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     Circuits and Systems
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    2153-1285
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    2153-1293
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     Scientific Research Publishing
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    10.4236/cs.2024.155005
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    cs-138798
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      Articles
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      Computer Science 
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       Communications, Engineering, Physics 
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       Mathematics
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   <title-group>
    UDE-Based Robust Nonlinear Control of the Boost Converter with Constant Power Load
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     aDepartment of Engineering Technology, Northern Illinois University, DeKalb, IL, USA
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     09
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     2025
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    15
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      March
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      2024
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    <copyright-statement>
     © Copyright 2014 by authors and Scientific Research Publishing Inc. 
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     2014
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    <license>
     <license-p>
      This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
     </license-p>
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   <abstract>
    The boost converter feeding a constant power load (CPL) is a non-minimum phase system that is prone to the destabilizing effects of the negative incremental resistance of the CPL and presents a major challenge in the design of stabilizing controllers. In this work, a robust nonlinear controller based on the uncertainty and disturbance estimator (UDE) scheme is successfully developed to tightly regulate the output voltage of the boost converter. A systematic procedure is developed to select the controller gains to achieve a satisfactory output response. Using simulation, the effectiveness of the proposed controller is validated and compared to a recent robust nonlinear controller.
   </abstract>
   <kwd-group> 
    <kwd>
     Boost Converter
    </kwd> 
    <kwd>
      Robust Control
    </kwd> 
    <kwd>
      Constant Power Load (CPL)
    </kwd> 
    <kwd>
      Uncertainty and Disturbance Estimator (UDE)
    </kwd>
   </kwd-group>
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 <body>
  <sec id="s1">
   <title>1. Introduction</title>
   <p>Nowadays power electronic converters are extensively used in power distribution system and they are usually cascaded. Some of these converters operate as tightly regulated loads that absorb constant power and behave as constant power loads (CPLs). These loads exhibit negative incremental impedances that can lead to serious destabilizing effect of the input source which may be another DC-DC converter and present a major challenge in the design of stabilizing robust controllers for the supply converters.</p>
   <p>Numerous design techniques have been published in the literature to regulate the output voltages of DC-DC converters to counter the instability effects of the CPL-induced negative impedance such as passive damping <xref ref-type="bibr" rid="scirp.138798-1">
     [1]
    </xref> and active damping <xref ref-type="bibr" rid="scirp.138798-2">
     [2]
    </xref>. A technique that uses nonlinear feedback to cancel the destabilizing effect of CPL, also known as loop cancellation technique, is presented in <xref ref-type="bibr" rid="scirp.138798-3">
     [3]
    </xref>. A control method based on a linearization via state feedback is used in <xref ref-type="bibr" rid="scirp.138798-4">
     [4]
    </xref> to design a controller to counter the CPL destabilizing effect.</p>
   <p>Sliding mode control (SMC) has been extensively used for DC-DC converters and has been proven to yield a robust nonlinear control scheme against parameter uncertainties and external disturbances. A PWM-based SMC is developed in <xref ref-type="bibr" rid="scirp.138798-5">
     [5]
    </xref> to regulate the output voltage of the buck-boost converter feeding a CPL. The proposed control law suffers from chattering effects as shown in the simulation and experimental plots. An SMC is proposed in <xref ref-type="bibr" rid="scirp.138798-6">
     [6]
    </xref> that uses a sliding surface that is a linear combination of the errors of both inductor current and capacitor voltage with respect to their respective steady state values. The proposed controller leads to a small value of inrush current. However, the controller suffers from variable switching frequency effects. The implementation of both of SMC controllers requires four sensors to measure the input voltage, the inductor current, the capacitor voltage and the CPL current.</p>
   <p>When the load power is unknown, we may have to resort to robust controllers that require some type of an estimation scheme. The authors in <xref ref-type="bibr" rid="scirp.138798-7">
     [7]
    </xref> proposed an adaptive passivity-based controller to regulate the output voltage of the DC-DC buck-boost converter feeding an unknown CPL. The resulting controller is very complicated and therefore is impractical in real applications. To remedy the complexity of the control law, a simpler modified controller is developed in <xref ref-type="bibr" rid="scirp.138798-8">
     [8]
    </xref> by using a change of coordinate and partial linearization that transforms the system into a cascade form. However, the approach relies on the time-scaled model that presents problems in practical applications. An adaptive passivity-based controller that does not use time scaling or any kind of linearization techniques is provided in <xref ref-type="bibr" rid="scirp.138798-9">
     [9]
    </xref> with a complete stability analysis of the nonlinear system. However, the controller still seems to be complicated and strongly dependent of the converter parameters to be of any practical interest.</p>
   <p>An interesting and a simple robust controller was introduced in <xref ref-type="bibr" rid="scirp.138798-10">
     [10]
    </xref> to regulate the output voltage of the DC-DC boost converter feeding an unknown CPL, that was estimated using a nonlinear differential equation. However, the authors opted for the controller derived using the ideal averaged model of the boost converter and does not account for input voltage variations, parasitics and parameter uncertainties. In <xref ref-type="bibr" rid="scirp.138798-11">
     [11]
    </xref>, an observer-based sliding mode control for the boost converter feeding a CPL was proposed to ensure the finite-time stability of the closed-loop system. In this study, only the input voltage is assumed unknown and is estimated using a finite-time observer to adjust a controller parameter. Only step reference changes and step input changes are tested in simulation and the robustness of the controller to parasitics, parameter uncertainties and output load power changes are neither tested or accounted for in the design of the controller. In <xref ref-type="bibr" rid="scirp.138798-12">
     [12]
    </xref>, an adaptive nonlinear controller based on a nonlinear disturbance observer and passivity-based control is proposed to ensure the stability of a buck-boost converter in a DC microgrid in the presence of disturbances and uncertainties. However, the robustness of the controller developed was not tested against the parasitics and the uncertainties of the converter parameter values. In <xref ref-type="bibr" rid="scirp.138798-13">
     [13]
    </xref>, the cumulative losses of the converter are modelled as a resistor in series with the inductor and its value with the value of the power load are estimated using the immersion and variance technique and both incorporated in the controller design. However, the input voltage and parameter uncertainties are not accounted for in the controller design.</p>
   <p>The effectiveness and performance of the controller on the output response of the converter depends on an accurate modeling of the system. Ignoring parasitics, parameter uncertainties, input voltage and output load power disturbances in the design of the controller may result in a degradation of the output response. In this case, the output response may suffer from substantial steady-state errors with large output variations when the converters are subjected to large unknown time-varying external disturbances that may even lead to unstability.</p>
   <p>To address the above limitations, a fixed-frequency pulse width modulation controller that takes into account the uncertainties of the component values, the unknown parasitics of the converters, the unknown input voltage and power load variations is designed to regulate the output of the boost converter. The proposed controller is based on the uncertainty and disturbance estimator (UDE) scheme that was originally developed in <xref ref-type="bibr" rid="scirp.138798-14">
     [14]
    </xref> as an improvement of the time delay control. The basic idea behind the UDE-based control method is the use of a filter of appropriate bandwidth to estimate a lumped signal composed of system uncertainties, unmodelled dynamics of the converter, and time-varying external disturbances then use the estimate in the controller to cancel their effects. Also included in this work is a detailed analysis of the closed-loop stability with a simple procedure that systematically determines the controller’s parameters to meet certain desired specifications of the output response. This is in contrast to many studies where the parameters are chosen in an ad-hoc manner and may require elaborate tuning steps. Using simulation, the effectiveness of the proposed controller is validated and compared against the nonlinear controller developed in <xref ref-type="bibr" rid="scirp.138798-10">
     [10]
    </xref>.</p>
  </sec><sec id="s2">
