I nte rna t io na l J o urna l o f   E lect rica l a nd   Co m p ute E ng in ee ring   ( I J E CE )   Vo l.   9 ,   No .   2 A p r il   201 9 ,   p p .   1 0 7 8 ~ 1 0 8 9   I SS N:  2 0 8 8 - 8708 DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 / i j ec e . v9 i 2 . pp 1 0 7 8 - 1089          1078       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ia e s co r e . co m/ jo u r n a ls /in d ex . p h p / I JE C E   Using   real  int erp o la tion  m e thod fo r ada ptive iden tif i ca tion o no nlinea r inverte d pendul u m  sy ste m       P hu   T ra n T in 1 ,   T ra n H o a ng   Q ua ng   M inh 2 ,   T ra n T ha n T ra ng 3 ,   Ng uy en  Q ua ng   Du n g 4   1 F a c u lt y   o f   El e c tro n ics   T e c h n o lo g y ,   In d u strial  U n iv e rsity   o f   Ho   Ch M i n h   Cit y ,   Ho   Ch M in h   Cit y ,   V ietn a m   2 Op to e lec tro n ics   Re se a rc h   G ro u p ,   F a c u lt y   o f   El e c tri c a a n d   El e c tro n ics   En g in e e rin g ,     T o n   Du c   T h a n g   Un iv e rsity ,   Ho   Ch M i n h   Cit y ,   V ietn a m   3 F a c u lt y   o f   El e c tri c a l   a n d   El e c tro n ics   En g in e e rin g ,   H o   Ch M i n h   Cit y   Un iv e rsit y   o f   F o o d   I n d u stry ,     1 4 0   L e   T ro n g   T a n ,   Ho   Ch M in h   Cit y ,   V ietn a m   4 F a c u lt y   o f   El e c tri c a a n d   El e c tro n ics   En g in e e rin g ,   T o n   Du c   T h a n g   Un iv e rsity ,   Ho   Ch M i n h   Ci ty ,   V ietn a m       Art icle  I nfo     AB ST RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   J u n   3 ,   2 0 1 8   R ev i s ed   O c t   10 ,   2 0 1 8   A cc ep ted   Dec   8 ,   2 0 1 8       In   th is  p a p e r,   w e   in v e stig a te   th e   in v e rted   p e n d u lu m   s y ste m   b y   u sin g   re a l   in terp o latio n   m e th o d   (RIM a lg o rit h m .   In   th e   f irst  sta g e ,   th e   m a t h e m a ti c a m o d e o f   th e   in v e rted   p e n d u l u m   s y ste m   a n d   th e   RIM   a lg o rit h m   a re   p re se n ted .   A f t e th a t,   th e   id e n ti f i c a ti o n   o f   th e   in v e rted   p e n d u l u m   s y ste m   b y   u sin g   t h e   RIM   a lg o rit h m   is  p r o p o se d .   F in a ll y ,   th e   c o m p a riso n   o f   th e   l in e a r   a n a ly ti c a m o d e l,   RIM   m o d e l,   a n d   n o n li n e a m o d e is  c a rried   o u t.   F ro m   th e   re su lt s,  it   is  f o u n d   t h a t h e   i n v e rted   p e n d u l u m   s y ste m   b y   u sin g   RIM   a lg o ri th m   h a si m p li c it y ,   lo w   c o m p u ter  so u rc e   re q u irem e n t,   h ig h   a c c u ra c y   a n d   a d a p ti v e n e ss   in   t h e   a d v a n tag e s.   K ey w o r d s :   I d en tif icat io n   I n v er ted   p en d u l u m     No n - l in ea r   s y s te m   R ea l in ter p o latio n   m et h o d     R I M   Co p y rig h ©   2 0 1 9   In stit 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 :   T r an   Ho an g   Qu a n g   Mi n h ,     Op to elec tr o n ics R esear c h   Gr o u p ,     Facu lt y   o f   E lectr ical  a n d   E lect r o n ics E n g i n ee r in g ,     T o n   Du T h an g   Un iv er s it y ,     1 9   Ng u y e n   H u u   T h o ,   Dis tr i ct  7 ,   Ho   C h i M in h   C i t y ,   Viet n a m .   E m ail:  tr a n h o a n g q u an g m i n h @ td tu . ed u . v n       1.   I NT RO D UCT I O N   I n v er ted   p en d u l u m   s y s te m ,   w h ic h   is   an   u n d er ac tu ated   m ec h a n ical  s y s te m   a n d   ex h i b its   s tr o n g   n o n li n ea r it y ,   h as  b ee n   co n s i d er ed   as  an   ex citin g   an d   ch allen g in g   p r o b le m   in   au to m a tio n .   No tab l y ,   th eir   f ea t u r es  s u c h   as  s w i n g   u p ,   s t ab ilizatio n   p r o b le m ,   h i g h er   o r d er ,   n o n lin ea r ,   r o b u s t   co u p lin g ,   an d   m u lti v ar iate   h av b ee n   attr ac ted   m o r an d   m o r atten tio n   f r o m   co n tr o r esear ch er s   f o r   th last   d ec ad es.  Mo r eo v er ,   in v er ted   p e n d u l u m   s y s te m   i s   w id el y   u s e d   in   th e   f ield   o f   r o b o tics   an d   ae r o s p ac f ield ,   a n d   s o   h a s   es s e n tial   s ig n i f ica n ce   b o th   in   t h f ie l d   o f   th th eo r etica s t u d y   r e s ea r ch   an d   p r ac tice  [ 1 ] - [ 3 ] .   