I nte rna t io na l J o urna l o f   P o wer   E lect ro nics   a nd   Driv S y s t em   ( I J P E DS)   Vo l.  16 ,   No .   4 Dec em b er   20 25 ,   p p .   2 3 3 2 ~ 2 3 4 1   I SS N:  2 0 8 8 - 8 6 9 4 ,   DOI 1 0 . 1 1 5 9 1 /ijp ed s . v 16 . i 4 . p p 2 3 3 2 - 2 3 4 1           2332     J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ij p e d s . ia esco r e. co m   No nlinea r e x citati o n contro l of mu l tima chine sy stem s v ia  t he  inv a ria nt - set d esi g n       H is ha m   M .   So lim a n 1 ,   E ha H .   E .   B a y o um i 2 ,   F a r a g   A li   El - Sh eik hi 3 ,   F a wza n Sa lem 4   1 D e p a r t me n t   o f   El e c t r i c a l   P o w e r   En g i n e e r i n g ,   F a c u l t y   o f   E n g i n e e r i n g ,   C a i r o   U n i v e r si t y ,   C a i r o ,   E g y p t   2 D e p a r t me n t   o f   M e c h a n i c a l   E n g i n e e r i n g ,   F a c u l t y   o f   E n g i n e e r i n g ,   T h e   B r i t i s h   U n i v e r si t y   i n   Eg y p t ,   El   S h e r o u k ,   Eg y p t   3 D e p a r t m e n t   o f   E l e c t r i c a l   a n d   E l e c t r o n i c s   E n g i n e e r i n g ,   F a c u l t y   o f   E n g i n e e r i n g   a n d   A r c h i t e c t u r e ,   I s t a n b u l   E s e n y u r t   U n i v e r s i t y ,   I s t a n b u l ,   T u r k e y   4 D e p a r t me n t   o f   P o w e r   El e c t r o n i c s a n d   E n e r g y   C o n v e r si o n ,   E l e c t r o n i c R e s e a r c h   I n st i t u t e ,   C a i r o ,   E g y p t       Art icle  I nfo     AB S T RAC T     A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Ap r   2 2 ,   2 0 2 5   R ev is ed   J u l 2 8 ,   2 0 2 5   Acc ep ted   Sep   2 ,   2 0 2 5       P o we g rid a re   in h e re n tl y   v u l n e ra b le  to   m a n y   u n c e rtain ti e s .   All  p o we r   n e two rk a re   p r o n e   to   i n sta b il it y   b e c a u se   o th e   u n c e rtain t ies   in h e r e n in   th e   o p e ra ti o n   o p o we sy ste m s.  Ro t o r - a n g le  in sta b i li ty   is  a   c h a ll e n g in g   issu e ,   a n d   if  n o p r o p e rly   m a n a g e d ,   c o u ld   g i v e   rise   to   c a sc a d in g   fa il u re a n d   e v e n   b lac k o u ts.  Th is   p a p e r   a d d re ss e th e   g e n e ra to e x c it a ti o n   sy st e m ’s  sta te  fe e d b a c k   slid i n g   m o d e   c o n tr o ( S M C ).   Th e   g lo b a sy ste m   is  d iv id e d   i n t o   m u lt ip le  s u b s y ste m to   a c h ie v e   d e c e n tralize d   c o n tr o l.   A   d ist u rb a n c e   is   d e fin e d   a th e   in fl u e n c e   o f   th e   sy ste m   a a   wh o le   o n   a   sp f e c ifi c   su b sy ste m .   Th e   sta te - fe e d b a c k   c o n tr o ll e is   to   b e   d e sig n e d   tak in g   in t o   a c c o u n t h e   d istu r b a n c e   a tt e n u a ti o n   lev e l ,   e n su rin g   t h e   c lo se d - l o o p   s y ste m ' a sy m p to ti c   sta b il it y .   Th e   S M d e sig n in g   a lg o rit h m   is  d e sc rib e d it   is  b a se d   o n   p re c ise ly   d e term in in g   t h e   slid in g   su rfa c e   u ti li z i n g   th e   in v a rian t - se ( e ll ip so i d )   tec h n iq u e .   Th e   c o n tro l   str u c tu re   e n su re th a m ism a tch e d   d istu r b a n c e in   p o we sy ste m h a v e   li tt le  imp a c o n   th e   s y ste m   traje c to ry   in   t h e   slid i n g   m o d e .   M o re o v e r,   t h e   p r o p o se d   c o n tro ll e rs  a re   re p re se n ted   i n   t h is p a p e u si n g   li n e a m a tri x   i n e q u a li t ies   (LM Is)  a n d   t h e   Ly a p u n o v   th e o ry   a p p ro a c h .   F in a ll y ,   a   m u lt i - m a c h in e   m o d e i imp lem e n ted   to   d e m o n stra te  t h e   su c c e ss   o t h e   su g g e ste d   a p p ro a c h ,   a n d   a   c o m p a riso n   b e twe e n   t h e   p r o p o se d   S M C   a n d   t h e   c o n v e n ti o n a o n e   d e m o n s trate s it s su p e rio r it y .   K ey w o r d s :   E x citatio n   co n tr o l   I n v ar ian t e llip s o id   tec h n iq u e   L in ea r   m atr ix   in eq u ality   Op tim izatio n   Sli d in g   m o d c o n tr o l   Un m atch ed   u n ce r tain ties   T h is i a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Fawza n   Salem   Dep ar tm en t o f   Po wer   E lectr o n ics an d   E n er g y   C o n v e r s io n ,   E l ec tr o n ics R esear ch   I n s titu te    C air o ,   E g y p t   E m ail: f awz an @ er i.sci.e g       1.   I NT RO D UCT I O   -   r ev iew  o f   ass o ciate d   wo r k s   E n s u r in g   th e   s ec u r ity   an d   r eli ab ilit y   o f   in ter c o n n ec ted   p o w er   n etwo r k s   is   o n o f   th e   m o s d if f icu lt  ch allen g es  [ 1 ] .   T h r ee   ty p es  o f   in s tab ilit y   m ig h ar is d u r in g   th f u n ctio n in g   o f   p o wer   s y s tem r o to r - an g l e   in s tab ilit y ,   v o ltag in s tab ilit y ,   an d   in s tab ilit y   in   f r eq u e n cy   [ 1 ] .   L o a d   f r eq u en cy   co n tr o l   with   p r ac tical   r estrictio n s   o n   g en e r atio n   r ate  an d   m a g n itu d e   is   illu s tr ated   [ 2 ] .   I n s tab ilit y   in   r o to r   an g le  h ap p e n s   if   th e   d is cr ep an cy   in   r o to r   an g le  a m o n g   s ep ar ated   g en e r atin g   u n its   in   a   s y s tem   s u r p ass es  an   ac ce p tab le   lim it   b ec au s o f   u n wan ted   tr an s ien ev en ts   ( u n ce r tain ties ) .   T h is   co u ld   r esu lt  in   in cr ea s in g   p o wer   o s cillatio n s   an d   ev en tu ally   ca u s th s y s tem 's  en tire   co llap s [ 3 ] .   R o to r   an g le  s tab ilit y   m u s b en s u r ed   to   m ain tain   th e   s y n ch r o n is m   o f   s y n c h r o n o u s   g en er ato r s .   T h lo ca l - m ac h in o s cillatio n   is   th m o s t   co m m o n   am o n g   all  ty p es  o f   p o wer   s y s tem   o s cillatio n s .   T h ese  o s cillatio n s   o cc u r   if   o n o r   m o r g en e r ato r s   s win g   ag ain s th wh o le  p o wer   g r id   ( 0 . 7 - 3   Hz) .   An o th er   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t     I SS N:   2088 - 8 6 9 4       N o n lin ea r   ex cita tio n   co n tr o l o f m u ltima ch in s ystems   via   th in va r ia n t - s et  d esig n   ( His h a M.  S o lima n )   2333   ty p o f   p o wer   s y s tem   o s cillati o n   is   ca lled   an   i n ter - ar ea   o s cillatio n .   T h is   o s cillatio n   o cc u r s   wh en   o n e   g r o u p   o f   s y n ch r o n o u s   g en e r ato r s   in   ce r tain   p o wer   z o n s win g s   ag ain s t   an o th er   g r o u p   o f   g e n er a to r s   in   d if f er en t   zo n ( 0 . 1 - 0 . 7   Hz)   [ 1 ] [ 3 ] .   