I nte rna t io na l J o urna l o f   Appl ied P o w er   E ng ineering   ( I J AP E )   Vo l. 6 ,   No . 2 A u g u s t   201 7 ,   p p .   6 3 ~7 2   I SS N:  2252 - 8 7 9 2   DOI 1 0 . 1 1 5 9 1 /i j ap e. v 6 . i2 . p p 6 3 - 72          63       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ia e s jo u r n a l.c o m/o n lin e/in d ex . p h p /I J APE   Asy m p totic S tabil iz a tion  of Delay ed  Sys te m s w ith  Inpu a nd  O utp ut  Sa turatio ns       Adel  M a hjo ub Na bil   Der bel   De p a rtme n o f   El e c tri c a En g in e e rin g ,   Na ti o n a S c h o o l   o f   En g in e e r s o f   S f a x T u n isia       Art icle  I nfo     AB ST RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   J u n   2 ,   2 0 1 7   R ev i s ed   J u l   13 ,   2 0 1 7   A cc ep ted   J u l 2 5 ,   2 0 1 7       W e   c o n sid e in   th is  p a p e th e   p ro b lem   o c o n tro ll i n g   a n   a rb it r a r y   li n e a r   d e lay e d   s y ste m   w it h   sa tu ra ti n g   i n p u a n d   o u t p u t .   W e   stu d y   th e   s tab il it y   o su c h   a   s y ste m   in   c lo se d - lo o p   w it h   a   g iv e n   sa tu ra ti n g   re g u lato r.   Us in g   in p u t - o u t p u sta b il i ty   to o ls,   w e   f o r m u late d   su ff icie n c o n d it io n e n su r in g   g lo b a a s y m p to ti c   sta b il it y .   K ey w o r d :   As y m p to tic  s tab iliza tio n   Dela y ed   s y s te m s   I n p u t sat u r atio n     Ou tp u t sat u r atio n   P o le  p lace m en t te c h n iq u e     Co p y rig h ©   201 7   In s t it u te o A d v a n c e d   E n g i n e e rin g   a n d   S c ien c e   Al rig h ts  re se rv e d .   C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   A d el  Ma h j o u b ,   Dep ar t m en t o f   E lectr ical  E n g i n ee r in g ,   Natio n al  Sc h o o l o f   E n g in ee r s   o f   Sf a x ,   Un i v er s it y   o f   S f a x ,   3 0 3 8   Sf ax ,   T u n is ia.   E m ail: a d el. m a h j o u b @ i s ig k . r n u . tn       1.   I NT RO D UCT I O N   T h p r esen ce   o f   co n s tr ain ts   o n   th in p u t,  o u tp u o r   s tate s   in   in d u s tr ial  s y s te m s   is   ill u s tr ated   b y   tech n o lo g ical  li m itatio n s   s u ch   as  li m it  d e v ices   o r   ad j u s t m e n ele m e n t s .   T h ese  co n s tr ai n t s   m ak e   t h co n tr o p r o b lem   m o r co m p licated .   Mo s o f   r esear c h   ac ti v itie s   h av b ee n   i n ter es tin g   i n   s tab il izin g   d ela y ed   i n p u t   lin ea r   s y s te m s   d u r i n g   t h last   t w o   d ec ad es  [ 1 - 6 ] .   T h c o n tr o p r o b lem   o f   co n s tr ain e d   o u tp u s y s te m s   r ep r esen ts   o n e   o f   ac t u ali t y   s u b j ec ts .   I m a y   h a v t w o   d i f f er en asp ec t s .   I n   th f ir s o n e,   t h o u tp u i s   r ea ll y   tech n o lo g icall y   li m i ted ,   th s y s te m   m o d el  i n cl u d es  a n   e s s en tial  n o n lin ea r   s tatic   ele m e n a n d   t h s y s te m   d y n a m ics  m u s b n o n li n ea r   b ec au s o f   t h is   l i m itatio n .   I n   th s ec o n d   ca s e,   t h o u tp u is   j u s an a l y t icall y   li m ited   b u tech n o lo g ica ll y   t h co n s tr ain ca n   b v io lated .   T h co n s tr ain d o es  n o af f ec th s y s te m   m o d el  an d   th d y n a m ics ca n   o r   ca n   n o t b lin ea r .   I n   th i s   p ap er   w ar f o cu s i n g   o n   co n tr o lli n g   lin ea r   d ela y ed   s y s te m s   w it h   b o th   in p u an d   o u tp u t   s atu r atio n .   I n   th i s   s it u atio n ,   t w o   m ai n   q u e s tio n s   ca n   b r ais ed h o w   to   d ev elo p   s at u r atin g   r eg u lato r   i n   o r d er   to   s tab ilize  s at u r atin g   d ela y ed   s y s te m ?   T h is   i s s u is   n o y et  s o lv ed .   T h s ec o n d   q u es tio n   is   m o s i m p o r tan t   w h ic h   i s i s   t h clo s ed - lo o p   s y s te m   o f   a   g iv e n   s atu r at in g   d el a y ed   s y s te m   a n d   s at u r atin g   s tab ilizin g   r eg u lato r   as y m p to ticall y   g lo b all y   s tab le ?     