T h er ar a   lo o f   r esear ch er s   ab o u m o s t   p o p u lar   t y p es i n v er ted   p en d u l u m s   s u ch   as  th r o tatio n al  s i n g le  ar m   p en d u l u m ,   th e   ca r t   in v er ted   p e n d u l u m ,   a n d   t h d o u b le  in v er ted   i n v esti g ated   t h in v er ted   p en d u lu m   b y   s w itc h in g   t w o   d i f f er e n t   co n tr o l la w s   [ 3 ] ,   an d   i n   [ 4 ]   L QR ,   d o u b le - P I an d   p o le  p lac e m en t c o n tr o l te c h n iq u es a r u s ed   to   co n tr o l a   ca r t   in v er ted   p e n d u l u m   s y s te m .   M o r eo v er ,   f r ac tio n al  o r d er   P I co n tr o ller s   ar p r o p o s ed   in   [ 5 ]   an d   [ 6 ]   f o r   co n tr o l   o f   th i n v er ted   p en d u l u m   s y s te m .   I n   [ 7 ] ,   s i m u latio n   s t u d y   o n   P I an d   L Q R   co n tr o o f   ca r in v er ted   p en d u lu m   s y s te m   is   ca r r ied   o u w i th   an d   w i th o u d is tu r b a n c i n p u t.  Fu r t h er m o r e ,   i n   [ 8 ] ,   co n tr o o f   ca r in v er ted   p e n d u l u m   o n   a n   i n cli n ed   s u r f ac i s   p er f o r m ed   u s in g   f u zz y   a n d   P I co n tr o ller s .   An   A N FIS  co n tr o ller   is   p r o p o s ed   in   [ 9 ]   as  a n   i n tell ig en co n tr o tec h n iq u e   to   co n tr o an   in v er ted   p en d u l u m .   I n   ad d itio n i n   [ 1 0 ] ,   s lid in g   m o d co n tr o ller   is   p r o p o s ed   to   c o n tr o ca r t   in v er te d   p en d u lu m   s y s te m   in   b o th   s i m u latio n   a n d   r ea l - Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       Usi n g   r ea l in terp o la tio n   meth o d   fo r   a d a p tive  id en t ifica tio n   o f n o n lin e a r   in ve r ted …  ( P h u   Tr a n   Tin )   1079   ti m e   i m p le m e n tatio n .   Fro m   t h is   p o in o f   v ie w ,   r esear ch   in   t h f ield   o f   i n v er ted   p en d u l u m   s y s te m   is   s till   h o t   d ir ec tio n   in   b o th   t h eo r y   an d   p r ac tice  au to m a tio n   ar ea .     I n   th i s   p ap er ,   w i n v e s ti g ate   th in v er ted   p en d u l u m   s y s t e m   b y   u s i n g   r ea in ter p o latio n   m et h o d   ( R I M)   alg o r ith m .   I n   th f ir s s tag e,   t h m at h e m atica m o d e o f   th in v er ted   p en d u l u m   s y s te m   an d   t h r ea in ter p o latio n   m eth o d   ( R I M)   alg o r ith m   ar p r esen ted .   A f ter   th at,   th id e n ti f icatio n   o f   t h in v er ted   p en d u lu m   s y s te m   b y   u s i n g   th r ea in t er p o latio n   m et h o d   ( R I M)   alg o r ith m   i s   p r o p o s ed .   I n v esti g ated   an d   d er iv ed .   Fin all y ,   t h an al y tical  al g o r ith m   d er iv ed   by   Si m u l in k   Ma L ab   So f t w ar e.   Fro m   t h r es u lts ,   it  is   f o u n d   th at  t h e   in v er ted   p en d u lu m   s y s te m   b y   u s i n g   r ea in ter p o latio n   m et h o d   ( R I M)   alg o r ith m   is   s i m p li cit y ,   lo w   co m p u ter   s o u r ce   r eq u ir e m e n t,  h i g h   ac cu r ac y .   T h m ai n   co n tr ib u tio n s   o f   th i s   p ap er   ar p r esen ted   as   t h f o llo w i n g :   1)   T h m at h e m atic al  m o d el  o f   th ca r t in v er ted   p en d u l u m   s y s te m   is   p r o p o s ed .   2)   T h id en tif icatio n   o f   th i n v e r ted   p en d u lu m   s y s te m   b y   u s i n g   t h r ea in ter p o latio n   m et h o d   ( R I M)   alg o r ith m   is   p r ese n ted   an d   d er iv ed .   T h r est  o f   th p ap er   is   p r o p o s ed   as  f o llo w s .   T h ca r t   in v er ted   p en d u l u m   s y s te m ,   th r ea in ter p o latio n   m et h o d   ( R I M)   an d   t h id en t if icatio n   o f   t h e   in v er ted   p en d u lu m   s y s te m   b y   u s i n g   th e   r ea l   in ter p o latio n   m eth o d   ( R I M)   al g o r ith m   is   i n tr o d u ce d   in   Sec ti o n   2 .   Af ter   th at,   s o m r es u lts   an d   d is cu s s io n s   ar g iv e n   i n   Sectio n   3 .   Fin all y ,   co n clu s io n s   ar p r o v id ed   in   Sectio n   4 .       2.   RE S E ARCH   M E T H O D   2 . 1 .     