T h d is tu r b an ce   will  ca u s o s cillatio n s ,   wh ich   co u ld   h a v s ig n if ican ef f ec o n   th s tab ilit y   o f   a   p o wer   s y s tem ,   co n ce r n in g   s m all   an d   lar g e   s ig n al  ( p er tu r b at io n )   s tab ilit y .   Sy n ch r o n o u s   g en er ato r s   h av e   an   au to m atic  v o ltag r eg u lato r   ( AVR)  th at  ad ju s ts   th g en er ato r ' s   ter m in al  v o ltag [ 1 ] ,   [ 3 ] .   T h e x citatio n   ch an n el  lo o p   h ig h   g ain   en h an ce s   th s tead y   s tate  er r o r ,   alth o u g h   it  co u l d   in tr o d u ce   in s tab ilit y .   Sy s tem   o s cillatio n s   ca n   b e   d am p ed   if   th AVR  is   p r o p er ly   ad ju s ted .   Fo r   s y s tem   o s cillatio n s   r ed u c tio n ,   th e   ex citatio n   ch an n el  c o u ld   b e   s u p p lem e n ted   with   a n o th er   s tab ilizin g   s i g n al,   th r o u g h   p o wer   s y s tem   s tab ilizer   PS [ 1 ] [ 3 ] .   Nu m er o u s   r esear ch   ac tiv ities   h av b ee n   co n d u cted   to   d eter m in th ex ten to   wh ich   th PS an d   AV R   ca n   co n tr ib u te  s ig n if ican tly   t o   p o wer   s y s tem   s tab ilit y .   T h PS an d   AVR  es s en tially   co m p ete  with   o n e   an o th er .   T h f ast r esp o n s an d   h ig h   g ain   o f   th AVR  r ed u ce   o s cillatio n   s tab ilit y   o f   p o wer   s y s tem   an d ,   at  th s am tim e ,   in cr ea s e   tr an s ien s tab ilit y ,   an d   v ice  v er s a.   I n   c o n tr ast,  th PS d im in is h es  tr an s ien s tab ilit y   b y   o v er r id i n g   th v o ltag s ig n al  to   th ex citer   wh ile  im p r o v in g   o s cillatio n   s tab ilit y   [ 4 ] .   AV R   an d   PS S   d esig n s   ( b o th   d y n am ically   lin k ed )   ca n ,   h o wev er ,   b c o u p led   to   d eli v er   m ax im u m   p o wer   s tab ilit y   f o r   o s cillatio n   an d   tr an s ien t stab ilit y   s tu d ies [ 4 ] .     Sy s tem   u n ce r tain ty   m ig h b e   eith er   s to ch asti o r   d eter m in is tic.   T h f o llo win g   ar tech n iq u es  f o r   PS S/A VR   s y s tem s   with   d eter m in is tic  u n ce r tain ty   d esig n i)   PS is   wid ely   u tili ze d   n o wad ay s .   I ts   ar ch itectu r e   co u ld   b p r o p o r tio n al - in teg r al - d er iv ativ ( PID )   [ 5 ] ,   m u l ti - b an d   [ 6 ] ,   o r   s in g le -   o r   d o u b le - s tag lead - lag   with   o n o r   two   in p u ts ii)  Am o n g   r esil ien cy   tech n iq u es  em p lo y ed   in cl u d Kh a r ito n o v   T h e o r y   [ 7 ] ,   q u alitativ e   f ee d b ac k   th eo r y   ( QFT)   [ 8 ] ,   s lid in g   m o d e   co n tr o l   ( SMC )   [ 9 ] ,   an d   H∞  f o r   d is tu r b a n c atten u atio n   [ 1 0 ]   iii)  PS with   ad ap tiv ca p ab ilit ies  [ 1 1 ] an d   iv )   I n tellig en t - b ased   PS em p lo y s   v a r iety   o f   e v o lu tio n a r y   tech n iq u es,  in clu d i n g   p a r ticle  s war m   o p tim izatio n   ( PS O) ,   tab u   s ea r ch ,   g e n etic  alg o r ith m   ( GA) ,   s im u lated   an n ea lin g   [ 1 2 ] ,   n eu r al  n etwo r k s   [ 1 3 ] ,   f u zz y   lo g ic  [ 1 4 ] ,   an d   ad ap tiv f u zz y   SMC   [ 1 5 ] .   Am o n g   th v ar io u s   s tr ateg ies  m en tio n ed   ab o v e,   SMC   is   o n e   of   th e   m o s s u cc ess f u n o n lin ea r   co n tr o l   m eth o d s   f o r   s tab ilizin g   n o n li n ea r   p o wer   s y s tem s   b ec au s o f   its   ex ce p tio n al   r esis tan ce   t o   u n ce r tain ty .   T h e   p r ec ed in g   p ar ag r ap h   co n ce r n s   p o wer   s y s tem s   with   d eter m in is tic   u n ce r tain ties .   I n   wh at  f o llo ws,  we  s h all  p r esen th r esear ch   ef f o r ts   in   s tab ilizatio n   o f   p o wer   s y s tem s   s u b ject  to   s to ch asti ( o r   p r o b ab ilis tic)   u n ce r tain ties .   B ec au s o f   th e   ex ter n al  s to ch asti d is tu r b a n ce ,   ab r u p an d   s h a r p   s lo p e   ch an g es,  o r d in ar y   d if f er en tial  eq u atio n s   ( ODE s )   ca n n o b u s ed   to   m o d el   p o wer   s y s tem   s to ch asti s tab ilit y .   Sto ch asti d if f er en tial  eq u atio n s   ar u s ed   to   r ep r esen s y s tem   d y n a m ics  in   th p r esen ce   o f   r an d o m   s win g s .   T h er h as  b ee n   litt le  r esear ch   ac tiv ity   s tu d y in g   s to ch asti s tab ilit y   in   p o wer   s y s tem s   [ 1 6 ] ,   [ 1 7 ] .   T h f o llo win g   ar e   ex am p les o f   s to ch asti d is tu r b an ce s   o cc u r r in g   in   p o wer   s y s tem :     a)   L ig h tn in g   s tr ik es  h itti n g   tr an s m is s io n   lin ca n   ca u s r an d o m   to p o lo g ical  ch an g es  in   th s y s tem   ( lead in g   to   th o p e n in g   a n d   clo s in g   o f   cir cu it b r ea k er s   in   p o wer   s y s te m s ) .   b)   R an d o m   win d   s p ee d   f lu ctu at io n s   af f ec lin r ea ctan ce ,   as   it  is   b ased   o n   p h ase  co n d u cto r   s p ac in g   is   m o d elled   as a   s to ch asti ex ter n al  d is tu r b an ce .   c T h lin r esis tan ce   is   f u n c tio n   o f   e n v ir o n m en tal  tem p e r a tu r ch an g es/flu ctu atio n s .   Ma r k o v   ju m p   ca n   b u s ed   to   s im u late  s u ch   s to ch asti d is t u r b an ce s   an d   r a n d o m   to p o lo g ical  ch an g es.   T h o b s er v er - b ased   o r   s tate  ex cita tio n   f ee d b ac k   c o n tr o l   u tili zin g   an   i n v ar ian t   ellip s o id   ap p r o ac h   is   d escr ib ed   in   [ 1 8 ] [ 1 9 ] .   Po zn y ak   et  a l.   [ 2 0 ]   in v esti g ate   p o wer   s y s tem s '   s to ch asti s tab ilit y   with   tim d elay .     Po wer   n etwo r k s   ca n   b s tab ili ze d   b y   ce n tr alize d   o r   d ec e n tr a lized   co n tr o l.  Alth o u g h   r eg u la tin g   lar g e   p o wer   n etwo r k s   with   s in g le  h u b   co m p u ter   ( ce n tr alize d   co n tr o l)   g iv es  g o o d   co n tr o g r ip ,   th f o llo win g   lim itatio n s   ap p ly i)   I n   ca s th h u b   f ails ,   th er will  b a   co m p lete  lo s s   o f   co n tr o l ii)  T r an s m itti n g   th s tates   to   th h u b   r e q u ir es  a   co s tly   co m m u n icatio n   n etwo r k iii)   Data   p ac k et  l o s s   an d   tim e   d e lay s   im p air   s y s tem   p er f o r m an ce   a n d   m ig h lea d   to   in s tab ilit y :   an d   iv )   T o   a d d r ess   th ese  r estrictio n s ,   th is   s tu d y   p r o p o s es  th f o llo win g   tak in g   in to   ac c o u n t   th ch allen g es  en co u n ter e d   wh en   im p lem e n tin g   d ec e n tr aliz ed   s tab ilizatio n   in   a   p o wer   s y s tem   with   m u ltip le  m ac h in es.   -   C o n tr ib u tio n s   i)   C o n tr o d ec e n tr aliza tio n   is   a cc o m p lis h ed   b y   s eg m en tin g   th m u lti - m ac h in s y s tem   i n to   s m aller   s u b s y s tem s .   co n tr o ller   th at   o n ly   m ak es  u s o f   th e   lo ca s t ates  is   in clu d ed   with   e v er y   m a ch in e.   T h r est o f   th s y s tem s   ef f ec t is   s ee n   b y   s p ec if ic  m ac h in as a n   ex o g en o u s   d is tu r b an ce   th at  n ee d s   to   b less en ed .   ii)   Fo r   ex citatio n   co n t r o o f   t h p o wer   s y s tem ,   th SMC   d esig n   f o llo ws  th p r o ce d u r o u tlin e d   in   [ 9 ] .   I is   b ased   o n   em p l o y in g   th in v ar ian t e llip s o id   ap p r o ac h   t o   ac cu r ately   s elec t   th s lid in g   s u r f ac e.     iii)   Me th o d o lo g y   in   [ 9 ]   is   ex te n d e d ,   in   th is   p ap e r ,   to   tac k le  th c o n tr o l d ec e n tr aliza tio n .   iv )   T h p r o p o s ed   SMC   g u ar an t ee s   m in im izin g   th im p ac o f   u n m atch ed   d is tu r b an ce s   o n   s y s tem   p er f o r m an ce .   T h is   is   u n lik tr ad itio n al  SMC s ,   wh ich   ca n n o t   d ea l   with   u n m atc h ed   d is tu r b a n ce s .   v)   s tr aig h tf o r war d   d esig n   p r o c ed u r th at   r eq u ir es n o   co s tly   c o m p u tatio n al  m eth o d s .   v i)   L y ap u n o v   f u n ctio n s   ar u s ed   t o   ass u r clo s ed - lo o p   s tab ilit y .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 6 9 4   I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t Vo l.  16 ,   No .   4 Dec em b er   20 25 :   2332 - 2 3 4 1   2334   v ii)   T h p r o p o s ed   c o n tr o ller   is   test ed   u s in g   m u lti - m ac h in s y s tem .   T h s im u latio n   s tu d ies  co n d u cte d   o n   th at  s y s tem   co n f ir m   th t h e o r etica l w o r k   p r esen ted   in   t h is   p ap er .     -   No tatio n s   T h is   wo r k   u tili ze d   th co n v en tio n al  n o tatio n   as  f o llo ws:   ( . ) ′  r ep r esen ts   m atr ix   o r   v ec to r   tr an s p o s e Def in ite   p o s itiv e   an d   n eg ativ e   s y m m etr ic  m a tr ices   ar s y m b o lized   b y   >   0   an d   <   0 ,   r esp ec tiv ely .   ( +M ' +N ' )   n o tatio n   is   r ep r esen ted   b y   ( N+   ) .   s y m b o ( * )   in   an y   m atr ix   m ea n s   th e   s y m m etr ic  p ar t;  f o r   ex am p l e   [ M N Z ]   in dic a te s [ M N N′ Z ]   .   I   a n d   0   s y m b o ls   s tan d   f o r   id en tity   an d   ze r o   m atr ices ,   r esp ec tiv ely   is   th e   x   tim d er iv ativ e.   T h p ap e r   is   o r g an ized   as  f o llo ws:   i)   Sectio n   1   d is cu s s es  p r ev io u s   s tu d ies  o n   p o w er   s y s tem   s tab ilizatio n ii)   Sectio n   2   p r e s en ts   m u lti - m ac h in s y s tem   m o d ellin g   a n d   p r o b lem   d escr ip tio n iii)   Sectio n   3   d em o n s tr ates  th in v ar ian t   ellip s o id   m eth o d   f o r   s tate  f ee d b a ck   s lid in g   m o d e   co n tr o d esig n iv )   T h r esu lts   o f   b en ch m a r k   ex a m p le  s im u latio n   ar d etailed   in   s ec tio n   4 ; a n d   v )   C o n clu s io n s   ar s u m m ar i ze d   in   s ec tio n   5 .       2.   M UL T I - M ACH I NE   M O DE L I NG   AND  P RO B L E M   ST AT E M E NT   C o n s id er   th f o llo win g   p o wer   s y s tem ,   wh ich   co n s is ts   o f   N+ 1   m ac h in es.  T h m ac h in n u m b er   N+ 1   is   u s ed   as a   r ef er en ce .   t h ir d - o r d er   d y n a m ic  m o d el  is   u s ed   t o   r ep r esen t e ac h   m ac h in e   [ 1 ] :     δ i ̇   = w 0 w i   , w i = ( w i w 0 )   w i ̇ = 1 2 H i ( P mi P ei )     E ̇ qi = 1 T d0 ( E fi E qi )   ( 1 )     wh er e     E qi = E qi + ( x di x di ) I di   E fi = u i   P ei = E qi n j = 1 E qj B ij s in   ( δ i δ j )   Q ei = E qi n j = 1 E qj B ij cos ( δ i δ j )   I di = E qj B ij cos ( δ i δ j ) n j = 1   I qi = E qj B ij s in ( δ i δ j ) n j = 1   E qi = V ti + Q ei x di V ti   ( 2 )     T h m u lti - m ac h in p o wer   s y s tem   m o d el  n o tatio n s   ar p r o v id e d   in   th ab o v lis o f   s y m b o ls Ass u m th at  m ac h in #   is   wo r k in g   at  an   o p er atin g   p o in δ i0 , w i0 , P ei 0 .   Ass u m P mi = c on s ta n t ,     δ i = δ i δ i0   a n d   w i = w i w i0 .   T h d y n am ics  o f   th e   r est  o f   th m ac h in es  f o r   s m all  o s cillatio n s   ar o u n d   th e   o p er atin g   p o in t c a n   b r ep r ese n ted   b y   th lin ea r ized   s tate  eq u atio n .     x ̇ ̂ = A ̂ x ̂ + B ̂ u ̂   ( 3 )     T h s elec ted   test   s y s tem   is   th e   th r ee - m ac h i n p o wer   s y s tem   [ 1 ]   s h o wn   in   Fig u r 1 .     E ac h   m ac h in e' s   s tate  v ec to r   ( x )   an d   co n tr o i n p u ( u )   a r e   [ δ w E q ] ,   an d   E f   r e s pe c tive l y .   Usi n g   m ac h in #   3   as  r ef er e n ce   f o r   th b e n ch m a r k   s y s tem   N+ 1 =3 ,   th d y n am ics  o f   th o th er   two   m ac h in es,   th ( 3 )   b ec o m es  x ̂ = [ x 1 x 2 ]   s imil a r l y   for   u ̂ = [ u 1 u 2 ] .           The   m atr ices  A ̂ = [ A 1 A 12 A 21 A 2 ]   , B ̂ = b l oc k   dia g   [ B 1 B 2 ] .     T h ab o v m at r ices'   n u m er ical  v alu es  ar p r o v id e d   in   th A p p en d i x .   Sy s tem   ( 3 )   is   d iv id e d   in to   th r ee   s u b s y s tem s   to   ac h iev co n tr o d ec en tr aliza tio n ,   with   th e   d y n am ics f o r   ea ch   m ac h in b ein g :     x ̇ = Ax + Bu + Dw , x ( 0 ) = x 0 , w = x ̂ ,     ( 4 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t     I SS N:   2088 - 8 6 9 4       N o n lin ea r   ex cita tio n   co n tr o l o f m u ltima ch in s ystems   via   th in va r ia n t - s et  d esig n   ( His h a M.  S o lima n )   2335   I is   im p o r ta n to   n o te   th at  th in f lu e n ce   o f   th e   r est  o n   s p ec if ic  s u b s y s tem   is   tr e ated   as  an   ex ter n al   d is tu r b an ce .   I ts   im p ac s h o u l d   b less en ed .   R eg ar d in g   a n y   g en er ato r   i,  wh e r e   i=1 , 2 , …N,   an d   N= 2   f o r   o u r   s y s tem .     A = A i , B = B i , D = D i = [ A i1 A i2 0 ii . A iN ] , w = x ̂     Fo r   ev er y   g en er ato r ,   x ( t)   is   th s tate  o f   n   d im en s io n s ,   u ( t )   r ep r esen ts   th co n tr o in p u o f   d im en s io n   m ,   an d   w( t )   d en o tes  th ex ter n al  d is tu r b an ce   o f   d i m en s io n   k   ( k =n . N) .   T h e   ( A,   B )   p air   is   co n tr o llab le.   T h e   ex ter n al  d is tu r b a n ce   is   n o t k n o wn   b u t b o u n d   as :       w   Q w   w w 0 + x′ Q x x   ( 5 )     Q w , Q x ,   th p o s itiv d ef in ite  m atr ices,  as we ll a s   th p o s itiv s ca lar   w 0   ar g iv en .   