s i m ilar   r e s ea r ch   ac t iv i ties   o n   t h s tab ilizatio n   o f   s p ec i f i class   o f   s tate   s at u r ati n g   s y s t e m s   w er e   f o r m u lated   b y   [ 7 ]   an d   esp ec i all y   b y   [ 8 ]   u s in g   li n ea r   co n s t r ain ed   r eg u lato r s   b u i n   th n o n - d ela y ed   s y s te m s   ca s e.   T h class   o f   s y s te m s   co n s id er ed   in   th p r esen p ap er   a n d   th o n in   [ 7 ]   an d   [ 8 ]   d if f e r   in   th f ac t h at  w e   ar in ter ested   in   s y s te m s   w it h   d elay ed   in p u ts   a n d   also   th c o n s tr ain en ter s   t h s y s te m   m o d el.   I n   [ 8 ]   an d   [ 7 ] ,   th a u t h o r s   s u p p o s ed   th at  t h s tates  ar a ll  a v ailab le  w h ic h   allo w s   u s i n g   s tate - f ee d b ac k   r e g u la to r ,   b u i n   o u r   p ap er   w co n s id er   an   o u tp u t - f ee d b ac k   r eg u lato r   b ec au s e   o n l y   th s y s te m   o u tp u is   a v ailab l e.   Fin all y ,   w h av e   to   n o tice  th at  t h p r o b lem s   i n   th p r ese n p ap er   an d   in   [ 7 ]   ar q u ite  d if f er en f r o m   t h class ical  co n tr o Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
              I SS N :   2252 - 8792   IJ A P E    Vo l.   6 ,   No .   2 A u g u s t   2 0 1 7 :   63    72   64   p r o b lem   o f   u n s at u r atin g   o u t p u s y s te m s   i n   p r ese n ce   o f   in p u t   s at u r atio n   [ 9 ] .   I n d ee d ,   in   th e   p r o b le m   o f   co n tr o llin g   o u tp u s atu r ati n g   d elay ed   s y s te m s   o n h a s   th r e m a in   f ea t u r es  d escr ib in g   th e   clo s ed - lo o p   s y s te m   w it h   s atu r at in g   r eg u lato r ( 1 )   th s y s te m   is   n o n l in ea r ( 2 )   th clo s ed - lo o p   s y s te m   m a y   b as y m p to ticall y   g lo b all y   s tab le  ev e n   i f   th s y s te m   i s   o p en - lo o p   s tr ictl y   u n s tab le  at  th o r ig in ,   an d   ( 3 )   all   th s ig n al s   o f   th e   clo s ed - lo o p   ar b o u n d ed .   No t ice  th at  in   th s at u r ati n g   in p u ca s th s y s te m   o u tp u is   n o p r i o r b o u n d ed ,   f o r   th i s ,   t h s y s te m   s h o u ld   n o b o p en - lo o p   s tr ictl y   u n s t ab le.   I n   th i s   p ap er   w ar f o cu s i n g   t h is   co n tr o l   p r o b lem   o f   s y s te m s   w i th   s at u r atin g   i n p u t   an d   o u tp u t.   S u f f ici en co n d itio n s   f o r   g lo b al  s tab ilit y   o f   t h e   r esu lti n g   clo s ed - lo o p   s y s te m   ar f o r m u l ated   u s i n g   i n p u t - o u tp u t s tab ilit y   to o ls   [ 9 ]   -   [ 1 0 ] .   T h ese  co n d itio n s   w ill  s h o w   t h at  th clo s ed - lo o p   s y s te m   i s   as y m p to ticall y   g lo b all y   s tab l alth o u g h   th s y s te m   is   s tr ictl y   u n s tab l e.   T h is   p ap er   is   o r g an ized   a s   f o llo w s :   Sectio n   2   is   d e v o te d   to   f o r m u late  t h co n tr o p r o b lem th co n tr o ller   d esig n   i s   d escr ib ed   in   Sectio n 3 th r es u lti n g   clo s ed - lo o p   s y s te m   i s   an a l y ze d   in   Sectio n   4 ; th co r r esp o n d in g   s tab ilizat io n   p er f o r m a n ce s   a r illu s tr ated   b y   s i m u latio n   in   Sectio n   5 .       2.   CL AS S O F   CO NT RO L   SYS T E M   T h in p u t - o u tp u t r ep r ese n tatio n   o f   s at u r ati n g   i n p u t - d ela y ed   s y s te m   ca n   b m o d eled   as f o ll o w s :     ˆ ˆ ˆ ( ) 1 ( ) ( ) ( ) ( ) s x s A s y s B s e u s   ( 1 . 1 )     w it h   ( ) ( , ( ) ) M y t s a t y x t   ( 1 . 2 )     1 1 10 () n nn A s s a s a s a   ( 2 . 1 )     1 1 10 () n n B s b s b s b   ( 2 . 2 )     in   p r esen ce   o f   i n p u t c o n s tr ai n t :       () M u t u   ( 3 )     w h er ( u ( t) , y ( t) )   ar th s y s te m   i n p u a n d   o u tp u an d   ( û ( s ) , ŷ ( s ) )   th eir   L ap lace   tr a n s f o r m s M u an d   M y ar t w o   r ea l p o s itiv co n s tan ts .   