   <title>
    <xref ref-type="bibr" rid="scirp.138798-"></xref>2. Proposed UDE-Based Controller</title>
   <sec id="s2_1">
    <title>
     <xref ref-type="bibr" rid="scirp.138798-"></xref>2.1. Boost Converter Averaged Model with Parasitics</title>
    <p>A basic boost converter with parasitic elements feeding a CPL is shown in <xref ref-type="fig" rid="fig1">
      Figure 1
     </xref>. Under continuous conduction mode (CCM), the averaged model of the boost converter including parasitic components is derived using Kirchhoff’s circuit laws in both modes, u = 1 (ON-state) and u = 0 (OFF-state) and then using the state-space averaging technique to obtain</p>
    <p>
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         <mfrac> 
          <mi>
            P 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mi>
             C 
           </mi> 
           <msub> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msub> 
          </mrow> 
         </mfrac> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mi>
             u 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            R 
          </mi> 
          <mi>
            C 
          </mi> 
         </msub> 
         <msub> 
          <mover accent="true"> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
           <mo>
             ˙ 
           </mo> 
          </mover> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </msub> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mfrac> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              R 
            </mi> 
            <mi>
              C 
            </mi> 
           </msub> 
           <mi>
             P 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <msubsup> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msubsup> 
          </mrow> 
         </mfrac> 
         <msub> 
          <mover accent="true"> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
           <mo>
             ˙ 
           </mo> 
          </mover> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msub> 
        </mtd> 
       </mtr> 
      </mtable> 
     </math>(1)</p>
    <p>where 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> represents the average inductor current, 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         ∈ 
       </mo> 
       <mi>
         ℝ 
       </mi> 
       <mo>
         &gt; 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math> is the average output voltage and 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        P 
      </mi> 
     </math> is the power extracted by the CPL. The unknown parameters E, L, C and P represent the input voltage, the inductance, the capacitance and the power respectively. However, their respective nominal values 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          E 
        </mi> 
        <mi>
          o 
        </mi> 
       </msub> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          L 
        </mi> 
        <mi>
          o 
        </mi> 
       </msub> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          C 
        </mi> 
        <mi>
          o 
        </mi> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> and 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          P 
        </mi> 
        <mi>
          o 
        </mi> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> are assumed known for the implementation of the controller. The control input 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        u 
      </mi> 
     </math> to the converter is the duty ratio function. The unknown parameters 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          R 
        </mi> 
        <mi>
          L 
        </mi> 
       </msub> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          R 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mi>
           D 
         </mi> 
         <mi>
           S 
         </mi> 
        </mrow> 
       </msub> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          R 
        </mi> 
        <mi>
          D 
        </mi> 
       </msub> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          V 
        </mi> 
        <mi>
          D 
        </mi> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> and 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          R 
        </mi> 
        <mi>
          C 
        </mi> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> represent the inductor equivalent series resistance, the MOSFET on-resistance, the diode forward resistance, the conducting voltage of the diode and the capacitor equivalent series resistance respectively. The switching losses could have been accounted for by including a switching loss resistance in the inductor branch as proposed in <xref ref-type="bibr" rid="scirp.138798-15">
      [15]
     </xref>. During the start-up phase and neglecting the parasitics, diode 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          D 
        </mi> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> guarantees that the initial conditions are</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msub> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mi>
         E 
       </mi> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <msub> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msub> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math>(2)</p>
    <p>by creating a unidirectional path from the source to the load and therefore, reducing the inrush current in the inductor <xref ref-type="bibr" rid="scirp.138798-10">
      [10]
     </xref>.</p>
    <fig id="fig1" position="float">
     <label>Figure 1</label>
     <caption>
      <title>Figure 1. A boost converter with basic parasitics feeding a CPL.</title>
     </caption>
     <graphic mimetype="image" position="float" xlink:type="simple" xlink:href="https://html.scirp.org/file/7601481-rId36.jpeg?20250109121215" />
    </fig>
   </sec>
   <sec id="s2_2">
    <title>
     <xref ref-type="bibr" rid="scirp.138798-"></xref>2.2. UDE-Based Contol Law</title>
    <p>We can write (1) as</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtable columnalign="left"> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <msub> 
          <mover accent="true"> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
           <mo>
             ˙ 
           </mo> 
          </mover> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </msub> 
         <mo>
           = 
         </mo> 
         <mi>
           u 
         </mi> 
         <mfrac> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              L 
            </mi> 
            <mi>
              o 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
         </mfrac> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            f 
          </mi> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mtd> 
       </mtr> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <msub> 
          <mover accent="true"> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
           <mo>
             ˙ 
           </mo> 
          </mover> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msub> 
         <mo>
           = 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            f 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mtd> 
       </mtr> 
      </mtable> 
     </math>(3)</p>
    <p>where</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtable columnalign="left"> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <msub> 
          <mi>
            f 
          </mi> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           = 
         </mo> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mfrac> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                R 
              </mi> 
              <mi>
                L 
              </mi> 
             </msub> 
            </mrow> 
            <mi>
              L 
            </mi> 
           </mfrac> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mfrac> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                R 
              </mi> 
              <mrow> 
               <mi>
                 D 
               </mi> 
               <mi>
                 S 
               </mi> 
              </mrow> 
             </msub> 
            </mrow> 
            <mi>
              L 
            </mi> 
           </mfrac> 
           <mi>
             u 
           </mi> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mi>
               u 
             </mi> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mfrac> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                R 
              </mi> 
              <mi>
                D 
              </mi> 
             </msub> 
            </mrow> 
            <mi>
              L 
            </mi> 
           </mfrac> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </msub> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mfrac> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mi>
            L 
          </mi> 
         </mfrac> 
        </mtd> 
       </mtr> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mi>
           u 
         </mi> 
         <msub> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mfrac> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
            <mi>
              L 
            </mi> 
           </mfrac> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mfrac> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                L 
              </mi> 
              <mi>
                o 
              </mi> 
             </msub> 
            </mrow> 
           </mfrac> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mi>
             u 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mfrac> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              V 
            </mi> 
            <mi>
              D 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mi>
            L 
          </mi> 
         </mfrac> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mfrac> 
          <mi>
            E 
          </mi> 
          <mi>
            L 
          </mi> 
         </mfrac> 
        </mtd> 
       </mtr> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <msub> 