Po wer   s y s tem s   ex ter n al   d is tu r b an ce   is   m is m atch ed   as   th D   m atr ix   is   n o t   in   th e   r an g o f   m atr ix   B ,   wh ich   m ea n s   th at     B Φ ,   wh er e   Φ  =   an y   m atr ix .   E ac h   m ac h in e’ s   d ec e n tr alize d   s tate  f ee d b ac k   c o n tr o l   u tili ze s   its   o wn   lo ca l states   i s :     u = Kx     ( 6 )     I n   o r d e r   to   m ain tain   th s tab ilit y   o f   th b en ch m a r k   s y s tem   wh ile  ad h er in g   to   co n s tr ain ( 5 ) ,   th e   co n tr o ller   g ain   s h o u l d   b ac co r d in g l y   d esig n ed .   Fo r   th co n tr o ller   ( 6 ) ,   th SMC   is   s elec ted   d u to   its   r em ar k ab le  r esil ien ce   to   th s y s tem ’s   u n ce r tain ties .           Fig u r 1 .   Mu lti - m ac h in e   6 - b u s   test   p o wer   s y s tem       3.   T H E   I N VARI ANT  E L L I P S O I AP P RO ACH   I S M C   T h in v ar ian ellip s o id   a p p r o ac h   is   n ew  an d   e f f ec tiv e   co n tr o m ec h an is m   [ 9 ] .   T h ap p r o ac h   s tab ilizes  lin ea r   an d   n o n lin e ar   s y s tem s   ag ain s p lan u n ce r tain ty   an d   m itig ates   th i m p ac o f   ex ter n al   d is tu r b an ce s .   T h is   ap p r o ac h   h as  v ar io u s   ap p licatio n s ,   in clu d in g   m icr o g r i d   co n tr o [ 2 1 ] .   T h SMC   s tr u ctu r to   s tab ilize  d is tu r b ed   s y s tem s   is   [ 2 2 ]     u ( t ) = ( C ̃ B ) 1 C ̃ Ax ( t ) M ( x ( t ) ) . s ign [ C ̃ x ( t ) ] , M ( x ( t ) ) > 0   ( 7 )     T h m atr ix   C ̃     R r ep r esen ts   s lid in g   s u r f ac with   d et (   C ̃ B )   0 .   M( x ) ,   th e   p o s itiv co n tr o g ain   f u n ctio n ,   tak es th f o r m :     M ( x ) = ( α + x Rx ) ,   ( 8 )     T h p o s itiv d ef in ite  m atr i x   R   an d   th s ca lar   α   ar b o u n d ed   p ar am ete r s   b ec au s α α max   , R β,  α , β  ar e   s ca lar s   >   0 .   I f   th e   d is tu r b an c is   in s id th r an g e   ( B ) ,   als o   k n o wn   as  t h m atch e d   co n d itio n ,   th is   c o n tr o l   can   er ad icate   it.   T h m atch i n g   c o n d itio n   in   p o wer   s y s tem s   d o es  n o h o ld .   No te  th at  th e   p o wer   s y s tem   d y n am ics  ( 2 )   h av " u n m atch e d   d is tu r b an c es"  th at  ca n n o b s u p p r ess ed   b y   a n y   co n v en tio n al   s lid in g - m o d e   co n tr o l.   T h er ef o r e,   th e   g r ea test   o b s tac le  is   to   d e v elo p   s lid in g - m o d co n tr o w h ich   em p lo y s   t h e   in v ar ia n t - ellip s o id   tech n iq u to   m itig ate,   in   s o m e   s en s e ,   m is m atch ed   d is tu r b an c ef f ec ts   [ 9 ] .     3 . 1 .     I nv a ria nt  ellips o id t ec hn iqu [ 9 ]   Def in itio n   1 : E llip s o id   E ( P)   is   as f o llo ws:     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 6 9 4   I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t Vo l.  16 ,   No .   4 Dec em b er   20 25 :   2332 - 2 3 4 1   2336   E ( P ) = { x P 1 x < 1 } , P > 0   ( 9 )     T h is   ellip s o id ,   ce n ter ed   at  th o r ig in   with   co n f ig u r atio n   m atr ix   P,  is   s tate  in v ar ian f o r   th s y s tem   ( 4 )   co n ce r n in g   d is tu r b a n ce   ( 5 )   i f   a n y   s y s tem   s tate  tr ajec to r y   s tar tin g   in s id th ellip s o id   s tay s   in s id it f o r   all  tim e   in s tan ts   t   >   0 .   T h is   p r o p e r ty   g u ar an tees  th at  t h s y s tem ' s   s ta te  r em ain s   b o u n d   with in   s p e cif ic  r eg io n   d esp ite   th p r esen ce   o f   ex ter n al  d is tu r b an ce s .   Ho we v er ,   if   a   tr aje cto r y   b e g in s   o u ts id th e   ellip s o id   an d   b ec o m es   attr ac ted   to   it o v er   tim e,   th el lip s o id   is   also   k n o wn   as a ttra c tiv e.   T h in v ar ian ellip s o id   ca n   b e   th o u g h t   o f   as  a n   e x am p le   o f   h o m is m atch ed   p er tu r b atio n s   ( 5 )   im p ac th s y s tem   ( 4 ) .   I n   th SMC   ap p licatio n ,   th s m allest in   s e n s e,   in v ar ian ellip s o id   ( 9 )   p r o v id es  "m in im u m   d ev iatio n   o f   an y   p o s s ib le  tr ajec to r y   f r o m   th o r ig in   i n   s lid in g   m o d e" .   T h m ain   c h allen g is   to   d ev el o p   a   co n tr o co n f ig u r atio n   th at   allo ws  an y   s y s tem   ( 4 )   tr ajec t o r y   to   co n v er g in to   th b e f o r eh a n d   s p ec if ied   "m in im u m   in v ar ia n ellip s o id ".   Fo r   s u ch   o p tim izatio n   is s u es,  th ty p ical  cr iter io n   is   m i n im al  s tr ( P −1 ) .   T h m atr ix   P tr ac r ep r esen ts   th s u m   o f   th s q u ar es  o f   th ellip s o id s   s em i - ax es.   U s in g   lin ea r   m atr ix   in eq u alities   o p tim izatio n ,   th in v ar ian ellip s o id   o f   t h lin e ar   d is tu r b ed   co n tr o s y s tem   is   u tili ze d   to   d ev elo p   an   ap p r o p r iate  s lid in g   s u r f ac C ̃ x = 0   ,   [ 9 ] .       3 . 2 .     Sy s t e m   deco m po s it io n a nd   m a in re s ults   Giv en   r an k   ( B )   m ,   m atr ix   B   ca n   b d ec o m p o s ed   as f o llo ws:     B = [ B 1 B 2 ]     B 1 ,   an d   B 2   h av e   d im en s io n s   o f   ( n - m ) , m   a n d   m , m   r esp ec tiv ely   an d   d et  ( B 2 ) 0 T h n o n s in g u la r   tr an s f o r m atio n   is   p r esen t in   th i s   s itu atio n   [ 2 3 ] .     [ x 1 x 2 ] = Gx , whe r e   G = [ I n m B 1 B 2 1 0 B 2 1 ]     Sy s tem   ( 4 )   ca n   th e n   b r ed u ce d   to   th f o r m :     x ̇ 1 = A 11 x 1 + A 12 x 2 + D 1 w   x ̇ 2 = A 21 x 2 + A 22 x 2 + u + D 2 w   ( 1 0 )     wh er n - m ,   an d   m   ar th d i m en s io n s   o f   x 1 ,   x 2 ,   r esp ec tiv ely .   Ma tr ices  A1 1 . A2 2   h av p r o p er   d im en s io n s   an d   s h o u ld   n o t b co n f u s ed   with   t h o s lis ted   in   th Ap p e n d ix .   T h er ef o r e ,     [ A 11 A 12 A 21 A 22 ] = GA G 1   a n d   [ D 1 D 2 ] = GD     w h er ( n - m ) . k ,   an d   m . k   ar t h d im en s io n s   o f   D 1 ,   D 2 ,   r esp e ctiv ely .   I m u s b n o ted   th at  if   th s y s tem   ( 4 )   is   co n tr o llab le,   th e n   {A 11 , A 12 i s   co n tr o llab le  as we ll [ 2 3 ] .   T h f o llo win g   th e o r em   is   d e r iv ed   in   [ 9 ] .   