M a t he m a t ica l   m o del o f   t he  ca rt   inv er t ed  pend ulu m   T h ca r t in v er ted   p en d u l u m   m o d el   is   p r esen ted   in   Fi g u r e   1   [ 1 1 ] .           Fig u r e   1.   T h ca r t in v er ted   p e n d u l u m   m o d el       T h eq u atio n s   o f   p en d u lu m   m o tio n   ( n o n li n ea r   s y s te m )   ca n   b f o r m u lated   as:     2 c o s s i n 1   M m m l x m l x b x F ,           ( 1 )     2 c o s 2   s i n I m l m l x b m g l .           ( 2 )     Fu r t h er m o r e,   w tr y   to   lin ea r ize  th s y s te m   d i f f er e n tial  eq u atio n s .   I is   li n ea r izatio n   a r o u n d   th e   eq u ilib r iu m   p o in t,  i n   o u r   ca s ab o u t v er tical  p o s itio n         .   T h p r er eq u is ite  is   t h at  t h s y s te m   r e m ai n s   i n   th e   v ici n it y   o f   th i s   p o s itio n .   L et      p r esen ts   d ev iatio n   f r o m   t h eq u ilib r iu m   p o in t,  w g et             .   W h en   p en d u l t h u m   is   i n   u p r ig h t p o s it io n 22 c o s 1 ,   s i n ,   0 c o s s i n .   Usi n g   ab o v r elatio n   an d   f r o m   th n o n li n ea r   E q u atio n s   ( 1 )   an d   ( 2 )   w o b tain ed   li n ea r ized   eq u atio n s   o f   th p r o p o s ed   s y s te m   as i n   ( 3 )   an d   ( 4 ) .     2 2 I m l b m g l m l x ,                 ( 3 )     x M m b x m l U .               ( 4 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  9 ,   No .   2 A p r il 2 0 1 9   :   1 0 7 8   -   1089   1080   No te  th at  U   h as  b ee n   s u b s tit u ted   f o r   th in p u f o r ce   F.  T o   o b tain   th tr an s f er   f u n c ti o n s   o f   th e   lin ea r ized   s y s te m   eq u atio n s ,   w m u s t   f ir s ta k t h L ap lace   tr an s f o r m   o f   t h s y s te m   eq u atio n   as s u m i n g   ze r o   in itial c o n d itio n s .   T h r esu lti n g   L ap lace   tr a n s f o r m s   ar e   s h o wn   b elo w :     2 2 2 2 Φ Φ Φ I m l s s b s s m g l s m l X s s ,   (         ( 5)     22 1   Φ M m X s s b X s s m l s s U s .           ( 6 )     I n   th i s   an al y s is ,   w s et     2 () q I M m M m l .                 ( 7 )     T h tr an s f er   f u n ctio n   o f   p en d u lu m s   p o s itio n   ca n   d eter m i n e   f r o m   s y s te m s   o f   E q u atio n s   ( 5 ) ,   ( 6 )   an d   ( 7 )   as th f o llo w in g :       2 2 2 2 1 21 4 3 2 X 2 1   I m l b m g l ss s q q q Us M m b I m l b m g l M m b b m g lb s s s s q q q               ( 8 )     Her tr an s f er   f u n ctio n   o f   p en d u lu m s   a n g le  ca n   b f o r m u la te d   as:     2 1 32 1 Φ 2 21 ml s s q Us M m b I m l b m g l M m b b m g lb s s s q q q          ( 9 )     W co n s id er   th eq u ilib r iu m   p o in t         ,   th p en d u lu m   b ec o m th n o r m al  f o r m .   T h tr an s f er   f u n ctio n s   o f   t h p en d u lu m s   a n g le  a n d   p o s itio n   ar p r esen te d   as in   th f o r m u la  ( 1 0 )   an d   ( 1 1 ) .     2 2 2 2 1 21 4 3 2 X 2 1   I m l b m g l ss s q q q Us M m b I m l b m g l M m b b m g lb s s s s q q q           ,   ( 1 0 )     2 1 32 1 Φ 2 21 ml s s q Us M m b I m l b m g l M m b b m g lb s s s q q q      .     ( 1 1 )     Fo r   th tr an s f er   f u n ctio n   ab o v ar v alid   th ese  u n i ts ,   w as s u m t h at:     Φ   ,   kv s X s r a d m P P s U s N U s N  ,   o r   Φ 180 kv s X s d e g m P P s U s N U s N .     A cc o r d in g   to   th tr an s f er   f u n ctio n s   ( 8 )   an d   ( 9 ) ,   th in v er te d   p en d u lu m   w it h   th eq u ilib r iu m   p o in t           is   u n s tab le  s y s te m .   D u to   u n s tab le  b e h av io r   o f   t h u p r ig h eq u ilib r iu m   p o s itio n ,   id e n ti f i ca tio n   o f   th e   in v er ted   p en d u l u m   r ep r esen ts   d if f icu l task .   Ho w e v er ,   th n o r m al  p en d u lu m   w it h   th eq u ilib r iu m   p o in t           is   s tab le  s y s te m   w it h   r esp ec to   th tr a n s f er   f u n ctio n s   ( 1 0 )   an d   ( 1 1 ) .   L o o k in g   at   th e   d etails,  it  i s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       Usi n g   r ea l in terp o la tio n   meth o d   fo r   a d a p tive  id en t ifica tio n   o f n o n lin e a r   in ve r ted …  ( P h u   Tr a n   Tin )   1081   clea r l y   s ee m   th a th ab s o l u te  v alu e s   o f   t h co ef f icie n ts   o f   th tr an s f er   f u n ctio n s   ar th s a m f o r   th e   p en d u lu m s   u p r ig h a n d   d o w n r ig h p o s it io n s .   