          <mi>
            f 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           = 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mi>
             u 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mfrac> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mi>
            C 
          </mi> 
         </mfrac> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mi>
           u 
         </mi> 
         <msub> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mfrac> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                C 
              </mi> 
              <mi>
                o 
              </mi> 
             </msub> 
            </mrow> 
           </mfrac> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mfrac> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
            <mi>
              C 
            </mi> 
           </mfrac> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mfrac> 
          <mi>
            P 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mi>
             C 
           </mi> 
           <msub> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msub> 
          </mrow> 
         </mfrac> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mi>
             u 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            R 
          </mi> 
          <mi>
            C 
          </mi> 
         </msub> 
         <msub> 
          <mover accent="true"> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
           <mo>
             ˙ 
           </mo> 
          </mover> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </msub> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mfrac> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              R 
            </mi> 
            <mi>
              C 
            </mi> 
           </msub> 
           <mi>
             P 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <msubsup> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msubsup> 
          </mrow> 
         </mfrac> 
         <msub> 
          <mover accent="true"> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
           <mo>
             ˙ 
           </mo> 
          </mover> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msub> 
        </mtd> 
       </mtr> 
      </mtable> 
     </math>(4)</p>
    <p>The state errors 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          e 
        </mi> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> and 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          e 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> are defined as</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          e 
        </mi> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mi>
           r 
         </mi> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
         <mi>
           f 
         </mi> 
        </mrow> 
       </msub> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <msub> 
        <mi>
          e 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          V 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mi>
           r 
         </mi> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
         <mi>
           f 
         </mi> 
        </mrow> 
       </msub> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math>(5)</p>
    <p>where 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mi>
           r 
         </mi> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
         <mi>
           f 
         </mi> 
        </mrow> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> is the reference current for the current loop given by</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mi>
           r 
         </mi> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
         <mi>
           f 
         </mi> 
        </mrow> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          K 
        </mi> 
        <mi>
          p 
        </mi> 
       </msub> 
       <msub> 
        <mi>
          e 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          K 
        </mi> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
       </msub> 
       <mstyle displaystyle="true"> 
        <mrow> 
         <msubsup> 
          <mo>
            ∫ 
          </mo> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </msubsup> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msub> 
          <mtext>
            d 
          </mtext> 
          <mi>
            τ 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mstyle> 
      </mrow> 
     </math>(6)</p>
    <p>
     <xref ref-type="bibr" rid="scirp.138798-"></xref>with 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          K 
        </mi> 
        <mi>
          p 
        </mi> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> and 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          K 
        </mi> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> the proportional and integral gain respectively. The controller 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        u 
      </mi> 
     </math> is designed such that the state error 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          e 
        </mi> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> satisfies the error dynamics equation</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mover accent="true"> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
         <mo>
           ˙ 
         </mo> 
        </mover> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msub> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
       <mi>
         α 
       </mi> 
       <msub> 
        <mi>
          e 
        </mi> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msub> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> (7)</p>
    <p>where 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         α 
       </mi> 
       <mo>
         &gt; 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math> is a design parameter. Using (3), (5)-(7) and the fact that 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mover accent="true"> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
         <mo>
           ˙ 
         </mo> 
        </mover> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
       <msub> 
        <mover accent="true"> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           ˙ 
         </mo> 
        </mover> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math>, the controller 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        u 
      </mi> 
     </math> satisfies</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            L 
          </mi> 
          <mi>
            o 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
       <mi>
         α 
       </mi> 
       <msub> 
        <mi>
          e 
        </mi> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msub> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          f 
        </mi> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          K 
        </mi> 
        <mi>
          p 
        </mi> 
       </msub> 
       <msub> 
        <mi>
          f 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          K 
        </mi> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
       </msub> 
       <msub> 
        <mi>
          e 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math>(8)</p>
    <p>The controller 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        u 
      </mi> 
     </math> cannot be implemented since 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          f 
        </mi> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> and 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          f 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> are unknown. However, they can be accurately estimated using a low-pass filter such that</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mover accent="true"> 
         <mi>
           f 
         </mi> 
         <mo>
           ^ 
         </mo> 
        </mover> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          f 
        </mi> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         ⋆ 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          g 
        </mi> 
        <mi>
          f 
        </mi> 
       </msub> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <msub> 
        <mover accent="true"> 
         <mi>
           f 
         </mi> 
         <mo>
           ^ 
         </mo> 
        </mover> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          f 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         ⋆ 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          g 
        </mi> 
        <mi>
          f 
        </mi> 
       </msub> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math>(9)</p>
    <p>where “ 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mo>
        ⋆ 
      </mo> 
     </math>” is the convolution operator and 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          g 
        </mi> 
        <mi>
          f 
        </mi> 
       </msub> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msup> 
        <mi>
          ℒ 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </mrow> 
       </msup> 
       <mrow> 
        <mo>
          { 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            G 
          </mi> 
          <mi>
            f 
          </mi> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mi>
            s 
          </mi> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mo>
          } 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> is the impulse response of the low-pass filter with 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          G 
        </mi> 
        <mi>
          f 
        </mi> 
       </msub> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          s 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> its transfer function and 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msup> 
        <mi>
          ℒ 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </mrow> 
       </msup> 
       <mrow> 
        <mo>
          { 
        </mo> 
        <mo>
          . 