T h eo r em :   th e   s o lu tio n   ( α , τ , δ , L , Y , Z , Z )   o f   th m in im izatio n   p r o b lem       min i mize   tr a c e ( Z )     Su b ject  to   th f o llo win g   in eq u ality   co n s tr ain ts :     [ β 2 I n R I n ] 0 , R α w 0 Q x ,     0 < α α m ax ,   [         ( A 11 X A 12 Y + ) + τ X D 1 τ w 0 Q w [ X Y ] 0 w 0 τ Q x 1 ]         < 0 ,   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t     I SS N:   2088 - 8 6 9 4       N o n lin ea r   ex cita tio n   co n tr o l o f m u ltima ch in s ystems   via   th in va r ia n t - s et  d esig n   ( His h a M.  S o lima n )   2337   [ X [ X Y ] GZG′ ] 0 ,       [ α w 0 Q w GD [ δ X 0 L ] ] > 0 ,     [ 1 δ X Y I m L ] 0     g iv es  th m in i m al  in v a r ian e llip s o id   o f   t h s y s tem   ( 4 ) .   Fu r th er m o r e ,   th e   SMC   as  p r o v i d ed   b y   ( 7 )   a n d   ( 8 ) ,   with   th s lid in g   s u r f ac e ,   is   C ̃ = ( Y X 1 , I m ) G .   Usi n g   an y   g r a d ien t - f r ee   a p p r o ac h   s u c h   as  p ar ticle  s war m   o p tim izatio n   tech n i q u e,   th e   af o r em en tio n e d   m in im izatio n   p r o b lem   ca n   b h a n d led .   Pr o o f s ee   [ 9 ] .   So lv in g   th e   af o r em en tio n ed   th eo r e m   u n d er   ass u m p tio n s   ( α m ax = 100 , β m ax = 7 , Q w0 = I , Q x = I , w 0 = 0 . 1 )   y ield s   d ec en tr alize d   ex ci tatio n   co n tr o s y s tem .   T h is   s y s tem   is   d esig n ed   u s in g   th e   s lid in g   s u r f ac es  p r esen ted   in   T ab le  1 ,   an d   th e   s ca lar   s lid in g   m o d co n tr o ller ,   u ( t) ,   f o r   ea ch   m ac h in tak es  th f o r m   s p ec if ied   in   ( 7 ) .   T h p ar am ete r s ,   in clu d in g   th c o n s tan ts   α ,   R   an d   th Sli d in g   s u r f ac C ̃ ,   ar c o m p r eh e n s iv ely   illu s tr ated   in   T ab le  1   to   p r o v id all  n ec ess ar y   im p lem en tatio n   d etails.       T ab le  1 .   Pro p o s ed   SMC     M a c h i n e   #   α   R   S l i d i n g   S u r f a c e   C ̃   1   0 . 6 9 8 4 5   [ 6 . 9 9 2 2 ,   1 . 5 2 8 1 e - 1 4 ,   - 6 . 1 3 9 8 e - 1 4 ;   1 . 5 2 8 1 e - 1 4 ,   6 . 9 9 2 2 ,   - 2 . 1 0 9 7 e - 13;   - 6 . 1 3 9 8 e - 1 4 ,   - 2 . 1 0 9 7 e - 13 ,   6 . 9 9 2 2 ]   [ - 2 . 5 3 9 ,   - 1 9 6 . 6 4 ,   5 . 8 0 0 5 ]   2   0 . 6 9 9 3 6   [ 6 . 9 9 6 8 ,   - 1 . 5 5 7 2 e - 1 4 ,   2 . 6 9 8 3 e - 1 4 ;     - 1 . 5 5 7 2 e - 1 4 ,   6 . 9 9 6 8 ,   1 . 4 5 9 4 e - 1 4 ;     2 . 6 9 8 3 e - 1 4 ,   1 . 4 5 9 4 e - 1 4 ,   6 . 9 9 6 8 ]   [ - 2 . 4 7 5 7 ,   - 2 7 0 . 3 3 ,   5 . 9 9 8 8 ]       4.   SI M UL A T I O V E R I F I CA T I O N   T h s im u latio n   f in d in g s   d e m o n s tr ate  th p r o p o s ed   ap p r o ac h ' s   r o b u s tn ess   an d   p er f o r m an ce   in   co m p ar is o n   with   class ical  s lid in g   m o d ex citatio n   co n t r o l.  Simu latio n   r esu lts   wer im p lem en ted   u s in g   MA T L AB   L MI   T o o lb o x   [ 2 4 ] ,   Yalm ip   I n ter f ac [ 2 5 ] ,   a n d   S ed u m So lv er s   [ 2 6 ] .   T h Od e 2 3   s o lv er   was  u s ed   b y   to ler a n ce   o f   1 0 3 .   T o   elim in ate  th ch atter in g   p r o b lem ,   th s ig n   f u n ctio n   i n   ( 7 )   is   r ep lace d   b y   s atu r atio n   f u n ctio n   [ 2 3 ] .     4 . 1 .   T he  m ulti - ma chine  t est  po wer   s y s t em   s im ula t io n   th r ee - p h ase  f au lt  is   ap p lie d   at  Gen er ato r   1   t o   co n f ir m   s ta b ilit y   en h an ce m en d u to   th e   p r o p o s ed   s tab ilizer .   T h is   lead s   to   r o to r   a n g le  d ev iatio n   x 0   =   [ 0 . 3   , 0 , 0 , 0 . 1 , 0 , 0 ] .   T h r ee   d if f er en t o p e r atin g   s ce n ar i o s   wer in v esti g ated n o m i n al,   lig h t,   a n d   h ea v y   lo ad s .   Af ter   clea r in g   th f au lt.  T h co n tr o ller   s u p p o r ts   th s y s tem   in   q u ick ly   r ec o v e r in g   to   a   s tead y   o p er atio n al  c o n d itio n .   Fig u r e   2   illu s tr ates  th at,   r eg ar d in g   th d am p in g   ef f ec an d   s ettlin g   tim at  n o m in al  l o ad ,   th e   s u g g ested   tech n iq u e   o u tp er f o r m s   th t r ad itio n al  S MC.  Mo r eo v er ,   wh en   co m p ar ed   t o   th s tan d ar d   SMC ,   th s u g g ested   SMC   g e n er ates  o s cillatio n s   with   s m a ller   m ag n itu d es  an d   f r eq u e n cies.  As a  r esu lt,  th g en er ato r   r o to r ' s   u s ef u l lif is   ex ten d ed   a n d   f atig u is   r ed u ce d .                       Fig u r 2 .   R o to r - an g le  v ar iatio n s   an d   co n tr o l - in p u t u n d er   n o m in al  lo ad   co n d itio n ( a)   d elta   1   ( r ad ) ,     ( b )   co n tr o l sig n al  1   ( u 1 ( t) ) ,   ( c)   d elta  2   ( r a d ) ,   a n d   ( d )   co n tr o l s ig n al  2   ( u 2 ( t) )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 6 9 4   I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t Vo l.  16 ,   No .   4 Dec em b er   20 25 :   2332 - 2 3 4 1   2338   4 . 2 .   Ro bu s t nes s   a s s e s s m ent   T h p r o p o s ed   s tab ilizer ' s   r esi lien cy   is   f u r t h er   ev al u ated   b y   test in g   th p o wer   s y s tem   u n d er   b o th   h ea v y   an d   lig h lo ad   co n d iti o n s ,   as  s h o wn   in   Fig u r es  3   an d   4 .   T h ese  test s   ar cr u cial  f o r   ass ess in g   th co n tr o ller ' s   r o b u s tn ess   ac r o s s   wid r an g o f   o p er atio n al   s ce n ar io s .   T h e   r esu lts   co n s is ten tly   d em o n s tr ate  th at   th p r o p o s ed   co n tr o ller   o u tp er f o r m s   its   tr ad itio n al  co u n ter p a r t in   th m u lti - m ac h in p o wer   s y s tem .           ( a)   ( b )       ( c)   ( d )     Fig u r 3 .   R o to r - an g le  v ar iatio n s   an d   co n tr o l - in p u t u n d er   h ig h   lo ad   c o n d itio n ( a)   d elta  1   ( r ad ) ,     ( b )   co n tr o l sig n al  1   ( u 1 ( t) ) ,   ( c)   d elta  2   ( r a d ) ,   a n d   ( d )   co n tr o l s ig n al  2   ( u 2 ( t) )           ( a)   ( b )       ( c)   ( d )     Fig u r 4 .   R o to r - an g le  v ar iatio n s   an d   co n tr o l in p u t   u n d er   lig h t lo ad   co n d itio n s : ( a)   d elta  1   ( r ad ) ,     ( b )   co n tr o l sig n al  1   ( u 1 ( t) ) ,   ( c)   d elta  2   ( r a d ) ,   a n d   ( d )   co n tr o l s ig n al  2   ( u 2 ( t) )       I n   th is   s tu d y ,   we  em p lo y   d iv er s r an g o f   o p er atin g   p o in ts   to   illu s tr ate  th ef f icie n cy   o f   th e   p r o p o s ed   co n tr o f o r   o s cillatio n   d am p in g   f o llo win g   a   lar g d is tu r b an ce   o n   p o wer   s y s tem .   T h is   co m p r eh e n s iv ap p r o ac h   e n s u r es  th at  th co n tr o ller ' s   p er f o r m an ce   is   r o b u s tly   ev al u ated   u n d er   v a r io u s   r ea l - wo r ld   co n d itio n s .   