla ss   of  unce rt ai n   nonli ne ar  sys te m s with   samp le d   o utput s,”   Aut omat ic a,   vol .   101 ,   pp .   197 - 206,   2019.   [16]   Dong  Y.,   You  L. ,   B ing  X. ,   W ene   L . ,   “Robust   fini t e - time  adaptive   cont rol  algorithm   for  sa telli t fast  at t it ud e   ma neuv er,”  Journal  of   the F rank l in  Instit u te vo l.  357,   no .   16 ,   pp .   11558 - 11583,   2 020   [17]   Mofid  O.,   Mob aye S. ,   “Ada p ti ve  slid ing  mo de  cont ro for  f ini te - ti m stab i li ty  of  qu ad - rot or  UA Vs   with   par ametr i un ce r ta inties, ”  IS tra nsacti ons vo l.  7 2,   pp .   1 - 14 ,   201 8.   [18]   Sun  T. ,   Cheng   L. ,   W ang  W . ,   Pan  Y. ,   Se mi glo bal   expone nt ia l   cont rol   of  Eu le r - La gra ng sys tems  using  a   sl iding - mode   d isturba nc observe r,   Au t o matic a,   vol .   11 2,   p .   108677 ,   20 20.   [19]   Yang  Xiaowe i ,   J ia nyong  Yao ,   W enxi ang  D eng ,   Output  fe edba ck   ada pt ive   sup er - t wisting  slidi ng  mode   con trol   of   hydra ulic  sys te ms  with  distu rba nce  co mpe nsati on ,”   ISA   transactions ,   2020.   htt ps:// do i. org/1 0. 1016/j.isa tr a. 2 020. 09. 014   [20]   Fu  C. ,   Tian   Y.,  Huang   H. ,   Zh a ng  L . ,   Peng   C . ,   “Fin it e - ti m e   tr a je c tory   tracki ng   con trol  for   a   1 2 - rotor  un ma nn ed  ae ri al   v ehicle wi th  input sat ur atio n, ”  IS A trans act i ons vol.  81,   pp.   52 - 62,   2018 .   [21]   Xiao  L.,  Zhu   Y.,   “Sli d ing  m ode  output   f ee d bac con trol   b a sed  on  tra ck ing   err or  observe r   with  disturba n ce  esti mator, ”  IS A t rans act ions ,   vol .   53,   no.   4 pp.   10 61 - 1072,   2014 .     [22]   Christofe r   Edwa rds,  Yuri   Shtessel,  “Ad apt iv C onti nuous  Highe Order   Slidi ng   Mode  Control,”   Aut omati ca vol .   65,   pp .   183 - 190 ,   2016.     [23]   Maria  Thomas,   Kama l ,   Bandyop adhya y,   Va chhani,  “Continuous  Higher   Ord er   Sli ding  Mode   Con t rol  for   a   class   of   Unce rtain  MIM O nonl inear  Sys t em s:  an  ISS   App roa ch,”  Europea Journal  o Con trol vo l. 41, pp.  1 - 7,   2018 .     [24]   Zhe ng   Zhu,   Xi a   Fu,   “Ada pt ive  Slidi ng  Mode   C ontrol   for  At ti tu de  Sta bil i zation   with  Ac tua tor   S at ura ti on,   IEEE  Tr ansacti ons on Indus trial   E le c tronic s vo l. 58, n o.   10 ,   pp .   4898 - 4907,   2011 .     [25]   Hass an  K.  Khal il ,   La ur ent   Pral y ,   “High - g ai o bserve rs  in  nonl ine ar  f ee db ac cont rol , ”  In te rn ati onal  Journal  of  Robust  and  Non l ine ar Control ,   v ol.   24 ,   no .   6 ,   pp .   993 - 1015,   2013 .   [26]   Ma  L.,  Zong   G. ,   Zh ao  X. ,   Huo  X.,   “Observ ed - b ase ad apt iv fi nit e - t ime  tr ac kin cont rol   for  c la ss   of  nonstri c fee dba ck  nonli n ea sys te ms  wit input   satur at io n, ”  Journal  o t he  Franklin  Inst it ute vol .   357,   no.   16,   pp .   1151 8 - 11544,   2019 .     [27]   Huang  Y. ,   Li u   Y.,  “A  com pa ct  design   sche me  of  ada p ti ve   output - fee db ack  con trol  for   u nce rt ai n   nonli n e ar   sys te ms,”   In te rn a ti onal   Journal of  Control ,   vol .   92,   no .   2 pp .   26 1 - 269,   2019 .   [28]   Ze ng   T . ,   Ren   X . ,   Zh ang   Y.,  “Fixe d - time   Slid in Mode   Contro l   and   High - g ai n   Nonline ar it y   Co mpe nsati on   fo r   Multi - mot or   Dri ving  Sys te m ,   I EE E   Tr ansacti o ns on  Industrial Inform ati cs vo l. 16, no. 6, pp. 40 90 - 4098,   2020 .   [29]   Inli Wa ng ,   Xu em e Ren ,   and  Qiang  Chen ,   Casca de   Optima Control  for  T rac king   and  Sy nchr onizati onof   Multi mot or  Dr i ving  Sys te m,”  I EE Tr ansacti o ns  on  Control  Syste ms   Tecnol og y ,   vol .   27 ,   no.   3 ,   pp.   1376 - 1384 ,   2019.   [30]   Nam  D.   P., Th an P.   T.,  T i nh  T .   X.,   Dat T.   T.,  Va V.   M.,   “High - Gain  Obs erv er  B ase Output  Fe e dbac Contro ll er   for  Two - Moto Drive   Sys te m :   Separ ation  P rinc iple  Approa ch,   AE TA   201 7 - Re c ent   Adv an ce in  El e ct ri ca l   Engi ne ering  and   Relate d   Sc ie nc e s: Theory  and  A ppli cation ,   vol   4 65,   pp .   840 - 859 ,   2018.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.