        </mo> 
        <mo>
          } 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> the inverse Laplace transform operator. Replacing 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          f 
        </mi> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> and 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          f 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> by their estimate 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mover accent="true"> 
         <mi>
           f 
         </mi> 
         <mo>
           ^ 
         </mo> 
        </mover> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> and 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mover accent="true"> 
         <mi>
           f 
         </mi> 
         <mo>
           ^ 
         </mo> 
        </mover> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math>, respectively we now have</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            L 
          </mi> 
          <mi>
            o 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
       <mi>
         α 
       </mi> 
       <msub> 
        <mi>
          e 
        </mi> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msub> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
       <msub> 
        <mover accent="true"> 
         <mi>
           f 
         </mi> 
         <mo>
           ^ 
         </mo> 
        </mover> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          K 
        </mi> 
        <mi>
          p 
        </mi> 
       </msub> 
       <msub> 
        <mover accent="true"> 
         <mi>
           f 
         </mi> 
         <mo>
           ^ 
         </mo> 
        </mover> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          K 
        </mi> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
       </msub> 
       <msub> 
        <mi>
          e 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math>(10)</p>
    <p>Substitution of the control action given in (10) into the derivative of 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          e 
        </mi> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msub> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> given in (5) and making use of Equations (3) and (6) yields the following error dynamics</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mover accent="true"> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
         <mo>
           ˙ 
         </mo> 
        </mover> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msub> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
       <mi>
         α 
       </mi> 
       <msub> 
        <mi>
          e 
        </mi> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msub> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <msub> 
        <mover accent="true"> 
         <mi>
           f 
         </mi> 
         <mo>
           ˜ 
         </mo> 
        </mover> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msub> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          K 
        </mi> 
        <mi>
          p 
        </mi> 
       </msub> 
       <msub> 
        <mover accent="true"> 
         <mi>
           f 
         </mi> 
         <mo>
           ˜ 
         </mo> 
        </mover> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msub> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math>(11)</p>
    <p>where 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mover accent="true"> 
         <mi>
           f 
         </mi> 
         <mo>
           ˜ 
         </mo> 
        </mover> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          f 
        </mi> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
       <msub> 
        <mover accent="true"> 
         <mi>
           f 
         </mi> 
         <mo>
           ^ 
         </mo> 
        </mover> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> and 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mover accent="true"> 
         <mi>
           f 
         </mi> 
         <mo>
           ˜ 
         </mo> 
        </mover> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          f 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
       <msub> 
        <mover accent="true"> 
         <mi>
           f 
         </mi> 
         <mo>
           ^ 
         </mo> 
        </mover> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> are the estimation errors of the lumped uncertainties. In this work, we consider a strictly proper low-pass filter whose transfer function is</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          G 
        </mi> 
        <mi>
          f 
        </mi> 
       </msub> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          s 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mfrac> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
        <mrow> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mi>
           τ 
         </mi> 
         <mi>
           s 
         </mi> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
      </mrow> 
     </math>(12)</p>
    <p>where 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        τ 
      </mi> 
     </math> is the time constant of the filter. In view of (9) and (12), the dynamics of the estimates are</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         τ 
       </mi> 
       <msub> 
        <mover accent="true"> 
         <mover accent="true"> 
          <mi>
            f 
          </mi> 
          <mo>
            ^ 
          </mo> 
         </mover> 
         <mo>
           ˙ 
         </mo> 
        </mover> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <msub> 
        <mover accent="true"> 
         <mi>
           f 
         </mi> 
         <mo>
           ^ 
         </mo> 
        </mover> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          f 
        </mi> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mi>
         τ 
       </mi> 
       <msub> 
        <mover accent="true"> 
         <mover accent="true"> 
          <mi>
            f 
          </mi> 
          <mo>
            ^ 
          </mo> 
         </mover> 
         <mo>
           ˙ 
         </mo> 
        </mover> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <msub> 
        <mover accent="true"> 
         <mi>
           f 
         </mi> 
         <mo>
           ^ 
         </mo> 
        </mover> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          f 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math>(13)</p>
    <p>From Equation (13) and using 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mover accent="true"> 
         <mi>
           f 
         </mi> 
         <mo>
           ^ 
         </mo> 
        </mover> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          f 
        </mi> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
       <msub> 
        <mover accent="true"> 
         <mi>
           f 
         </mi> 
         <mo>
           ˜ 
         </mo> 
        </mover> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <msub> 
        <mover accent="true"> 
         <mi>
           f 
         </mi> 
         <mo>
           ^ 
         </mo> 
        </mover> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          f 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
       <msub> 
        <mover accent="true"> 
         <mi>
           f 
         </mi> 
         <mo>
           ˜ 
         </mo> 
        </mover> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> we have</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mover accent="true"> 
         <mover accent="true"> 
          <mi>
            f 
          </mi> 
          <mo>
            ˜ 
          </mo> 
         </mover> 
         <mo>
           ˙ 
         </mo> 
        </mover> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
       <mfrac> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
        <mi>
          τ 
        </mi> 
       </mfrac> 
       <msub> 
        <mover accent="true"> 
         <mi>
           f 
         </mi> 
         <mo>
           ˜ 
         </mo> 
        </mover> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <msub> 
        <mover accent="true"> 
         <mi>
           f 
         </mi> 
         <mo>
           ˙ 
         </mo> 
        </mover> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <msub> 
        <mover accent="true"> 
         <mover accent="true"> 
          <mi>
            f 
          </mi> 
          <mo>
            ˜ 
          </mo> 
         </mover> 
         <mo>
           ˙ 
         </mo> 
        </mover> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
       <mfrac> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
        <mi>
          τ 
        </mi> 
       </mfrac> 
       <msub> 
        <mover accent="true"> 
         <mi>
           f 
         </mi> 
         <mo>
           ˜ 
         </mo> 
        </mover> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <msub> 
        <mover accent="true"> 
         <mi>
           f 
         </mi> 
         <mo>
           ˙ 
         </mo> 
        </mover> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math>(14)</p>
    <p>Assumption: The first derivatives of the lumped uncertainties are bounded by 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          δ 
        </mi> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         &gt; 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <msub> 
        <mi>
          δ 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         &gt; 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math> with</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          | 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mover accent="true"> 
           <mi>
             f 
           </mi> 
           <mo>
             ˙ 
           </mo> 
          </mover> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          | 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         ≤ 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          δ 
        </mi> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <munder> 
        <mrow> 
         <mtext>
           sup 
         </mtext> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
         <mo>
           ∈ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            [ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mi>
             ∞ 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </munder> 
       <mrow> 
        <mo>
          | 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mover accent="true"> 
           <mi>
             f 
           </mi> 
           <mo>
             ˙ 
           </mo> 
          </mover> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mo>
          | 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mrow> 