T h r esu lts   co n s is ten tly   s h o th at  th p r o p o s ed   co n tr o ller   p r o v id es  e n h an ce d   tr a n s ien r esp o n s iv en ess   an d   g r ea ter   r o b u s tn ess   co m p ar ed   to   co n v en t io n al  SMC .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t     I SS N:   2088 - 8 6 9 4       N o n lin ea r   ex cita tio n   co n tr o l o f m u ltima ch in s ystems   via   th in va r ia n t - s et  d esig n   ( His h a M.  S o lima n )   2339   5.   CO NCLU SI O N   T h is   p ap er   in tr o d u ce s   n e tech n iq u e   f o r   p o wer   s y s tem   d ec en tr alize d   ex citatio n   co n tr o l.  Dec en tr aliza tio n   o f   ex citatio n   co n tr o is   p er f o r m e d   b y   d iv i d in g   th e   en tire   s y s tem   in to   s m aller   s y s tem s   an d   p lacin g   co n tr o ller   on   ea ch   g en er ato r   t h at  u tili ze s   its   lo c al  s tates.  T h r est  o f   th s y s tem s   im p ac o n   a   s p ec if ic  g en er ato r   is   r eg ar d ed   as  ex ter n al  d is tu r b an ce s   th at   s h o u ld   b m itig ated .   T o   r ed u ce   th m is m atch ed   ex ter n al  d is tu r b an ce s ,   th p r o p o s ed   d esig n   is   b ased   o n   SMC   an d   em p lo y s   th in v ar ian ellip s o id   tech n iq u e.   Simu latio n s   o f   m u lti - m ac h in test   s y s tem   illu s tr ate   th ef f icac y   o f   th p r o p o s ed   co n tr o m eth o d .   Var io u s   lo ad in g   s ce n ar io s   ar u s ed   to   ass ess   th p r o p o s ed   d ec en t r alize d   ex citatio n   SMC   ef f icien cy .   T h is   clea r ly   in d icate s   th s u p er io r   p er f o r m an ce   o f   th e   p r o p o s ed   tech n iq u o v er   c o n v e n tio n al  SMC .       F UNDING   I NF O R M A T I O N   Au th o r s   s tate  th at  th er is   n o   f u n d in g   in v o l v ed .       AUTHO CO NT RI B UT I O NS ST A T E M E N T   T h is   jo u r n al   u s es  th C o n t r ib u to r   R o les  T a x o n o m y   ( C R ed iT)   to   r ec o g n ize   in d iv i d u al  au th o r   co n tr ib u tio n s ,   r ed u ce   au th o r s h ip   d is p u tes,  an d   f ac ilit ate  co llab o r atio n .       Na m o f   Aut ho r   C   M   So   Va   Fo   I   R   D   O   E   Vi   Su   P   Fu   His h am   M.   So lim an                               E h ab   H.   E .   B ay o u m i                               Far ag   Ali  El - Sh eik h i                                 Fawza n   Salem                                 C     C o n c e p t u a l i z a t i o n   M     M e t h o d o l o g y   So     So f t w a r e   Va     Va l i d a t i o n   Fo     Fo r mal   a n a l y s i s   I     I n v e s t i g a t i o n   R     R e so u r c e s   D   :   D a t a   C u r a t i o n   O   :   W r i t i n g   -   O r i g i n a l   D r a f t   E   :   W r i t i n g   -   R e v i e w   &   E d i t i n g   Vi     Vi su a l i z a t i o n   Su     Su p e r v i s i o n   P     P r o j e c t   a d mi n i st r a t i o n   Fu     Fu n d i n g   a c q u i si t i o n         CO NF L I C T   O F   I N T E R E S T   ST A T E M E NT   Au th o r s   s tate  n o   co n f lict o f   in t er est an d   th p a p er   is   n o p u b li s h ed   o r   s u b m itted   an y wh e r e.       DATA  AV AI L AB I L I T Y   Data   av ailab ilit y   is   n o t a p p lica b le  to   th is   p ap er   as d ata  u s ed   o r   an aly ze d   a r g iv e n   in   th is   p a p er .       RE F E R E NC E S   [ 1 ]   H .   S a a d a t ,   Po w e r   S y st e m   A n a l y s i s ,   3 r d   e d .   P S A   P u b l i s h i n g ,   2 0 1 0 .   [ 2 ]   E.   M u d a h e r a n w a ,   H .   B .   S o n d e r ,   Y . - O .   U d o a k a h ,   L.   C i p c i g a n ,   a n d   C .   E.   U g a l d e - Lo o ,   P a r t i c i p a t i o n   o f   l o a d   a g g r e g a t o r   i n   g r i d   f r e q u e n c y   st a b i l i z a t i o n   w i t h   c o n s i d e r a t i o n   o f   r e n e w a b l e   e n e r g y   r e so u r c e i n t e g r a t i o n ,   E n e r g y   Re p o rt s ,   v o l .   9 ,   p p .   3 9 6 7 3 9 8 8 ,   D e c .   2 0 2 3 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . e g y r . 2 0 2 3 . 0 3 . 0 3 4 .   [ 3 ]   P .   W .   S a u e r ,   M .   A .   P a i ,   a n d   J .   H .   C h o w ,   P o w e s y st e m   d y n a m i c a n d   st a b i l i t y :   w i t h   s y n c h ro p h a s o m e a s u r e m e n t   a n d   p o w e r   syst e m   t o o l b o x ,   s e c o n d   e d i t i o n .   W i l e y ,   2 0 1 7 .   d o i :   1 0 . 1 0 0 2 / 9 7 8 1 1 1 9 3 5 5 7 5 5 .   [ 4 ]   G .   J.  W .   D u d g e o n ,   W .   E.   Le i t h e a d ,   A .   D y ś k o ,   J .   O R e i l l y ,   a n d   J.  R .   M c D o n a l d ,   T h e   e f f e c t i v e   r o l e   o f   a v r   a n d   p s i n   p o w e r   sy st e ms:  f r e q u e n c y   r e s p o n se  a n a l y s i s,”   I EEE  T r a n sa c t i o n o n   Po w e S y st e m s ,   v o l .   2 2 ,   n o .   4 ,   p p .   1 9 8 6 1 9 9 4 ,   2 0 0 7 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / TPW R S . 2 0 0 7 . 9 0 8 4 0 4 .   [ 5 ]   H .   B e v r a n i ,   T .   H i y a m a ,   a n d   H .   B e v r a n i ,   R o b u st   p i d   b a se d   p o w e r   sy s t e s t a b i l i s e r :   d e s i g n   a n d   r e a l - t i me  i mp l e m e n t a t i o n ,   I n t e r n a t i o n a l   J o u rn a l   o f   E l e c t ri c a l   P o w e r   a n d   En e rg y   S y st e m s ,   v o l .   3 3 ,   n o .   2 ,   p p .   1 7 9 1 8 8 ,   2 0 1 1 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . i j e p e s. 2 0 1 0 . 0 8 . 0 1 3 .   [ 6 ]   D .   U .   S a r k a r   a n d   T.   P r a k a s h ,   A   r e c e n t   r e v i e w   o n   a p p r o a c h e t o   d e s i g n   p o w e r   sy s t e s t a b i l i z e r s:   s t a t u s ,   c h a l l e n g e a n d   f u t u r e   sco p e ,   I E EE  A c c e ss ,   v o l .   1 1 ,   p p .   3 4 0 4 4 3 4 0 6 1 ,   2 0 2 3 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / A C C E S S . 2 0 2 3 . 3 2 4 4 6 8 7 .   [ 7 ]   G .   R i g a t o a n d   P .   S i a n o ,   D e si g n   o f   r o b u st   e l e c t r i c   p o w e r   sy s t e s t a b i l i z e r u si n g   k h a r i t o n o v t h e o r e m ,   Ma t h e m a t i c a n d   C o m p u t e rs   i n   S i m u l a t i o n ,   v o l .   8 2 ,   n o .   1 ,   p p .   1 8 1 1 9 1 ,   2 0 1 1 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . mat c o m . 2 0 1 0 . 0 7 . 0 0 8 .   [ 8 ]   M .   G a r c i a - S a n z   a n d   C .   H .   H o u p i s,  Wi n d   e n e r g y   syst e m s:   c o n t r o l   e n g i n e e r i n g   d e s i g n ,   1 s t   e d .   C R C   P r e ss,  2 0 1 2 .   d o i :   1 0 . 1 2 0 1 / b 1 1 6 7 3 .   [ 9 ]   A .   P o z n y a k ,   A .   P o l y a k o v ,   a n d   V .   