T h d if f er en ce   is   o n l y   in   t h s ig n   of   t h co ef f icie n ts .   B ased   on  th is   co n cl u s io n ,   th e   id en ti f icat io n   ta s k   o f   th e   n o n li n ea r   p e n d u lu m   s y s te m   ca n   b ap p lied   o n   d ir ec p e n d u l u m   ch ar ac ter is tic s .   I n   th i s   p ap er ,   th r esp o n s c h ar ac ter is tic s   o f   th p en d u l u m   w i th   t h d o w n r ig h eq u il ib r iu m   p o in t,  w il l b co n s id er   as in p u t d at f o r   th id en ti f icatio n   tas k   in   t h n e x s u b s ec t io n   [ 1 1 ] - [ 1 2 ] .       2 . 2 .     Rea l int er po la t io m et h o d ( RIM )   T h r ea l   in ter p o latio n   m et h o d   is   o n o f   t h m et h o d s ,   w h ich   w o r k s   o n   m at h e m atica d e s cr ip tio n s   o f   th i m ag i n ar y   ar ea .   T h m et h o d   is   b ased   o n   r ea l in teg r a l tr an s f o r m   a s   f o llo w   [ 1 3 ] :     0 ,   ,   ,   0 t F f t e d t C C                ( 1 2 )     w h ic h   ass i g n s   to   th o r ig in al             th i m ag           as  f u n ctio n   o f   th r ea v ar iab le    .   Fo r m u la  o f   d ir ec t   tr an s f o r m   ( 1 2 )   ca n   b co n s id er ed   as  s p ec ial   ca s e   o f   th e   d ir ec L ap lace   tr an s f o r m   b y   r ep lacin g   t h co m p le x   v ar iab le                       f o r   r ea     v ar iab le.   An o th er   s tep   to w ar d s   t h d ev elo p m e n o f   t h i n s tr u m en t atio n   m et h o d   is   t h tr an s itio n   f r o m   co n tin u o u s   f u n ctio n s             to   th eir   d is cr ete  f o r m ,   u s in g   t h co m p u ti n g   r e s o u r ce s   an d   n u m er ical  m et h o d s .   Fo r   th ese  p u r p o s es,  r ea in ter p o lati o n   m eth o d   is   r ep r esen ted   b y   n u m er ical   ch ar ac ter is tic s   {               }   .   T h ey   ar o b tain ed   as  s et  o f   v al u e s   o f   th f u n ctio n               in   th n o d es                ̅ ̅ ̅ ̅ ̅ w h er     is   t h n u m b er   o f   ele m e n ts   n u m er ical  c h ar ac ter is tic s ,   ca lled   its   d i m e n s io n .     Selectin g   o f   i n ter p o latio n s         i s   p r im ar y   s tep   in   th tr an s itio n   to   d is cr ete  f o r m ,   w h i ch   h as  a   s ig n i f ica n i m p ac o n   t h n u m er ical  co m p u ti n g   a n d   ac cu r ac y   o f   p r o b le m   s o l u tio n s .   Dis tr ib u tio n   o f   n o d es  i n   th s i m p lest   v ar ia n is   u n i f o r m .   A n o t h er   i m p o r tan ad v a n ta g e   o f   r ea in ter p o latio n   m et h o d   is   cr o s s - co n v er s io n   p r o p er ties   [ 1 1 ] .   I d u es  to   t h f ac t h at   th e   b eh a v io r   o f   t h f u n ctio n             f o r   lar g v al u es   o f   t h e   ar g u m e n     i s   d eter m in ed   m ain l y   b y   th b e h av io r   o f   t h o r ig i n al            f o r   s m all  v al u es  o f   th v ar iab le    .   I n   th o p p o s ite  ca s e,   th e   r esu lt  i s   t h s a m e:   th b e h av io r   o f   t h f u n ctio n             f o r   s m all  v al u es   o f   t h a r g u m e n     i s   d eter m in ed   m ain l y   b y   t h b eh av io r   o f   th o r ig i n al            f o r   lar g v alu e s   o f   t h v ar iab le      [ 1 3 ] .   W h en   co n s id er in g   t h o r ig i n a           o f   d y n a m ic  ch ar ac ter is tics   o f   d y n a m ic  s y s te m s ,   f o r m u la   ( 1 2 )   lead s   to   an   o p er ato r   m o d el,   wh ich   u n d er   ce r tain   co n d itio n s   ca n   b co n s id er ed   as  s p ec i al  c ases   o f   t h m o d el s   b ased   o n   th L ap lace   tr an s f o r m .   T h u s ,   in   ( 1 2 )   r e p lacin g   o f   th f u n c tio n             b y             -   th i m p u ls tr an s ien t   f u n ctio n   o f   th d y n a m ic   s y s t e m ,   w o b tain   its   tr an s f er   f u n ctio n .   