I t is f u r th er   as s u m ed   th a t:   A 1 .   A ( s )   is   H u r w itz  p o l y n o m i al,     A 2 .   ( s A ( s ) ,   B ( s ) )   ar co p r im e.     No te  th at  i n   t h ca s o f   u n co n s tr ai n ed   o u tp u ( y M = ∞),   th s y s te m   is   co n tr o llab le  w ith   lin ea r   s tat e   f ee d b ac k .   A ls o ,   A ( s )   is   n o t n e ce s s ar il y   Hu r w i tz,   i.e .   th o r ig in   ca n   b an   u n s tab le  eq u ilib r i u m .   Fro m   ( 1 ) - ( 2 )   it’ s   ea s il y   s ee n   t h at  t h s y s te m   i s   ca n   b r ep r esen ted   ar o u n d   t h o r ig in   b y   t h e     lin ea r ized   m o d el:     ˆˆ ( ) ( ) ( ) ( ) s A s y s B s e u s   ( 4 )       3.   CL AS S O F   ST AB I L I Z I N G   RE G UL AT O R   T h co n tr o d esig n   m eth o d   is   th f in ite  s p ec tr u m   a s s i g n m e n ( FS A )   w h ic h   is   an   e x ten s i o n   to   tim e - d elay   s y s te m s   ca s o f   t h s ta n d ar d   p o le  p lace m e n d esi g n   tech n iq u e.   T h s tar tin g   s tep   is   a n   ar b itra r y   c h o ice,   b y   t h d esi g n er ,   o f   p air   o f   H u r w itz  p o l y n o m ial s   o f   t h f o r m     ` 1 1 1 0 1 1 1 0 ( )     , ( )       . . .         nn n- nn n C s s c s . . . c s c s s s s   ( 5 )     T h er ex is ts   p air   o f   p s eu d o - p o ly n o m ia ls   R ( s )   an d   S ( s )   s ati s f y i n g   t h B ez o u t e q u atio n   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J A P E   I SS N:  2252 - 8792       A s ymp to tic  S ta b iliz a tio n   o f D e la ye d   S ystems   w ith   I n p u t a n d   Ou tp u t S a tu r a tio n s   ( A d el  Ma h jo u b )   65   ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) s s R s A s S s B s e C s s   ( 6 )     Fo llo w i n g   t h p o le  p lace m en tech n iq u e   R ( s )   an d   S ( s )   ar th u n iq u s o l u tio n   o f   t h B ez o u eq u atio n   o f   th f o r m :     2 1 1 0 1 0 ( ) ( ) ( ) , ( ) ( ) ( ) n n s i i i n si i i R s s R e s R s S s S e s S s       w h er 1 () Rs   an d   1 () Ss   b elo n g   to   G,   th s et  o f   tr a n s f er   f u n ctio n s   o f   d is tr ib u ted   an d   p u n ct u a l   d elay   o p er ato r s   ( A p p en d ix   A   in   [ 1 ] ) .   Fo r 0 i () s i Re   an d   () s i Se   b elo n g   to [] s e R ,   th s et  o f   p o ly n o m ia ls   i n s e .   Un li k t h ca s o f   n o n - d ela y ed   s y s te m s ,   th ( f i n ite - d eg r ee )   o p er ato r s   R ( s )   a n d   S ( s )   ar e   p r esen tl y   p s e u d o - p o l y n o m ials   an d ,   co n s eq u e n tl y ,   ar an al y ti ca l f u n ctio n s   o f   s .   As d e g ( ) ( ) 2 1 s S s B s e n  ,   it f o llo w s   th at  d e g   ( s A ( s ) R ( s ) ) = d eg ( C ( s ) Ʌ ( s ) ) = 2n   w h ic h   i m p lies   t h at   d eg ( R ( s ) ) = n - 1 ,   b ec au s d e g ( ( ) ) 1 s A s n    an d   f u r t h er m o r as  () s A s   an d   ( ) ( ) C s s   ar m o n ic,   ( i.e .   th eir   h ig h er   d eg r ee   ter m   co e f f icien t   eq u als 1 ) .   W ith   all  th ab o v n o tatio n s ,   th s at u r ated   lin ea r   r eg u lato r   is   g iv e n   t h alter n ati v f o r m :     ( ) ( ) ( ) ˆ ˆ ˆ ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) s s R s S s v s u s y s ss      ( 7 . 1 )     ˆˆ ( ) ( ( ) ) u s s a t v s   ( 7 . 2 )     T h is   d ef in ed   r eg u lato r   is   d eter m i n ed   b y   t h c h o ice  o f   th p o l y n o m ial s   C   an d   Ʌ.   W ar f o cu s i n g   o n   th e   f o llo w i n g   p r o b le m g i v e n   d ela y e d   s y s te m   ( 1 - 3 )   a n d   r e g u la to r   ( 7 ) ,   b ased   o n   th ch o ice  o f   p o l y n o m ials   C   an d   Ʌ,  is   t h r es u lti n g   clo s e d - lo o p   s y s te m   g lo b all y   as y m p to ticall y   s tab le?   T h is   p r o b lem   is   r elate d   to   t w o   is s u es:   a)   Do es th s tab iliz in g   r eg u lato r ,   f o r   g iv e n   s y s te m   ( 1 - 3 ) ,   ex i s t ?   