A z h my a k o v ,   A t t r a c t i v e   e l l i p s o i d i n   ro b u s t   c o n t r o l ,   v o l .   0 .   S p r i n g e r ,   2 0 1 4 .   [ 1 0 ]   E. - K .   B o u k a a n d   F .   M .   A l - S u n n i ,   Me c h a t r o n i c   sys t e m s:   a n a l y s i s,  d e s i g n   a n d   i m p l e m e n t a t i o n .   S p r i n g e r ,   2 0 1 1 .   [ 1 1 ]   A .   Y a g h o o t i ,   M .   O l o o m i   B u y g i ,   a n d   M .   H .   M .   S h a n e c h i ,   D e si g n i n g   c o o r d i n a t e d   p o w e r   s y s t e m   st a b i l i z e r s :   a   r e f e r e n c e   m o d e l   b a s e d   c o n t r o l l e r   d e si g n ,   I EEE   T ra n s a c t i o n o n   Po w e r   S y s t e m s ,   v o l .   3 1 ,   n o .   4 ,   p p .   2 9 1 4 2 9 2 4 ,   2 0 1 6 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / TPW R S . 2 0 1 5 . 2 4 6 6 6 7 7 .   [ 1 2 ]   M .   A .   A b i d o   a n d   Y .   L.   A b d e l - M a g i d ,   O p t i ma l   d e s i g n   o f   p o w e r   sy st e m   st a b i l i z e r u s i n g   e v o l u t i o n a r y   p r o g r a mm i n g ,   I E EE   T ra n s a c t i o n o n   E n e r g y   C o n v e rs i o n ,   v o l .   1 7 ,   n o .   4 ,   p p .   4 2 9 4 3 6 ,   2 0 0 2 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / T EC . 2 0 0 2 . 8 0 5 1 7 9 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 6 9 4   I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t Vo l.  16 ,   No .   4 Dec em b er   20 25 :   2332 - 2 3 4 1   2340   [ 1 3 ]   D .   U .   S a r k a r   a n d   T .   P r a k a s h ,   A   c o n v o l u t i o n a l   n e u r a l   n e t w o r k   f r a mew o r k   t o   d e s i g n   p o w e r   sy s t e s t a b i l i z e r   f o r   d a mp i n g   o sc i l l a t i o n i n   m u l t i - m a c h i n e   p o w e r   sy st e m,   N e u r a l   C o m p u t i n g   a n d   Ap p l i c a t i o n s ,   v o l .   3 6 ,   n o .   9 ,   p p .   5 0 5 9 5 0 7 5 ,   2 0 2 4 ,   d o i :   1 0 . 1 0 0 7 / s 0 0 5 2 1 - 0 2 3 - 0 9 3 2 3 - 0.   [ 1 4 ]   A .   S e d a g h a t i   a n d   O .   P .   M a l i k ,   Ef f i c i e n t   sel f - t u n e d   f u z z y   l o g i c   b a s e d   p o w e r   sy st e st a b i l i z e r ,   E l e c t r i c   P o w e C o m p o n e n t a n d   S y s t e m s ,   v o l .   4 9 ,   n o .   1 2 ,   p p .   7 9 9 3 ,   2 0 2 1 ,   d o i :   1 0 . 1 0 8 0 / 1 5 3 2 5 0 0 8 . 2 0 2 1 . 1 9 3 7 3 9 2 .   [ 1 5 ]   K .   S a o u d i   a n d   M .   N .   H a r m a s,   E n h a n c e d   d e si g n   o f   a n   i n d i r e c t   a d a p t i v e   f u z z y   sl i d i n g   m o d e   p o w e r   s y s t e m   st a b i l i z e r   f o r   m u l t i - mac h i n e   p o w e r   s y st e ms,”   I n t e r n a t i o n a l   J o u rn a l   o f   E l e c t ri c a l   P o w e a n d   E n e r g y   S y st e m s ,   v o l .   5 4 ,   p p .   4 2 5 4 3 1 ,   2 0 1 4 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . i j e p e s. 2 0 1 3 . 0 7 . 0 3 4 .   [ 1 6 ]   P .   Ju ,   S t o c h a st i c   D y n a m i c o f   Po w e r   S y s t e m s ,   S p r i n g e r ,   2 0 1 9 .   [ 1 7 ]   V .   D r a g a n   a n d   S .   A b e r k a n e ,   R o b u st   st a b i l i t y   a n d   r o b u st   st a b i l i z a t i o n   o f   d i scret e - t i m e   M a r k o v   j u m p   l i n e a r   s y st e ms  u n d e r   a   c l a ss   o f   st o c h a st i c   s t r u c t u r e d   n o n l i n e a r   u n c e r t a i n t i e s ,   E n t r o p y ,   v o l .   2 7 ,   n o .   8 ,   p .   8 5 8 ,   A u g .   2 0 2 5 ,   d o i :   1 0 . 3 3 9 0 / e 2 7 0 8 0 8 5 8 .   [ 1 8 ]   A .   S .   P o z n y a k ,   H .   A l a z k i ,   a n d   H .   M .   S o l i ma n ,   I n v a r i a n t - s e t   d e si g n   o f   o b ser v e r - b a se d   r o b u s t   c o n t r o l   f o r   p o w e r   sy st e ms  u n d e r   st o c h a st i c   t o p o l o g y   a n d   p a r a m e t e r c h a n g e s ,   I n t e rn a t i o n a l   J o u rn a l   o f   El e c t ri c a l   Po w e r   a n d   En e rg y   S y s t e m s ,   v o l .   1 3 1 ,   p .   1 0 7 1 1 2 ,   2 0 2 1 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . i j e p e s. 2 0 2 1 . 1 0 7 1 1 2 .   [ 1 9 ]   A .   N o c o ń   a n d   S .   P a sz e k ,   A   c o m p r e h e n s i v e   r e v i e w   o f   p o w e r   s y s t e m   s t a b i l i z e r s ,   En e rg i e s ,   v o l .   1 6 ,   n o .   4 ,   p .   1 9 4 5 ,   F e b .   2 0 2 3 ,   d o i :   1 0 . 3 3 9 0 / e n 1 6 0 4 1 9 4 5 .   [ 2 0 ]   A .   S .   P o z n y a k ,   H .   A l a z k i ,   a n d   H .   M .   S o l i ma n ,   A t t r a c t i v e   e l l i p s o i d a l   d e s i g n   f o r   r o b u st   st a b i l i z a t i o n   o f   t i me - d e l a y   st o c h a s t i c   p o w e r   s y st e ms  u n d e r   a   seri e o f   l i g h t n i n g   s u r g e s,”   C o m p u t e rs   a n d   E l e c t ri c a l   E n g i n e e ri n g ,   v o l .   1 1 6 ,   p .   1 0 9 2 2 8 ,   2 0 2 4 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . c o mp e l e c e n g . 2 0 2 4 . 1 0 9 2 2 8 .   [ 2 1 ]   A .   S .   P o z n y a k ,   H .   M .   S o l i ma n ,   H .   A l a z k i ,   E .   H .   E.   B a y o u mi ,   a n d   M .   D e   S a n t i s,   A t t r a c t i v e   e l l i p s o i d   t e c h n i q u e   f o r   a   d e c e n t r a l i z e d   p a ss i v i t y - b a se d   v o l t a g e   t r a c k e r   f o r   i sl a n d e d   d c   mi c r o g r i d s,”   E n e r g i e s ,   v o l .   1 7 ,   n o .   7 ,   p .   1 5 2 9 ,   2 0 2 4 ,   d o i :   1 0 . 3 3 9 0 / e n 1 7 0 7 1 5 2 9 .   [ 2 2 ]   C .   Ed w a r d s   a n d   S .   S p u r g e o n ,   S l i d i n g   m o d e   c o n t r o l :   t h e o ry   a n d   a p p l i c a t i o n s ,   1 st   e d .   Ta y l o r   &   F r a n c i s,   1 9 9 8 .   [ O n l i n e ] .   A v a i l a b l e :   h t t p s : / / w w w . t a y l o r f r a n c i s.c o m / b o o k s / mo n o / 1 0 . 1 2 0 1 / 9 7 8 1 4 9 8 7 0 1 8 2 2 / sl i d i n g - mo d e - c o n t r o l - c h r i s t o p h e r - e d w a r d s - sarah - s p u r g e o n   [ 2 3 ]   J.  S .   V .   U t k i n ,   J.  G u l d n e r ,   S l i d i n g   m o d e i n   e l e c t r o m e c h a n i c a l   sys t e m s .   Ta y l o r   & Fr a n c i s,   2 0 0 9 .   [ 2 4 ]   Th e   M a t h W o r k s ,   I n c . ,   M A TLA B .   N a t i c k ,   M A ,   U S A .   [ 2 5 ]   Y A LM I P   To o l b o x .   [ O n l i n e ] .   A v a i l a b l e :   h t t p s: / / y a l mi p . g i t h u b . i o /   (a c c e sse d   o n   2 4   M a r c h   2 0 2 5 ) .       [ 2 6 ]   S e D u M i   S o l v e r .   [ O n l i n e ] .   A v a i l a b l e :     h t t p s : / / se d u mi . i e . l e h i g h . e d u / ? p a g e _ i d = 5 8   ( a c c e sse d   o n   2 4   M a r c h   2 0 2 5 ) .       