Fro m   h er w ca n   f in d   th ele m en ts   o f   a   d is cr ete  m o d el  o f   th s y s te m ,   an d   its   tr an s f er   f u n ct io n   b y   p e r f o r m i n g   t h d is cr etiza tio n   p r o ce d u r es  f o r   n o d es                  ̅ ̅ ̅ ̅ ̅       0 ,     1 , i t i W k t e d t i                   ( 1 3 )     Fu n ctio n               is   r ea tr an s f er   f u n ctio n   o f   co n tr o au to m at ic  s y s te m s ,   h av i n g   an   i m p u ls tr a n s ien t   r esp o n s           .   Fu n ctio n               co u ld   b r ec eiv ed   b ased   o n   d eter m i n atio n   o f   tr a n s f er   f u n ctio n   s u ch   as  a   r elatio n s h ip   o f   th i m a g i n ar y   o f   o u tp u           an d             in p u s ig n al         Y W X                     ( 1 4 )     I n   w h ic h   th i m a g i n ar y   o f   t h e   o u tp u s ig n al  an d   th i n p u t   s i g n al  i s   ca lcu lated   f r o m   t h o r ig i n al  f u n c tio n s   o f   th in p u           an d   o u tp u           s ig n a ls :     0   t Y y t e d t ,                 ( 1 5 )     0   t X x t e d t ,                 ( 1 6 )     w h er           in p u t si g n al,   an d             o u tp u t   s ig n al  o f   t h s y s te m .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  9 ,   No .   2 A p r il 2 0 1 9   :   1 0 7 8   -   1089   1082   T h in p u t - o u tp u t r elatio n s h ip   o f   th s y s te m   h as a   f o r m   li k b elo w :       Y W X .                 ( 1 7 )     2 . 3 .     I dentif ica t io n o f   t he  inv er t ed  pend ul u m   ba s ed  o t h RIM   T h in v er ted   p en d u lu m   i s   an   u n s tab le   s y s te m ,   i n v esti g atio n   o f   th i s   s y s te m   b ased   o n   in p u t - o u tp u t   s ig n al  u s e   t w o   k i n d s   o f   th e   in p u s i g n al,   n a m el y   i m p u l s an d   s tep s   r esp o n s es.  Fo r   u n s tab le  s y s te m s ,   id en ti f icatio n   o f   th e s s y s te m s   u s i n g   s tep   r e s p o n s i s   n o e n tire l y   s u itab le,   b ec a u s o f   t h u n s tab le  tr an s ien t   r esp o n s u n d er   th e f f ec t   o f   t h s tep   r esp o n s e.   Usi n g   i m p u ls r esp o n s ca n   b u s ed ,   h o w e v er ,   in   p r ac tice,   th e   id ea   im p u ls r esp o n s h as  ch allen g in g   to   i m p le m en t.  I n   th i s   p ap er ,   th co n v er s io n   i m p u l s r esp o n s is   u s ed   f o r   id en ti f icat io n   o f   n o n li n ea r   s y s te m .   T h i n v er ted   p e n d u l u m   is   u s ed   co n v er s io n   i m p u l s r esp o n s h a v in g   a   f o r m   o f   tr a n s f er   f u n ctio n :     1 e x p * s X s M s  ,               ( 1 8 )     w h er     is   m a g n it u d e,       d elay   t i m e.   Un d er   th ef f ec t   o f   co n v e r s io n   i m p u ls r esp o n s ( 1 8 )   o n   th o u tp u o f   t h s y s te m ,   r esp o n s e   f u n ctio n   is   r ep r esen ted   as  f u n ctio n           .   Fro m   f o r m u la  ( 1 4 )   an d   ( 1 8 ) ,   in   th r ea f o r m ,   th tr an s f er   f u n ctio n   o f   th i n v er ted   p en d u lu m   h as  f o r m .         1 e x p * M WY    ,               ( 1 9 )     w h er 0   t Y k t e d t   if   r esp o n s c h ar ac ter is tics   r ep r esen t s   as  f u n ctio n           ,   o r 1 i N t i i Y k t e t               is   s a m p le  o f       ..   T h e   lin ea r   tr an s f er   f u n c tio n   o f   th an g le   o f   t h i n v er ted   p en d u lu m   ca n   b f o r m u lated   as:     1 32 3 2 1 Φ  LR Bs s s A s A s A                 ( 2 0 )     T h lin ea r   tr an s f er   f u n c tio n   o f   th p o s itio n   o f   t h i n v er ted   p en d u l u m   ca n   b ca lcu la ted   as:     2 2 1 0 4 3 2 3 2 1 LR B s B s B s s s s s X A A A                  ( 2 1 )     T h lin ea r   tr an s f er   f u n ctio n   o f   a n g le  an d   p o s it io n   o f   t h i n v er ted   p en d u l u m   h as  a   f o r m   of   r ea i n ter p o latio n   tr an s f o r m atio n   ca n   b f o r m u la ted   as ( 2 2 )   an d   ( 2 3 ) :     1 Φ 32 3 2 1 Φ LR B A A A ,               ( 2 2 )     2 2 1 0 4 3 2 3 2 1 X X X LR X B B B A A A                   ( 2 3 )     I n ter esti n g l y ,   th co ef f icie n t s   o f   th tr an s f er   f u n ctio n   o f   t h an g le  a n d   p o s itio n   o f   th p en d u lu m   h av e   th s a m e   n u m b er   i n   t h d e n o m i n ato r .   