        <mo>
          | 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mover accent="true"> 
           <mi>
             f 
           </mi> 
           <mo>
             ˙ 
           </mo> 
          </mover> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          | 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         ≤ 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          δ 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <munder> 
        <mrow> 
         <mtext>
           sup 
         </mtext> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
         <mo>
           ∈ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            [ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mi>
             ∞ 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </munder> 
       <mrow> 
        <mo>
          | 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mover accent="true"> 
           <mi>
             f 
           </mi> 
           <mo>
             ˙ 
           </mo> 
          </mover> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mo>
          | 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math>(15)</p>
    <p>Such assumption is required for the synthesis of stabilizing controllers for DC-DC converters and is assumed in many studies <xref ref-type="bibr" rid="scirp.138798-16">
      [16]
     </xref>-<xref ref-type="bibr" rid="scirp.138798-19">
      [19]
     </xref>. In some situations where we have only step load power and step input voltage changes then we may have 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mover accent="true"> 
         <mi>
           f 
         </mi> 
         <mo>
           ˙ 
         </mo> 
        </mover> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         ≈ 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <msub> 
        <mover accent="true"> 
         <mi>
           f 
         </mi> 
         <mo>
           ˙ 
         </mo> 
        </mover> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         ≈ 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math> long after the onset of the step changes.</p>
    <p>Using (14) we then have 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          | 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mover accent="true"> 
           <mi>
             f 
           </mi> 
           <mo>
             ˜ 
           </mo> 
          </mover> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          | 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         &lt; 
       </mo> 
       <mi>
         τ 
       </mi> 
       <msub> 
        <mi>
          δ 
        </mi> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mrow> 
        <mo>
          | 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mover accent="true"> 
           <mi>
             f 
           </mi> 
           <mo>
             ˜ 
           </mo> 
          </mover> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          | 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         &lt; 
       </mo> 
       <mi>
         τ 
       </mi> 
       <msub> 
        <mi>
          δ 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> and the differential Equation (11) is now bounded by</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mover accent="true"> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
         <mo>
           ˙ 
         </mo> 
        </mover> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msub> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         ≤ 
       </mo> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
       <mi>
         α 
       </mi> 
       <msub> 
        <mi>
          e 
        </mi> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msub> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mi>
         τ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            δ 
          </mi> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </msub> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            K 
          </mi> 
          <mi>
            p 
          </mi> 
         </msub> 
         <msub> 
          <mi>
            δ 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math>(16)</p>
    <p>which yields the following bounded error</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          | 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            e 
          </mi> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          | 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         ≤ 
       </mo> 
       <mi>
         ϵ 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <mi>
           τ 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              δ 
            </mi> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </msub> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              K 
            </mi> 
            <mi>
              p 
            </mi> 
           </msub> 
           <msub> 
            <mi>
              δ 
            </mi> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mi>
          α 
        </mi> 
       </mfrac> 
      </mrow> 
     </math>(17)</p>
    <p>In order to achieve small estimation errors for the lumped uncertainties and a lower bound 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        ϵ 
      </mi> 
     </math>, the filter time constant 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        τ 
      </mi> 
     </math> must be selected very small. However, in practice, it may be limited by the computational capability of the controller and the presence of system noise. In addition, the bound 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        ϵ 
      </mi> 
     </math> can be further reduced by the value of the decay rate 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        α 
      </mi> 
     </math> that must be chosen high enough to ensure that the motion rate of the current (inner-current loop) is much faster than the motion rate of the output voltage. Using a similar approach as in <xref ref-type="bibr" rid="scirp.138798-20">
      [20]
     </xref>, the substitutions of the estimates given by (9) with 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          f 
        </mi> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mover accent="true"> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
           <mo>
             ˙ 
           </mo> 
          </mover> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </msub> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mi>
           u 
         </mi> 
         <mfrac> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              L 
            </mi> 
            <mi>
              o 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
         </mfrac> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <msub> 
        <mi>
          f 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msub> 
        <mover accent="true"> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           ˙ 
         </mo> 
        </mover> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> from (3) into the control action (10) and the application of the convolution operator result in the following UDE-based controller</p>
    <p>
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            L 
          </mi> 
          <mi>
            o 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msub> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
       <mrow> 
        <mo>
          [ 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              K 
            </mi> 
            <mi>
              i 
            </mi> 
           </msub> 
           <msub> 
            <mi>
              e 
            </mi> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msub> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mi>
             α 
           </mi> 
           <msub> 
            <mi>
              e 
            </mi> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mfrac> 
          <mi>
            α 
          </mi> 
          <mi>
            τ 
          </mi> 
         </mfrac> 
         <mstyle displaystyle="true"> 
          <mrow> 
           <msubsup> 
            <mo>
              ∫ 
            </mo> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
           </msubsup> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               e 
             </mi> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
            </msub> 
            <mtext>
              d 
            </mtext> 
            <mi>
              τ 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mrow> 
         </mstyle> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mfrac> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              e 
            </mi> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mi>
            τ 
          </mi> 
         </mfrac> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            K 
          </mi> 
          <mi>
            p 
          </mi> 
         </msub> 
         <mfrac> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              V 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mi>
               r 
             </mi> 
             <mi>
               e 
             </mi> 
             <mi>
               f 
             </mi> 
            </mrow> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mi>
            τ 
          </mi> 
         </mfrac> 
        </mrow> 
        <mo>
          ] 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math>(18)</p>
   </sec>
  </sec><sec id="s3">
   <title>
    <xref ref-type="bibr" rid="scirp.138798-"></xref>3. Stability Analysis</title>
   <p>For the stability analysis, we consider the converter to be free of parasitics, since in this case the destabilizing effect of the CPL is more pronounced <xref ref-type="bibr" rid="scirp.138798-5">
     [5]
    </xref>. Using 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         V 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          r 
        </mi> 
        <mi>
          e 
        </mi> 
        <mi>
          f 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msub> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         e 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math>, the controller (18) can be written as</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        u 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <msup> 
         <mi>
           a 
         </mi> 
         <mtext>
           * 
         </mtext> 
        </msup> 
        <msub> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msub> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <msup> 
         <mi>
           b 
         </mi> 
         <mtext>
           * 
         </mtext> 
        </msup> 