AP P E NDI X     -   T h m u lti - m ac h i n m o d el   T h b en c h m ar k   s tate  eq u atio n s   u n d er   n o m in al  lo a d   ar as f o llo ws:     = [ 1 12 21 2 ] = [           0 377 0 0 0 0 0 . 335 0 0 . 3474 0 . 01158 0 0 . 004632 0 . 4637 0 0 . 8703 0 . 02048 0 0 . 02754 0 0 0 0 377 0 0 . 00851 0 0 . 003724 0 . 1919 0 0 . 1834 0 . 01223 0 0 . 01686 0 . 1786 0 0 . 4645 ]               = [ 1 0 0 2 ] = [ 0 0 0 . 1724 0 0 0 0 0 0 0 0 0 . 1667 ]     wh ich   ca n   b e   d ec o m p o s ed   in t o   two   s u b s y s tem s   as f o llo ws :     ̇ 1 = 1 1 + 1 1 + 1 , 1 = [ 0 , 12 ] , = ̂     ̇ 2 = 2 2 + 2 2 + 2 , 2 = [ 21 , 0 ] , = ̂       B I O G RAP H I E S O F   AUTH O RS         H i s h a m   M .   S o l i m a n           r e c e i v e d   t h e   B . S c .   ( H o n s . )   a n d   M . S c .   d e g r e e s   i n   e l e c t r i c a e n g i n e e r i n g   f r o m   C a i r o   U n i v e r s i t y ,   C a i r o ,   E g y p t ,   i n   1 9 7 2   a n d   1 9 7 5 ,   r e s p e c t i v e l y ,   a n d   t h e   P h . D .   d e g r e e   i n   a u t o m a t ic   c o n t r o l   f r o m   P a u l   S a b a t i e U n i v e rs i t y ,   T o u l o u s e ,   F r a n c e ,   i n   1 9 8 0 .   H e   ta u g h t   a t   t h e   U n i v e r s i t y   o f   S a s k a t c h e w a n ,   C a n a d a ;   G a r y o u n i s   U n i v e r s i t y ,   L i b y a ;   U n i t e d   A r a b   E m i r a t e U n i v e r s i t y   ( U A EU ) ,   U n i t e d   A r a b   E m i r a te s ;   Ya n b u   I n d u s t r i a l   C o l l e g e ,   S a u d i   A r a b ia ;   a n d   S u l t a n   Q a b o o s   U n i v e r s i t y ,   O m a n .   H e   i s   c u r r e n t l y   a   p r o f e s s o r   o f   e l e c t r i c a l   e n g i n e e r i n g   a t   C a i r o   U n i v e r s i t y .   H e   c a n   b e   c o n t a c te d   a t   e m a i l :   m o h a m m e d h i s h a m @ e n g . c u . e d u . e g .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t     I SS N:   2088 - 8 6 9 4       N o n lin ea r   ex cita tio n   co n tr o l o f m u ltima ch in s ystems   via   th in va r ia n t - s et  d esig n   ( His h a M.  S o lima n )   2341     Eh a b   H .   E.   Ba y o u m i           re c e iv e d   t h e   B. S c .   d e g re e   in   e lec tri c a p o we e n g i n e e rin g   fro m   He lwa n   Un iv e rsity ,   E g y p t,   in   1 9 8 8 ,   t h e   M . S c .   d e g re e   in   e lec tri c a p o we e n g in e e rin g   fro m   Ain   S h a m Un i v e rsity ,   E g y p t,   in   1 9 9 6 ,   a n d   th e   P h . D.  d e g re e   i n   e lec tri c a p o we r   e n g in e e rin g   fr o m   Ca iro   U n iv e rsit y ,   E g y p t,   in   2 0 0 1 .   He   h a b e e n   with   t h e   El e c tro n ic  Re se a rc h   In stit u te  (ERI ),   Ca iro ,   Eg y p t ,   sin c e   1 9 9 0 .   F r o m   2 0 0 0   to   2 0 0 1 ,   h e   wa a   Visiti n g   Re se a rc h e a LUT,   F i n lan d .   He   wa a p p o i n ted   a n   a ss istan p ro fe ss o r   a C h a lme rs  Un iv e rsit y   o Tec h n o lo g y ,   S we d e n ,   fro m   2 0 0 3   to   2 0 0 5 .   He   wa a p p o in ted   a a n   a ss o c iate   p r o fe ss o with   ERI  i n   2 0 0 8 .   In   2 0 1 4 ,   h e   wa re tain e d   a a   fu ll   p r o fe ss o wit h   ERI.   He   a d d it i o n a ll y   se rv e d   in   p o siti o n s   a t   Ya n b u   In d u strial   Co ll e g e ,   S a u d i   Ara b ia;  t h e   Hi g h e C o ll e g e o f   Tec h n o lo g y ,   Un it e d   Ara b   Emira tes th e   Un iv e rsity   o Eswa ti n i,   Eswa ti n i;   Th e   Eg y p t ian   Ch i n e se   Un iv e rsity ,   E g y p t;   Th e   Un iv e rsity   o f   Bo tswa n a   a n d   t h e   Brit ish   Un iv e rsit y   i n   E g y p t.   He   is   c u rre n tl y   a   f u ll   P ro fe ss o a t   Brit ish   U n iv e rsit y   i n   Eg y p t .   His   re se a rc h   in tere sts  i n c lu d e   h i g h - p e rfo rm a n c e   AC  m a c h in e s,   p o we q u a li t y ,   sw it c h in g   p o we c o n v e rters   i n   sm a rt  a n d   m icro - g rid s,  a n d   n o n li n e a c o n tr o l   a p p li c a ti o n i n   p o we e lec tro n ics ,   sm a rt  g rid s,   a n d   e lec tri c   d r iv e   s y ste m s.  F ro m   2 0 1 3   t o   2 0 2 2 ,   h e   wa a p p o i n ted   th e   Ed it o r - in - C h ief  o t h e   I n tern a ti o n a l   Jo u r n a o I n d u strial  El e c tro n ics   a n d   Driv e s.  He   c a n   b e   c o n tac ted   a e m a il e h a b . b a y o u m i@ g m a il . c o m .         Fa r a g   Ali  El - S h e ik h i           re c e iv e d   th e   M . S c .   d e g re e   i n   th e   a re a   o p o we sy ste m   sim u latio n   fr o m   t h e   Un iv e rsity   o f   M isso u ri,   Co lu m b ia,   USA,   a n d   t h e   P h . D.   d e g re e   in   t h e   a re a   o p o we sy ste m re li a b il it y   e v a l u a ti o n   fro m   th e   Un iv e rsity   o f   S a sk a tch e wa n ,   Ca n a d a .   He   wa s   p ro fe ss o r   o f   e lec tri c a e n e rg y   a n d   p o we s y ste m   re li a b il it y   at   t h e   Un i v e rsity   o f   Be n g h a z i,   Li b y a .   He   is  c u rre n tl y   a   tea c h i n g   sta ff  m e m b e with   t h e   El e c tri c a a n d   E lec tro n ics   E n g in e e rin g   De p a rtme n t,   F a c u lt y   o E n g in e e rin g   a n d   Arc h it e c tu re ,   Ista n b u Es e n y u rt  U n iv e rsit y ,   Ista n b u l ,   Tu rk e y .   His  re se a rc h   in tere sts  in c lu d e   p o we sy ste m re li a b il it y   e v a lu a ti o n ,   p o we g e n e ra ti o n   sy ste m s,  tran sm issio n   a n d   d istri b u ti o n   n e two r k p lan n i n g ,   p o we n e two rk s,  a n d   i n d u stria l   sy ste m o p e ra ti o n   a n d   m a in te n a n c e ,   wh e re   h e   h a s   m a n y   p u b l ica ti o n i n   th e se   a re a s.  He   c a n   b e   c o n tac ted   a e m a il fa ra g . e lsh e i k h i @ g m a il . c o m .           Fa wz a n   S a lem           is  a n   a ss o c iate   p ro fe ss o a El e c tro n ics   Re se a rc h   In stit u te ,   P o we El e c tro n ics   a n d   En e rg y   Co n v e rs io n   De p a rtme n t ,   Eg y p t .   He   re c e iv e d   B. S .   fr o m   Zag a z ig   Un iv e rsity ,   a n   M . S c .   a n d   P h . D.  f ro m   Ca iro   Un i v e rsity   in   1 9 9 2 ,   1 9 9 8   a n d   2 0 0 6 ,   re sp e c ti v e l y .   Wo rk e d   a a   fu ll - ti m e   a ss istan p r o fe ss o b e twe e n   2 0 0 9   a n d   2 0 2 0   at   Ya n b u   In d u str ial   Co ll e g e ,   S a u d i   Ara b ia.   His  re se a rc h   in tere sts  in c lu d e   i n telli g e n t   c o n tro l   tec h n i q u e s,   re n e wa b le  e n e rg y ,   a n d   o p ti m iza ti o n   a lg o rit h m s .   He   c a n   b e   c o n tac ted   a e m a il :   fa wz a n @e ri. sc i. e g .         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.