b)   I f   it d o es,  h o w   ca n   w d esi g n   i t?   T o   o u r   k n o w led g t h ese  i s s u es   ar n o t y e t so v ed .   R ema r ks:  ( i)   if   w te m p o r ar ily   co n s id er   th at  t h s y s te m   ( 1 - 2 )   is   n o s u b j ec to   th co n s tr ain ( 3 ) ,   i.e .   ( u M = ∞).   T h en ,   th ab o v d ef i n ed   r eg u lato r   r ed u ce s   to   t h s ta n d ar d   r eg u lato r () ˆˆ ( ) ( ) () Ss u s y s s R s  .   I f   w h av al s o   y M = ∞,   th e n   t h clo s ed - lo o p   s y s te m   i s   tr an s f o r m ed   to   lin ea r   s y s te m   w h o s p o les ar th o s o f   C ( s ) .   ( ii)  Fro m   t h e   ab o v s y s te m   a n d   r eg u lato r ,   it   f o llo w s   t h at  t h s ig n al s   v ( t)   an d   x ( t)   ar b o u n d ed   w h ate v er   t h C ( s )   p o l y n o m ial s   c h o ice.   So   f r o m   ( 1 - 2 )   an d   ( 7 ) ,   it f o llo w s ,   f o r   all  t ,   th at:     1 00 1 00 m a x , m a x , nn jj M M M M jj jj nn M M j M j M jj rs v u u y x y b u a y                    ( 8 )     iii)  Du to   th i s   s tr u ct u r al  b o u n d ed n es s ,   s o m e   u n s tab le  s y s te m s   ca n   b g lo b all y   a s y m p to ti ca ll y   s tab ilized .   B u t   in   th ca s o f   u n co n s tr ai n ed   o u tp u t,  t h s i g n als  ar n o p r io r b o u n d ed   an d   th s y s te m   i s   g lo b all y   s tab ilized   o n l y   i f   its   p o les ar all  i n   th r i g h h al f   p lan e.       4.   CL O S E D - L O O P   SYS T E M   ANALY SI S   First,  let  u s   p o in t o u t a   s ec to r   p r o p er ty   f o r   th s at u r atio n   f u n ctio n   ( [ 9 ]   p ag 4 1 7 ) .   L E M M 1   C o n s id er   an   ar b itra r y   p o s iti v r ea l β a n d   r ea l f u n ct io n   Φ ( β,. )   d ef in ed   as  f o llo w s :   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
              I SS N :   2252 - 8792   IJ A P E    Vo l.   6 ,   No .   2 A u g u s t   2 0 1 7 :   63    72   66   Φ ( β,z) =   s at( β,z)   f o r   an y   r ea l z   ( 9 . 1 )     th en ,   f o r   an y     [ - z M ,z M ]   an d   an y   z M   β o n h as :     2 0 . ( , ) z z z    w h er M M z z   ( 9 . 2 )     w h ic h   m ea n s   t h at  Φ ( β,. )   b elo n g s   to   s ec to r   [ 0   β],   w h e n   r estric ted   to   th in ter v al  [ - z M ,z M ].     T h e   m ai n   r es u lt is   d escr ib ed   b y   th f o llo w i n g   t h eo r e m .     T H E O R E M   1   C o n s id er   th e   clo s ed - lo o p   co n tr o s y s te m   co n s is ti n g   o f   s y s te m   ( 1 - 2 )   s u b m it ted   to   ass u m p tio n s   A 1   an d   A 2   an d   t h s at u r ated   r eg u la to r   ( 7 ) .   T h en ,   if   o n h a s :     0 ( ) 1 R e 1 () u Aj Cj        an d   ( 1 0 . 1 )     0 () 1 i n f R e 1 ( ) ( ) im y Rj C j j           ( 1 0 . 2 )     2 2 0 1 ( ) ( ) 1 γ ( ) ( ) γγ s S s B s e s C s       ( 1 0 . 3 )     th en ,   all  s i g n al s   v( t) u ( t) x ( t )   an d   y( t )   b elo n g   to   L 2 .   w h er γ p   is   th L p - g ai n   o f   a n   L p - s tab le  o p er ato r .     , , ( ) ( ) ( ) M M M M u y r e i m MM v u x y R j R j R vx    ( 1 1 . 1 )     2 ( ) ( ) γγ ( ) ( ( ) ( ) ) . / 2 i u A s C s C s A s C s       ( 1 1 . 2 )     2 ( ) ( ) γγ ( ) ( ( ) ( ) ) . / 2 ii y R s C s C s R s C s        ( 1 1 . 3 )     01 1 γ / 2 1 γ / 2 γ , γ 1 γ / 2 1 γ / 2 y i i ui uy u i y i i      ( 1 1 . 4 )     I n   t h s eq u el,   t h n o tatio n s   will  b s i m p li f ied   b y   n o t   w r iti n g   e x p licitl y   t h d ep en d e n ce   o n   s   o f   all   p o ly n o m ia ls   a n d   p s eu d o - p o l y n o m ial s .   A l s o   w e’ ll  a v o id   th s y m b o ^”  f o r   th L ap lac tr an s f o r m s   u n le s s   n ec es s ar y .   T h u s ,   d ep en d in g   o n   th co n tex t,  t h letter   x   w ill  b eith er   th s i g n al  x ( t)   o r   its   L ap lace   tr an s f o r m .     