        <msub> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msub> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <msup> 
         <mi>
           c 
         </mi> 
         <mtext>
           * 
         </mtext> 
        </msup> 
        <mstyle displaystyle="true"> 
         <mrow> 
          <msubsup> 
           <mo>
             ∫ 
           </mo> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
          </msubsup> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              e 
            </mi> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </msub> 
           <mtext>
             d 
           </mtext> 
           <mi>
             τ 
           </mi> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </mstyle> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <msup> 
         <mi>
           d 
         </mi> 
         <mtext>
           * 
         </mtext> 
        </msup> 
        <msub> 
         <mi>
           V 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            r 
          </mi> 
          <mi>
            e 
          </mi> 
          <mi>
            f 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           V 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            r 
          </mi> 
          <mi>
            e 
          </mi> 
          <mi>
            f 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
     </mrow> 
    </math>(19)</p>
   <p>where</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mi>
         a 
       </mi> 
       <mtext>
         * 
       </mtext> 
      </msup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         L 
       </mi> 
       <mi>
         o 
       </mi> 
      </msub> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          α 
        </mi> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mfrac> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
         <mi>
           τ 
         </mi> 
        </mfrac> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <msup> 
       <mi>
         b 
       </mi> 
       <mtext>
         * 
       </mtext> 
      </msup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         L 
       </mi> 
       <mi>
         o 
       </mi> 
      </msub> 
      <msub> 
       <mi>
         K 
       </mi> 
       <mi>
         i 
       </mi> 
      </msub> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <msup> 
       <mi>
         c 
       </mi> 
       <mtext>
         * 
       </mtext> 
      </msup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           L 
         </mi> 
         <mi>
           o 
         </mi> 
        </msub> 
        <mi>
          α 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mi>
         τ 
       </mi> 
      </mfrac> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <msup> 
       <mi>
         d 
       </mi> 
       <mtext>
         * 
       </mtext> 
      </msup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           L 
         </mi> 
         <mi>
           o 
         </mi> 
        </msub> 
        <msub> 
         <mi>
           K 
         </mi> 
         <mi>
           p 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mi>
         τ 
       </mi> 
      </mfrac> 
     </mrow> 
    </math>(20)</p>
   <p>Using 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         e 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         i 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          r 
        </mi> 
        <mi>
          e 
        </mi> 
        <mi>
          f 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         e 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         K 
       </mi> 
       <mi>
         p 
       </mi> 
      </msub> 
      <msub> 
       <mi>
         e 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         K 
       </mi> 
       <mi>
         i 
       </mi> 
      </msub> 
      <mstyle displaystyle="true"> 
       <mrow> 
        <msubsup> 
         <mo>
           ∫ 
         </mo> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </msubsup> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            e 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msub> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <mi>
           τ 
         </mi> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </mstyle> 
     </mrow> 
    </math> with 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mover accent="true"> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          ˙ 
        </mo> 
       </mover> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <msub> 
       <mover accent="true"> 
        <mi>
          e 
        </mi> 
        <mo>
          ˙ 
        </mo> 
       </mover> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math>, the evolution of the states 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         e 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> and 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         e 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> are are determined by the following dynamics</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtable columnalign="left"> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <msub> 
         <mover accent="true"> 
          <mi>
            e 
          </mi> 
          <mo>
            ˙ 
          </mo> 
         </mover> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msub> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mi>
            u 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mfrac> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             V 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mi>
              r 
            </mi> 
            <mi>
              e 
            </mi> 
            <mi>
              f 
            </mi> 
           </mrow> 
          </msub> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mi>
           L 
         </mi> 
        </mfrac> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mfrac> 
         <mi>
           E 
         </mi> 
         <mi>
           L 
         </mi> 
        </mfrac> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           K 
         </mi> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
        </msub> 
        <msub> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msub> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           K 
         </mi> 
         <mi>
           p 
         </mi> 
        </msub> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mi>
            u 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mfrac> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </msub> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             K 
           </mi> 
           <mi>
             p 
           </mi> 
          </msub> 
          <msub> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msub> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             K 
           </mi> 
           <mi>
             i 
           </mi> 
          </msub> 
          <msub> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mn>
              22 
            </mn> 
           </mrow> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mi>
           C 
         </mi> 
        </mfrac> 
       </mtd> 
      </mtr> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           K 
         </mi> 
         <mi>
           p 
         </mi> 
        </msub> 
        <mfrac> 
         <mi>
           P 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            C 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               V 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mi>
                r 
              </mi> 
              <mi>
                e 
              </mi> 
              <mi>
                f 
              </mi> 
             </mrow> 
            </msub> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi>
               e 
             </mi> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </msub> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </mfrac> 
       </mtd> 
      </mtr> 
     </mtable> 
    </math>(21)</p>
   <p>and</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mover accent="true"> 
        <mi>
          e 
        </mi> 
        <mo>
          ˙ 
        </mo> 
       </mover> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msub> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           K 
         </mi> 
         <mi>
           p 
         </mi> 
        </msub> 
        <msub> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msub> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           K 
         </mi> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
        </msub> 
        <msub> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mn>
            22 
          </mn> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mi>
         C 
       </mi> 
      </mfrac> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mi>
         P 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          C 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             V 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mi>
              r 
            </mi> 
            <mi>
              e 
            </mi> 
            <mi>
              f 
            </mi> 
           </mrow> 
          </msub> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
     </mrow> 
    </math>(22)</p>
   <p>where the controller 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       u 
     </mi> 
    </math> is given in (18) and the state variables 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         e 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mn>
          11 
        </mn> 
       </mrow> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> and 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         e 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mn>
          22 
        </mn> 
       </mrow> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> defined as</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         e 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mn>
          11 
        </mn> 
       </mrow> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mstyle displaystyle="true"> 
       <mrow> 
        <msubsup> 
         <mo>
           ∫ 
         </mo> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </msubsup> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            e 
          </mi> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </msub> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <mi>
           τ 
         </mi> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </mstyle> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <msub> 
       <mi>
         e 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mn>
          22 
        </mn> 
       </mrow> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mstyle displaystyle="true"> 