T h id en ti f icatio n   p r o ce s s   ca n   b d eter m in ed   t h co ef f icie n t s   o f   t h e   d en o m i n ato r   an d   s ep ar ately   t h co ef f icie n ts   o f   t h n u m er ato r .   Firstl y ,   id en ti f icatio n   o f   th tr an s f er   f u n ctio n   o f   p en d u lu m   a n g le.   C h o s e n   s tr u c tu r an d   o r d er   o f   th lin ea r   id en ti f icatio n   lik f o r m u la  ( 2 0 )   a n d   ( 2 1 )   o r   ( 2 2 )   an d   ( 2 3 )   in   th r ea f o r m .   T h n u m b er   o f   th u n k n o w n   co ef f icie n ts   f o r   th an g le   of   t h p en d u l u m   is   f o u r it   m ea n s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       Usi n g   r ea l in terp o la tio n   meth o d   fo r   a d a p tive  id en t ifica tio n   o f n o n lin e a r   in ve r ted …  ( P h u   Tr a n   Tin )   1083   th at  t h d i m e n s io n   o f   th ele m en ts   n u m er ical  ch ar ac ter i s ti cs  is   f o u r .   I n   s i m p le   ca s e,   th v al u e   o f   n o d es  g iv e n   b ca lcu la ted   b y   n o m in a l d is tr ib u tio n   i n   t h r an g e   of                   ,   w h er             Φ 1 1 Φ Φ 1 ,   2 , 1 i ii                  ( 2 4 )     Dis cr etiza tio n   o f   b y   r ea l in ter p o latio n   m et h o d   in                     ̅ ̅ ̅ ̅ ̅ ̅         1 Φ Φ 32 3 2 1   1 ,   1 , 1 e x p * ii i i i i i MB Yi A A A      ,         ( 2 5 )     w h er                                            ,   f o r   th ca s e,   t h tr an s i en ch ar ac ter i s tics   i s   g i v e n   f o r m   o f   f u n ctio n   w i t h   ti m e.   Fo r   th ca s e,   t h tr a n s ie n t c h ar ac ter is tic s   is   g iv e n   tab l o r   m as s i v o f   v al u e s   w it h   s a m p le  ti m     .     Φ 1 1 Δ ii N t ii i Y k t e t                   ( 2 6 )     w h er e,         s a m p li n g   ti m e,   N - i n t eg r ato r .   Her e,   w s et  r ep lace m en t a s :       Φ   1 1 ,   1 , 1 e x p * i ii i M F Y i                  ( 2 7 )     Fro m   ( 1 4 )   an d   ( 1 6 )   w h av s y s te m   o f   th eq u atio n   li k e:     1 Φ Φ 32 3 2 1 1 ,   1 , i i i i i B Fi A A A                 ( 2 8 )     o r       32 3 2 1 1 ΦΦ 1 ,   1 , i i i i i F A A A B i           ( 2 9 )     23 3 2 1 1 ΦΦ 1 1 1 ,   1 , i i i i i i i F A F A A B F i           ( 3 0 )     R e w r ite  th s y s te m   o f   eq u at io n s   o f   t h u n k n o w n   co ef f icie n t s                             Ma tr ix   M1 :     2 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2 2 3 3 3 3 3 2 4 4 4 4 4 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 FF FF M FF FF                      ( 3 1 )     Ma tr ix   N1     3 11 3 22 3 33 3 44 1 1 1 1 1 F F N F F                              ( 3 2 )     Ma tr ix   X1   o f   th u n k n o w n   co ef f icien ts     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  9 ,   No .   2 A p r il 2 0 1 9   :   1 0 7 8   -   1089   1084   3 2 1 1 Φ 1       A A X A B                           ( 3 3 )     I f   th m atr i x es M 1 ,   N1   ar k n o w n ,   th m atr ix   X1   ca n   b d eter m in ed   as   t h f o llo w in g :     1 1 1 1 X M N                     ( 3 4 )     T h id en tif icatio n   tas k   lead s   to   s o lv in g   s y s te m   o f   eq u at io n   o f       u n k n o w n   co ef f icie n ts   o f   tth e   r an s f er   f u n c tio n .   I d en ti f icatio n   o f   tr a n s f er   f u n ctio n   o f   p en d u l u m s   p o s itio n .   W alr ea d y   d eter m i n ed   th e   c o ef f icie n t   o f   d en o m in ato r   n   a b o v s tep ,   i n   ter m s   o f   s i m p lici t y ,   r eq u ir e m e n t d eter m in e s   u n k n o w n   co e f f icien ts   o f   t h n u m er ato r   o f   t h t r an s f er   f u n ctio n   o f   p en d u l u m s   p o s itio n .   T h n u m b er   o f   ch ar a cter is tics   is           T r an s f er   f u n ctio n   o f   p en d u lu m s   p o s i tio n   h as t h f o r m   as ( 2 3 )     2 2 1 0 4 3 2 3 2 1 X X X LR X B B B A A A                   ( 3 5 )     Ob v io u s l y ,   i n   o r d er   to   r e d u ce   id en ti f icatio n   tas k ,   th co ef f icie n t                           h as  alr ea d y   d eter m in ed   i n   t h f ir s s ec tio n ,   th id e n ti f icatio n   tas k   r e m a in s   o n l y   d eter m i n co e f f ic ien t s   o f   th n u m er a to r   o f   th tr a n s f er   f u n ct io n   o f   p e n d u l u m s   p o s itio n                         .   