P RO O F :   L et  u s   d ef i n t h ese  n e w   e r r o r s :   , v v u x x y   ( 1 2 )     B y   co n s id er in g   all  t h ab o v n o tatio n s ,   eq u atio n s   ( 1 )   an d   ( 7 . 1 )   ar w r itte n   as  f o llo w s :   s R S v u y    ( 1 3 . 1 )   s x A y B e u   ( 1 3 . 2 )     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J A P E   I SS N:  2252 - 8792       A s ymp to tic  S ta b iliz a tio n   o f D e la ye d   S ystems   w ith   I n p u t a n d   Ou tp u t S a tu r a tio n s   ( A d el  Ma h jo u b )   67   Mu ltip l y i n g   b y - A   b o th   s id e s   o f   ( 1 3 . 1 ) ,   o n h as:      s A R A S A v u y      No w ,   o p er atin g   S/Ʌ   o n   b o th   s i d es o f   ( 1 3 . 2 )   y ield s     s S S A S B x y e u     Usi n g   ( 6 ) ,   ad d in g   th e s t w o   la s t e q u atio n s   g i v e s     S x A v C u    ( 1 4 )     Usi n g   t h f ac t t h at  u v v    an d   r ea r r a n g i n g   ter m s ,   o n h a s :     C A S v v x CC        ( 1 4 )   ca n   b e q u iv ale n tl y   w r itte n   as  f o llo w s :     1 C A S v v x CC   ( 1 5 )     w h er 1 is   tr an s f er   f u n ctio n   o f   s ig n al  ar is i n g   f r o m   i n it ial  co n d itio n s .   As C   a n d   Ʌ ar Hu r w itz,   1 v an i s h e s   ex p o n e n tiall y ,   w h ich   i m p lies   th a t 12 L .   Op er atin g   s Be   o n   b o th   s id es o f   ( 1 3 . 1 )   an d   y ield s     s s s s B R B S B e v e u e y    ( 1 6 . 1 )     Op er atin g   s R / Ʌ o n   b o th   s id es   o f   ( 1 3 . 2 )   an d   y ie ld s     s s R R A R B x s y s e u   ( 1 6 . 2 )     Usi n g   ( 1 2 ) ,   ad d in g   ( 1 6 . 1 )   an d   ( 1 6 . 2 )   g iv es:     2 s C s R B x x e v CC    ( 1 7 )     w h er e 22 L .     E q u atio n s   ( 1 5 )   an d   ( 1 7 )   a r r e p r esen ted   b y   Fi g u r 1   as th s y s te m   w it h   f ee d b ac k s   b elo w   w h er e:     11 S Ux C  22 s B U e v C   T h is   s y s te m   co n s i s ts   o f   m ai n   f ee d b ac k   a n d   t w o   i n ter n al  f e ed b ac k s ,   r ef er r ed   to   as  f ee d b ac k s   F1   an d   F2 .   T h w h o le  s y s te m   s tab ilit y   an al y s is   w ill b d o n in   t h r e s tep s .     S tep   1 :   s ta b ilit o f f ee d b a ck   F 1 :   T h f o r w ar d   p ath w a y   o f   th i s   f ee d b ac k   is   lin ea r   ti m e - i n v ar ian s y s te m   w i th   tr a n s f er   f u n ctio n   (A - C ) / C T h r etu r n   p ath w a y   is   t h n o n lin ea r   o p er ato r   Φ ( u M , . )   w h ich ,   u s i n g   le m m 1 ,   b elo n g s   to   [ 0 , α u ] .   Usi n g   th cir cle  cr iter io n   [ 9 ]     [ 15 ] ,   o n ca n   g et  t h a F1   is   L 2 - s tab l if   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
              I SS N :   2252 - 8792   IJ A P E    Vo l.   6 ,   No .   2 A u g u s t   2 0 1 7 :   63    72   68   02 ( ) ( ) 1 i n f R e () u A j C j Cj           ( 1 8 . 1 )     No w ,   let  co n s id er   th o p er ato r   G 1   s u ch   t h at 11 ( ) ( ) v t G U t .   T h en ,   if   w ap p l y   th lo o p   tr an s f o r m atio n   th eo r e m   ( [ 2 ]   p ag es 3 4 1 - 3 4 3 ) ,   w ca n   ea s il y   g et  th L 2 - g ai n   o f   G 1   a s   f o llo ws:     21 1 / 2 γ ( ) 1 / 2 iu u iu G      ( 1 8 . 2 )     w h ic h   is   n o th i n g   b u t 0 .   S tep   2 :   s ta b ilit o f fe e d b a ck   F 2 :   I n   s i m ilar   m a n n er ,   o n ca n   s h o w   th at  F2   is   L 2 - s tab le  i f     02 ( ) ( ) ( ) 1 i n f R e ( ) ( ) y C j j j R j C j j          ( 1 8 . 3 )     Fu r t h er m o r e,   let  G2   d en o te  th o p er ato r   22 ( ) ( ) x t G U t   s u c h   t h at     1 22 1 / 2 γ ( ) γ 1 / 2 i i y y i i y G     ( 1 8 . 4 )     S tep   3 :   Ma i n   feed b a ck   s ta b ilit y:   ap p ly i n g   t h s m all  g ai n   th e o r em   o n   Fig u r 1 ,   it  f o llo w s   t h at  th is   f ee d b ac k   is   L 2 - s tab le  p r o v id ed   th at     2 1 2 2 2 2 γ ( ) γ ( ) γ 1 s SB G G e C        w h ic h   i s   n o th i n g   b u t h e   co n d itio n   ( 1 0 . 3 ) .   