       <mrow> 
        <msubsup> 
         <mo>
           ∫ 
         </mo> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </msubsup> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            e 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msub> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <mi>
           τ 
         </mi> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </mstyle> 
     </mrow> 
    </math>(23)</p>
   <p>In this case we have</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtable columnalign="left"> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <msub> 
         <mover accent="true"> 
          <mi>
            e 
          </mi> 
          <mo>
            ˙ 
          </mo> 
         </mover> 
         <mrow> 
          <mn>
            11 
          </mn> 
         </mrow> 
        </msub> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msub> 
       </mtd> 
      </mtr> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <msub> 
         <mover accent="true"> 
          <mi>
            e 
          </mi> 
          <mo>
            ˙ 
          </mo> 
         </mover> 
         <mrow> 
          <mn>
            22 
          </mn> 
         </mrow> 
        </msub> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msub> 
       </mtd> 
      </mtr> 
     </mtable> 
    </math>(24)</p>
   <p>Solving for the equilibrium point 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msub> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msub> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mn>
            11 
          </mn> 
         </mrow> 
        </msub> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mn>
            22 
          </mn> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msubsup> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
         <mtext>
           * 
         </mtext> 
        </msubsup> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <msubsup> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
         <mtext>
           * 
         </mtext> 
        </msubsup> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <msubsup> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mn>
            11 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mtext>
           * 
         </mtext> 
        </msubsup> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <msubsup> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mn>
            22 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mtext>
           * 
         </mtext> 
        </msubsup> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> and considering that 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         i 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          r 
        </mi> 
        <mi>
          e 
        </mi> 
        <mi>
          f 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msub> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         t 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> has a constant value 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         I 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          r 
        </mi> 
        <mi>
          e 
        </mi> 
        <mi>
          f 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math>, the overall system (21), (22) and (24) admits the following equilibrium</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msubsup> 
       <mi>
         e 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
       <mtext>
         * 
       </mtext> 
      </msubsup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <msubsup> 
       <mi>
         e 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
       <mtext>
         * 
       </mtext> 
      </msubsup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <msubsup> 
       <mi>
         e 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mn>
          11 
        </mn> 
       </mrow> 
       <mtext>
         * 
       </mtext> 
      </msubsup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           V 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            r 
          </mi> 
          <mi>
            e 
          </mi> 
          <mi>
            f 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           c 
         </mi> 
         <mtext>
           * 
         </mtext> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           d 
         </mi> 
         <mtext>
           * 
         </mtext> 
        </msup> 
        <msub> 
         <mi>
           V 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            r 
          </mi> 
          <mi>
            e 
          </mi> 
          <mi>
            f 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           c 
         </mi> 
         <mtext>
           * 
         </mtext> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mi>
         P 
       </mi> 
       <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           c 
         </mi> 
         <mtext>
           * 
         </mtext> 
        </msup> 
        <msub> 
         <mi>
           I 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            r 
          </mi> 
          <mi>
            e 
          </mi> 
          <mi>
            f 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <msubsup> 
       <mi>
         e 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mn>
          22 
        </mn> 
       </mrow> 
       <mtext>
         * 
       </mtext> 
      </msubsup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           I 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            r 
          </mi> 
          <mi>
            e 
          </mi> 
          <mi>
            f 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           K 
         </mi> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
     </mrow> 
    </math>(25)</p>
   <p>where 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         I 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          r 
        </mi> 
        <mi>
          e 
        </mi> 
        <mi>
          f 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mi>
         P 
       </mi> 
       <mi>
         E 
       </mi> 
      </mfrac> 
     </mrow> 
    </math>.</p>
   <p>Proving the stability of the overall system is a difficult task. Therefore, the stability analysis will be based on linearization, a classical method adopted in many stability analysis of DC-DC converters such as in the work of <xref ref-type="bibr" rid="scirp.138798-10">
     [10]
    </xref>. The closed-loop linearization of the error dynamics of the system including the estimator errors (14) around the equilibrium yields</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         [ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtable> 
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          <mtd> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mover accent="true"> 
              <mover accent="true"> 
               <mi>
                 e 
               </mi> 
               <mo>
                 ˜ 
               </mo> 
              </mover> 
              <mo>
                ˙ 
              </mo> 
             </mover> 
             <mrow> 
              <mn>
                11 
              </mn> 
             </mrow> 
            </msub> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mover accent="true"> 
              <mover accent="true"> 
               <mi>
                 e 
               </mi> 
               <mo>
                 ˜ 
               </mo> 
              </mover> 
              <mo>
                ˙ 
              </mo> 
             </mover> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
            </msub> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mover accent="true"> 
              <mover accent="true"> 
               <mi>
                 e 
               </mi> 
               <mo>
                 ˜ 
               </mo> 
              </mover> 
              <mo>
                ˙ 
              </mo> 
             </mover> 
             <mrow> 
              <mn>
                22 
              </mn> 
             </mrow> 
            </msub> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mover accent="true"> 
              <mover accent="true"> 
               <mi>
                 e 
               </mi> 
               <mo>
                 ˜ 
               </mo> 
              </mover> 
              <mo>
                ˙ 
              </mo> 
             </mover> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </msub> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mover accent="true"> 
              <mover accent="true"> 
               <mi>
                 f 
               </mi> 
               <mo>
                 ˜ 
               </mo> 
              </mover> 
              <mo>
                ˙ 
              </mo> 
             </mover> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
            </msub> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mover accent="true"> 
              <mover accent="true"> 
               <mi>
                 f 
               </mi> 
               <mo>
                 ˜ 
               </mo> 
              </mover> 
              <mo>
                ˙ 
              </mo> 
             </mover> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </msub> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
        </mtable> 
       </mrow> 
       <mo>
         ] 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         [ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtable> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </mtd> 
          <mtd> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </mtd> 
          <mtd> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </mtd> 
          <mtd> 
           <mn>
             0 
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          </mtd> 
          <mtd> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </mtd> 
          <mtd> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               a 
             </mi> 
             <mn>
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             </mn> 
            </msub> 
           </mrow> 
          </mtd> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <msub> 
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               a 
             </mi> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </msub> 
           </mrow> 
          </mtd> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               a 
             </mi> 
             <mn>
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             </mn> 
            </msub> 
           </mrow> 
          </mtd> 
          <mtd> 
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            <msub> 