T h id en tif icat io n   p r o ce d u r o f   tr an s f er   f u n c tio n   o f   p en d u lu m s   p o s itio n   ill u s tr ates  f o llo w in g   s tep s .   I f   r e s p o n s e   ch ar ac ter is tics   ar g iv e n   m a s s i v o f   t i m e ,   w it h   th s a m p le  ti m                   v alu o f   p en d u lu m   p o s itio n   at        an d   N - n u m b er   o f   s a m p le s ,   n u m er ica l   ch ar ac ter is tic s   ar ca lcu lated   b y   f o llo w i n g   f o r m :     1 2 Δ  ii N t i X i i Y k t e t                   ( 3 6 )       3.   RE SU L T S AN D I SCU SS I O N   T h in v er ted   p en d u l u m   h a s   p ar a m eter   as in   T ab le  1 .       T ab le  1 .   P ar am eter s   o f   t h P en d u lu m   S y s te m   P a r a me t e r     V a l u e     U n i t   M a ss   o f   t h e   c a r t   ( M )     0 . 5     K g   M a ss   o f   t h e   p e n d u l u m (m )     0 . 2     K g   L e n g t h   o f   t h e   p e n d u l u m (l )     0 . 3     M   C o e f f i c i e n t   o f   f r i c t i o n   f o r   t h e   c a r t   ( b 1 )     0 . 2     Nm - 1s - 1   C o e f f i c i e n t   o f   f r i c t i o n   f o r   t h e   p e n d u l u m (b 2 )     0 . 0 0 2     N r a d - 1s - 1   M a ss   mo me n t   o f   i n e r t i a   o f   t h e   p e n d u l u m (I )     0 . 0 0 6     k g / m 2   G r a v i t a t i o n   f o r c e   ( g )     9 . 8 1     m/ s2   F o r c e   a p p l i e d   t o   t h e   c a r t   ( F )     -     N   P o si t i o n   o f   t h e   c a r t   ( x )     -     m   P e n d u l u m a n g l e   ( φ )     -     d e g .       I n   t h is   ex a m p le  w e   w ill   co m p ar e   r esu lts   o f   th e   n o n li n ea r   m o d eli n g ,   d escr ib in g   a s   t h f o r m u las   ( 1 )   an d   ( 2 ) ,   w it h   li n ea r   m o d el,   s o lv i n g   b y   t h a n al y tical  ap p r o x i m at io n   a s   f o r m u la   ( 1 0 )   an d   ( 1 1 )   an d   w ith   a   R I m o d el,   w h ich   is   id en ti f i ed   b y   R I M.   T h p en d u lu m   h a s   s et  o f   p ar am eter s   as  th T ab le  1 .   On   in p u o f   th m o d els,  t h r ec tan g u lar   in p u t a cc eler atio n   s i g n al  h a s   1   in   ti m 1   s   in   t h Fi g u r e   2 ( a) .   I n   t h F ig u r e   3 ,   o b v io u s l y ,   t h R I m o d el   an d   a n al y tical   lin ea r   m o d el  h i g h l y   f it  w i th   n o n lin ea r   m o d el   in   th e   b eg i n n in g   o f   t h tr an s ie n t p r o ce s s .   Ho w e v er ,   i n   th e n d   o f   th e   tr an s ien t p r o ce s s ,   t h li n ea r   m o d el   r ep r esen ts   h i g h er   in   f i tn e s s   co m p ar i n g   w it h   th R I m o d el.   Mo r eo v er ,   Fig u r e   4   s h o w s   th at  th R I m o d el   h as  m o r ac cu r ac y   at   t h b eg i n n i n g   o f   th s p a n   ti m [ 0 - 7   s ] .   Ho w ev er ,   th f it n ess   o f   R I M   m o d el  is   r ed u ci n g   w it h   t h i n cr ea s o f   ti m i n   th r an g 7 - 7 0   s .   Fro m   t h e   r esu lt s ,   th m a x i m u m   er r o r   o f   li n ea r   is   0 . 2 4   ap p r o x im a tio n   b y   R I i s   0 . 4 5 .   Gen er all y ,   th e   li n ea r   m o d e r ep r esen ts   h i g h er   ac c u r ac y   m o d el  t h an   R I M   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       Usi n g   r ea l in terp o la tio n   meth o d   fo r   a d a p tive  id en t ifica tio n   o f n o n lin e a r   in ve r ted …  ( P h u   Tr a n   Tin )   1085   m o d el  w h e n   th a n g le  d ev iati o n   f r o m   t h d o w n r ig h eq u ili b r iu m   p o s itio n   i s   lo w er   th a n   1 5 o T h p o s itio n   o f   th p en d u lu m   v er s u s   ti m i s   p r esen ted   in   F ig u r e   5 .   I n t er es tin g l y ,   t h R I m o d el  o f   p o s itio n   o f   p en d u l u m   illu s tr ates  h i g h er   f it n es s   lev el  o f   n o n li n ea r   m o d el  th a n   th a n al y tical  lin ea r   m o d el.   A cc o r d in g   to   th ab s o lu te   er r o r s   o f   th an al y tical  li n ea r   m o d el  an d   th R I m o d el  p r esen ted   in   th Fi g u r e   6 .   T h er r o r   o f   th R I M   m o d el  is   co n s id er ab l y   lo w er   t h an   o f   t h an a l y t ical  li n ea r   m o d el  in   th ti m e   r an g [ 0 - 1 0   s ] .   