T h en   i f o llo w s   th at   12 ,, U U x   an d   v   b elo n g   to   L 2   a s   1 2 2 , L  .   Fin all y ,   s i n ce   f ee d b ac k s   F1   a n d   F2   ar L 2 - s tab le,   w d ed u ce   f r o m   ( 1 5 )   an d   ( 1 7 )   th at  2 xL   an d   2 vL .       RE M ARK S   a)   I n   ca s w h er co n d itio n s   ( 1 0 . 1 )   an d   ( 1 0 . 2 )   h o ld ,   th g lo b al  as y m p to tic  s tab ilit y   at  t h o r ig in   is   g u ar an teed .   R ec all  t h at   all  t h s i g n al s   a r b o u n d ed   i.e .   ,, M M M u u y y v v   an d   M xx .   T h en   g lo b al   s tab ilit y   m ea n s   t h at  all  s ig n al s   co n v er g to   ze r o   f o r   all  in itia l   co n d itio n s .   b )   T h d esig n   p r o ce d u r o f   th s tab ilizi n g   r eg u la to r   co u ld   b co m p o s ed   o f   th r ee   s tep s   w h ic h   ar e:  ch o o s in g   p o ly n o m ia ls   C   an d   Ʌ,  s o l v i n g   B ez o u t   eq u atio n   ( 6 )   an d   co m p u ti n g   p s e u d o - p o l y n o m ials   R   a n d   S   an d   f i n all y   ch ec k i n g   co n d itio n s   ( 1 0 . 1 )   an d   ( 1 0 . 2 ) .   I f   th ese  h o l d   k ee p   th o b tain ed   r eg u lato r .   E ls e,   m a k d if f er e n t c h o ice  o f   C   an d   g o   b ac k   to   s ec o n d   s tep .   c)   A lt h o u g h   co n d itio n s   ( 1 0 . 1 )   an d   ( 1 0 . 2 )   d o   n o allo w   ch ar ac ter izatio n   o f   s tab ilizab le  s y s te m s   ( in   ter m s   o f   ze r o s ,   p o les,. . . )   o u ts id th lef t   h alf   p la n e.   T h is   is   ill u s tr ated   b y   t h ex a m p le  i n   s ec tio n   s i m u latio n .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J A P E   I SS N:  2252 - 8792       A s ymp to tic  S ta b iliz a tio n   o f D e la ye d   S ystems   w ith   I n p u t a n d   Ou tp u t S a tu r a tio n s   ( A d el  Ma h jo u b )   69       Fig u r 1 .   B lo ck   d iag r a m   o f   t h f ee d b ac k   s y s te m   d escr ib ed   b y   eq u atio n s   ( 1 5 )   an d   ( 1 7 )       5.   SI M UL AT I O N   W co n s id er   th s i m p le  s at u r atin g   lin ea r   d ela y ed   s y s te m   d es cr ib ed   as f o llo w s :     ( ) ( ) ( ) ; ( ) , ( ) M x t A y t B u t y t s a t y x t   w it h   1 ; 1 ; 1 ; 1 MM A s B s s y u   ( 1 9 )     No tice  th at  th s y s te m   i s   s tr ict l y   u n s tab le.   B y   s o lv in g   ( 6 )   to   o b tain   th r eg u lato r   p ar am eter s   an d   S   w it h   p o l y n o m ia ls   ( ) 0 . 2 ss   an d     0 C ( s )   =   s   +   c w h er e 0 01 c  ,   ( 2 0 )     o n g ets      ( ) 0 . 3 2 s S s s e  an d ( ) 1 Rs   ( 2 1 )     I n   th r est  o f   t h s ec tio n ,   w w il s h o w   t h at  t h er ex is t s   s et  o f   v alu e s   o f   t h p ar a m eter 0 c ,   s o   th at   co n d itio n s   ( 1 0 )   h o ld .   Fro m   ( 1 9 )   an d   ( 2 0 )   o n g ets     02 0 ( ) 1 i n f R e () Aj C j c         ( 2 2 )     Fro m   ( 8 ) ,   it c an   b ch ec k ed   th at    1 m a x , 1 5 6 0 . 2 m a x , 1 1 1 2 3 M M M M M M M M M M M M v u u y u y x y u y u y           Nec ess ar il y   w h a v to   s p ec if y   th v al u o f   0 c   to   g et  v M .   So   ac co r d in g   to   ( 1 1 . 1 ) ,   o n g ets   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
              I SS N :   2252 - 8792   IJ A P E    Vo l.   6 ,   No .   2 A u g u s t   2 0 1 7 :   63    72   70   51 a n d 1 1 / 5 6 MM u Mu vu v   ( 2 3 . 1 )     an d     21 a n d 1 1 / 2 3 MM y My xy x   ( 2 3 . 2 )     I is   ea s il y   ch ec k ed   u s in g   ( 2 2 )   an d   ( 2 3 . 1 )   th at  th f ir s p ar o f   co n d itio n   ( 1 0 . 1 )   is   s atis f ied .   Si m i lar l y   w g et  u s i n g   ( 2 0 )   an d   ( 2 1 ) :     2 22 2 0 2 0 2 22 0 . 2 0 . 7 2 i n f R e i n f 0 0 . 2 0 . 6 4 C j R C                 ( 2 4 )     E q u atio n s   ( 2 3 . 2 )   an d   ( 2 4 )   s h o w   t h at  co n d itio n   ( 1 0 . 2 )   h o ld s   f o r   an y   0 <c 0 <1 .   No w ,   o n h as  t o   co m p u te  t h in v o lv ed   g ain s   to   an al y ze   t h co n d itio n   ( 1 0 . 3 ) .     2 00 02 0 0 0 ( ) ( ) γγ ( ) ( ( ) ( ) ) . / 2 m a x 1 ( ( ) . / 2 ) 1 . 5 i u j j u A s C s C s A s C s a c e c a c e           w h ic h ,   u s in g   t h f ir s t p ar t o f   ( 1 1 . 4 )   f o llo w s   t h at     0 1 γ / 2 1 0 . 7 5 0 . 1 7 γ 1 γ / 2 1 0 . 7 5 1 . 1 5 u i u uu u i u        ( 2 5 )     0 0 0 0 γ 1 ( 1 / 2 ) 1 1 . 2 5 ii y c c c c      an d   w g et   1 00 00 1 γ / 2 1 1 . 7 5 0 . 8 7 5 0 . 5 γ 0 . 5 1 γ / 2 1 1 . 7 5 1 1 . 7 5 i i y y i i y cc cc      Fu r t h er m o r e,   eq u atio n s   ( 1 9 ) - ( 2 1 )   y ield     2 22 0 ( ) ( ) 0 . 3 2 γ ( ) ( ) 0 . 2 s S s B s e s C s c       ( 2 6 )     A p p l y in g   t h ab o v th eo r e m ,   t h L 2 - s tab ili t y   o f   t h clo s ed - lo o p   s y s te m   is   ac h iev ed   p r o v id ed     2 00 0 ( 0 . 0 7 0 . 1 3 1 0 . 1 4 8 0 . 8 5 cc c     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J A P E   I SS N:  2252 - 8792       A s ymp to tic  S ta b iliz a tio n   o f D e la ye d   S ystems   w ith   I n p u t a n d   Ou tp u t S a tu r a tio n s   ( A d el  Ma h jo u b )   71   T h is   co n d itio n   is   s atis f ied   b y   th v al u e 0 0 0 . 6 1 c .   T h p er f o r m an ce s   o f   t h r es u lt in g   r e g u lato r   ar illu s tr ated   i n   th f o llo w in g   F ig u r 2 .               Fig u r 2 .   C lo s ed - lo o p   s ig n al s       6.   CO NCLU SI O N   W h av in ter ested   in   co n tr o s y s te m   in cl u d in g   a n   o u tp u t   s atu r ati n g   d ela y ed   lin ea r   s y s te m   an d   a   s atu r ati n g   r eg u lato r .   W h av e   s h o w n   t h at  t h i s   a s s o ciatio n   ca n   b r ep r esen ted   b y   a   n o n li n ea r   f ee d b ac k   s ch e m a.   An al y zin g   s tab ilit y   o f   th is   f ee d b ac k   lead s   to   e x a m i n t h e   cl o s ed -   lo o p   as y m p to tic   g lo b al  s tab ilit y .   Usi n g   to o ls   o f   in p u t - o u tp u s tab ilit y   ap p r o ac h ,   s u f f icie n co n d itio n s   f o r   L 2 - s tab ili t y   ar th e n   o b tain e d .   T h ese  co n d itio n s   th at  co n ce r n   b o th   t h r e g u lato r   an d   t h s y s te m   p ar a m eter s   d i d   n o g iv e   a n   ea s y   c h ar ac ter iz atio n   o f   t h cla s s   o f   s y s te m s   th at  ca n   b g lo b ally   a s y m p to ticall y   s tab ilized .   Ho w ev er ,   it   h a s   b ee n   v er if ied   th a s at u r atin g   s y s te m   th at s   s tr ictl y   u n s tab le  ca n   b g lo b all y   as y m p to ticall y   s tab ili ze d .       RE F E R E NC E S   [1 ]   T a rb o u riec h   S . ,   G a rc ia  G . ,   G lat tf e ld e A . H. ,   " A d v a n c e d   stra teg ies   in   c o n t ro sy ste m w it h   in p u a n d   o u tp u t   c o n stra in ts ,"   L NCI S ,   V o l.   3 4 6 ,   S p rin g e r,   2 0 0 7 .   [2 ]   Bo h y u n g   L e e   a n d   Ja n g   Gy u   Lee ,   " Ro b u st  c o n tr o o f   u n c e rtai n   sy ste m w it h   in p u d e lay   a n d   i n p u se c to r   n o n li n e a rit y , "   Pro c e e d in g o t h e   3 9 t h   IEE C o n fer e n c e   o n   De c isio n   a n d   Co n tro ( Ca t.   N o . 0 0 CH3 7 1 8 7 ) ,   S y d n e y ,   NSW ,   2 0 0 0 ,   p p .   4 4 3 0 - 4 4 3 5   v o l. 5 .   [3 ]   M a h jo u b ,   F .   G iri ,   V .   V a n   A ss c h e ,   F . Z.   Ch a o u i,   " T ra c k in g   P e rf o r m a n c e   Ac h iev e m e n f o Co n ti n u o u s - T i m e   De la y e d   L in e a S y st e m S u b jec to   A c tu a to S a tu r a ti o n   a n d   Ou t p u Distu rb a n c e s,"   Asia n   J o u rn a o Co n tro l ,   v o l.   1 7 ,   n o .   5 ,   p p .   1 7 ,   S e p tem b e 2 0 1 4 .   [4 ]   Zh o u   B. ,   L in   Z. ,   L a m   J . ,   " S e m i - g lo b a sta b il iza ti o n   o f   li n e a ti m e - d e la y   s y ste m w it h   c o n tro e n e rg y   c o n stra in t, "   A u to m a ti c a ,   v o l.   4 8 ,   n o .   4 ,   p p .   6 9 4 6 9 8 ,   A p ril   2 0 1 2 .   [5 ]   A .   M a h jo u b ,   F .   G iri ,   N.  