I n   th r est  o f   t h e   co n s id er ed   s ettlin g   ti m e,   th a n al y tical  m o d el  is   ar o u n d   1 . 5   ti m e s   as  h i g h   as  th R I m o d el.   T h m ax i m u m   er r o r   o f   th an al y tica l a n d   R I m o d els ac co u n t f o r   0 . 0 3 8   a n d   0 . 0 2 6 ,   r esp ec tiv el y           ( a)       ( b )     Fig u r 2 .   T h in p u t a cc eler atio n   s ig n al           Fig u r e   3 .   R esp o n s c h ar ac ter is tics   o f   n o n li n ea r     g r ee n - d o t lin e,   an al y tic  -   b lu e - dot - li n e,   an d   id en tif icatio n   b y   R I r ed   lin e       T h in p u ac ce ler atio n   f o r ce   w it h   3   N,   ill u s tr ated   in   Fig u r e   2 ( b )   is   ac tiv o n   ca r t   d u r i n g   1   s ec o n d ,   b ased   o n   th s a m p lin g s   o f   t h e   n o n li n ea r   m o d el,   w f i n d   th e   ap p r o x i m atio n   m o d el  b y   R I f o r   th n e w   s e o f   d ata.   Fo r   i d en tif icat io n   o f   th d ev iatio n   an g le  o f   p en d u l u m ,   t h n o d es  co n s id er ed   in   th r an g e                                       ,   s a m p le  t i m e                       an d   s e ttli n g   ti m 7 0   s .   T h en   m a k i n g   co m p ar is o n   w i th   th o r ig in al  n o n l in ea r   m o d el,   li n ea r   m o d el,   an d   R I m o d el,   w s h o w   t h r es u lts   a s   Fi g u r 7   an d   Fig u r 8 .   Ov er all,   t h F ig u r e   7   s h o w   t h at  th e   R I m o d el  r ep r esen t s   m o r e   ac cu r ac y   t h an   th e   an a l y tical  li n ea r   m o d el,   esp ec iall y   i n   t h r an g 0 - 1 0 s   o f   th s ettli n g   ti m e.   I n ter esti n g l y ,   w it h   h i g h   d i s p lace m e n t o f   th an g le   f r o m   t h e   eq u ilib r iu m   p o in t         ,   th R I m o d el  r ep r esen ts   m o r ac cu r ac y   th en   l in ea r   m o d el.   Ma x i m u m   er r o r   o f   th e   lin ea r   m o d el  an d   t h R I m o d el  is   9 . 1 7   an d   8 . 6 2 ,   r esp ec tiv el y .         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  9 ,   No .   2 A p r il 2 0 1 9   :   1 0 7 8   -   1089   1086       Fig u r e   4 A p p r o x i m a tio n   er r o r : L i n ea r izatio n   er r o r - r ed   lin e,   ap p r o x im a tio n   er r o r   b y   R I -   b lu lin e           Fig u r e   5 .   T h p o s itio n   o f   th p en d u l u m : N o n li n ea r   m o d el  r e d - lin e,   li n ea r izatio n   m o d el -   b l u lin e,   ap p r o x i m atio n   m o d el  b y   R I   g r ee n   li n e           Fig u r e   6 .   T h er r o r   o f   m o d els:   lin ea r izatio n   m o d el    r ed   lin e,   ap p r o x i m at io n   m o d el  b y   R I   b lu lin e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       Usi n g   r ea l in terp o la tio n   meth o d   fo r   a d a p tive  id en t ifica tio n   o f n o n lin e a r   in ve r ted …  ( P h u   Tr a n   Tin )   1087       Fig u r e   7 .   T h an g le   o f   t h p en d u lu m n o n li n ea r   m o d el    b lu d o t lin e,   lin ea r   m o d el    v io le t d o t lin e,   ap p r o x im a tio n   b y   R I   r ed   l in e           Fig u r e   8 .   T h er r o r   o f   an g le    lin ea r   m o d el    r ed   lin e,   R I m o d el    b lu li n e       P o s itio n   o f   t h p en d u lu m   u n d er   ac tin g   b y   3   d u r i n g   1   s ec o n d   p r esen ts   i n   Fig u r 9 .   Ob v io u s l y ,   t h e   R I m o d el  h as   h i g h er   f it n e s s   t h a n   t h a n al y tical  lin ea r   m o d el  in   t h b eg in n i n g   o f   th e   s e ttli n g   t i m e   [ 0 - 1 0   s ] .   I n   th en d   o f   th s ettli n g   ti m e   th f it n ess   o f   b o th   m o d els  is   ap p r o x im a tel y   t h s a m e.   L o o ki n g   at  m o r d etails   in   th Fig u r e   1 0 ,   th f it n e s s   o f   th R I m o d el  i s   h i g h er   th a n   o f   th a n al y tical  m o d el  i n   ti m e   r an g [ 0 - 2 0   s ] .           Fig u r e   9 .   T h p o s itio n   o f   th p en d u l u m : n o n li n ea r   m o d el  r ed   lin e,   lin ea r   m o d el    b lu li n e ,   R I m o d el    g r ee n   li n e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.