De rb e l,   " De la y e d   s y ste m   c o n tro l   in   p re se n c e   o f   a c tu a to r   sa tu ra ti o n ,   Al e x a n d r i a   En g i n e e rin g   J o u rn a l ,   v o l.   5 3 ,   n o .   3 ,   p p .   5 5 3 - 5 6 1 ,   S e p tem b e 2 0 1 4 .   [6 ]   A .   M a h jo u b ,   N.  De rb e l,   " De lay e d   S y ste m   Co n tro i n   P re se n c e   o f   M a g n it u d e   a n d   Ra te  S a tu ra ti o n , "   In ter n a ti o n a l   Rev iew o Au t o ma t ic Co n tro l ,   v o l .   7 ,   n o . 3 ,   p p .   3 0 7 - 3 1 6 ,   2 0 1 4 .   [7 ]   L iu ,   D.,   &   M ich e l ,   A .   N . ,   " Dy n a m i c a s y ste m w it h   sa tu ra ti o n   n o n l in e a rit ies :   A n a ly sis  a n d   d e sig n ,"   Be rli n :   S p rin g e r,   p p .   3 7 - 4 9 ,   1 9 9 4 .   [8 ]   Ch a o u F . Z,   G iri   F . ,   M ’S a a d   M . ,   " A d a p ti v e   c o n tro o f   in p u t - c o n stra in e d   ty p e - 1   p lan ts:  sta b il iza ti o n   a n d   trac k in g , "   Au to ma ti c a ,   v o l.   3 7 ,   p p .   1 9 7 - 2 0 3 ,   2 0 0 1 .   [9 ]   V id y a sa g a M . ,   No n li n e a r S y ste m s A n a lys is ,   S IA M ,   P A ,   USA ,   2 0 0 2 .   [1 0 ]   Kh a li H.  K.,   No n li n e a r S y ste ms   -   T h ird   E d it i o n ,   P re n ti c e   Ha ll ,   N J,   USA ,   2 0 0 3 .   [1 1 ]   . M a h jo u b ,   N.   De rb e a n d   F .   G iri ,   " De la y e d   S y ste m   Co n tro l   in   P re se n c e   o f   A c tu a to S a tu ra ti o n ,"   Al e x a n d ri a   En g i n e e rin g   J o u rn a l ,   El se v ier,  v o l.   5 3 ,   p p .   5 5 3 - 5 6 1 ,   2 0 1 4 .   [1 2 ]   G o o d w in   G . C. ,   G r a e b e   S .   a n d   S a lg a d o   M . ,   Co n tro S y ste m De sig n ,   P re n ti c e   Ha ll ,   2 0 0 0 .   [1 3 ]   F .   G iri ,   J.  B.   G n in g ,   F .   Z .   Ch a o u i   a n d   E .   Ch a ter,   " Co n stra in e d   c o n t ro o f   c o n ti n u o u s - ti m e   m in im u m - p h a se   sy st e m s   g lo b a o u t p u re f e re n c e   tr a c k in g   re su lt s,"   2 0 0 9   Eu r o p e a n   Co n tr o l   Co n fer e n c e   ( ECC) ,   Bu d a p e st,  2 0 0 9 ,   p p .   3 1 4 2 - 3 1 4 7 .   [1 4 ]   A .   M a h jo u b ,   E.   A .   Ch a ter ,   D.  G h a n i,   F .   C h a o u a n d   F .   G iri ,   " L in e a s y ste m   c o n tro v ia sa tu ra ti n g   d y n a m ic  a c tu a to rs  g lo b a o u tp u t - re f e re n c e   trac k in g , "   in   IE T   Co n tro l   T h e o ry   &   Ap p li c a ti o n s ,   v o l.   7 ,   n o .   2 ,   p p .   2 7 1 - 2 8 1 ,   1 7   Ja n .   2 0 1 3 .   [1 5 ]   T a rb o u riec h   S . ,   G a rc ia  G . ,   G o m e d a   S il v a   Jr  J.M . ,   Qu e in n e c   I,   " S tab il it y   a n d   S tab il iza ti o n   o f   L in e a S y st e m w it h   S a tu ra ti n g   A c tu a to rs , "   S p ri n g e r ,   2 0 1 1 .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
              I SS N :   2252 - 8792   IJ A P E    Vo l.   6 ,   No .   2 A u g u s t   2 0 1 7 :   63    72   72   B I O G RAP H I E S O F   AUTH O RS       A .   M a h jo u b   is  a   Re se a rc h e in   Co n tr o a n d   E n e rg y   M a n a g e m e n L a b o ra to ry   in   Na ti o n a S c h o o o f   En g in e e rs,  S f a x   Un iv e r sity ,   T u n isia.  He   is  c u rre n tl y   c o m p letin g   h is  P h . D.  d e g re e   in   El e c tri c a En g in e e rin g   a S f a x   Un iv e rsit y ,   S fa x   3 0 6 4   T u n isi a .   His  e ld o f   in tere st  in c lu d e   c o n tr o o f   c o n stra in e d   sy ste m s,  n o n li n e a sy ste m id e n ti f ica t io n ,   a n d   d e lay   s y ste m s   c o n tro l.           N.  De rb e l   is  a   P ro f e ss o in   El e c tr ica En g in e e rin g   a Na ti o n a S c h o o o f   En g in e e rs  o f   S f a x .   He   is  n o w   th e   d e p u ti   d irec to r   o f   th e   Ec o le  Na ti o n a le  d ’I n g é n ieu r d e   S f a x .   His  f ield o f   in tere st are   Co n tr o sy ste m s,  Ro b o ts  Co n tro l,   Ne u ra n e tw o rk s.           Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.