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               a 
             </mi> 
             <mn>
               4 
             </mn> 
            </msub> 
           </mrow> 
          </mtd> 
          <mtd> 
           <mn>
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          </mtd> 
          <mtd> 
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          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mn>
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          </mtd> 
          <mtd> 
           <mn>
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          </mtd> 
          <mtd> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </mtd> 
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             0 
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          </mtd> 
          <mtd> 
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             0 
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          </mtd> 
         </mtr> 
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        <mn>
          22 
        </mn> 
       </mrow> 
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      <mo>
        − 
      </mo> 
      <msubsup> 
       <mi>
         e 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mn>
          22 
        </mn> 
       </mrow> 
       <mtext>
         * 
       </mtext> 
      </msubsup> 
     </mrow> 
    </math> and 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
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        <mi>
          e 
        </mi> 
        <mo>
          ˜ 
        </mo> 
       </mover> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         e 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <msubsup> 
       <mi>
         e 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
       <mtext>
         * 
       </mtext> 
      </msubsup> 
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    </math>.</p>
   <p>With</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtable columnalign="left"> 
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           1 
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          = 
        </mo> 
        <mfrac> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             K 
           </mi> 
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             p 
           </mi> 
          </msub> 
          <msup> 
           <mi>
             c 
           </mi> 
           <mtext>
             * 
           </mtext> 
          </msup> 
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           <mi>
             I 
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           <mrow> 
            <mi>
              r 
            </mi> 
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              e 
            </mi> 
            <mi>
              f 
            </mi> 
           </mrow> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             V 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mi>
              r 
            </mi> 
            <mi>
              e 
            </mi> 
            <mi>
              f 
            </mi> 
           </mrow> 
          </msub> 
          <mi>
            C 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mfrac> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mfrac> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mi>
             c 
           </mi> 
           <mtext>
             * 
           </mtext> 
          </msup> 
         </mrow> 
         <mi>
           L 
         </mi> 
        </mfrac> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <msub> 
         <mi>
           a 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msub> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mfrac> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             k 
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           <mi>
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           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mi>
           C 
         </mi> 
        </mfrac> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mfrac> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             k 
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           <mi>
             p 
           </mi> 
          </msub> 
          <msup> 
           <mi>
             a 
           </mi> 
           <mtext>
             * 
           </mtext> 
          </msup> 
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           <mi>
             I 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mi>
              r 
            </mi> 
            <mi>
              e 
            </mi> 
            <mi>
              f 
            </mi> 
           </mrow> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mi>
            C 
          </mi> 
          <msub> 
           <mi>
             V 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mi>
              r 
            </mi> 
            <mi>
              e 
            </mi> 
            <mi>
              f 
            </mi> 
           </mrow> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </mfrac> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mfrac> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             k 
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           <mi>
             p 
           </mi> 
          </msub> 
          <msub> 
           <mi>
             u 
           </mi> 
           <mi>
             o 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mi>
           C 
         </mi> 
        </mfrac> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mfrac> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mi>
             a 
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           <mtext>
             * 
           </mtext> 
          </msup> 
         </mrow> 
         <mi>
           L 
         </mi> 
        </mfrac> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
       </mtd> 
      </mtr> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <msub> 
         <mi>
           a 
         </mi> 
         <mn>
           3 
         </mn> 
        </msub> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mfrac> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             K 
           </mi> 
           <mi>
             p 
           </mi> 
          </msub> 
          <msub> 
           <mi>
             K 
           </mi> 
           <mi>
             i 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mi>
           C 
         </mi> 
        </mfrac> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             u 
           </mi> 
           <mi>
             o 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <msub> 
         <mi>
           a 
         </mi> 
         <mn>
           4 
         </mn> 
        </msub> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mfrac> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <msup> 
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             <mtext>
               * 
             </mtext> 
            </msup> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
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            </mn> 
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           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mi>
           L 
         </mi> 
        </mfrac> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
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        </msub> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mfrac> 
         <mrow> 
          <msubsup> 
           <mi>
             K 
           </mi> 
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          </msubsup> 
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             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mn>
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            </mn> 
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              − 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi>
               u 
             </mi> 
             <mi>
               o 
             </mi> 
            </msub> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mi>
           C 
         </mi> 
        </mfrac> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mfrac> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             K 
           </mi> 
           <mi>
             p 
           </mi> 
          </msub> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
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             </mi> 
             <mtext>
               * 
             </mtext> 
            </msup> 
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              + 
            </mo> 
            <msub> 
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               u 
             </mi> 
             <mi>
               o 
             </mi> 
            </msub> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             I 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mi>
              r 
            </mi> 
            <mi>
              e 
            </mi> 
            <mi>
              f 
            </mi> 
           </mrow> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mi>
            C 
          </mi> 
          <msub> 
           <mi>
             V 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mi>
              r 
            </mi> 
            <mi>
              e 
            </mi> 
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              f 
            </mi> 
           </mrow> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </mfrac> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
       </mtd> 
      </mtr> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <msub> 
         <mi>
           b 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msub> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mfrac> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mi>
             c 
           </mi> 
           <mtext>
             * 
           </mtext> 
          </msup> 
          <msub> 
           <mi>
             I 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mi>
              r 
            </mi> 
            <mi>
              e 
            </mi> 
            <mi>
              f 
            </mi> 
           </mrow> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mi>
            C 
          </mi> 
          <msub> 
           <mi>
             V 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mi>
              r 
            </mi> 
            <mi>
              e 
            </mi> 
            <mi>
              f 
            </mi> 
           </mrow> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </mfrac> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <msub> 
         <mi>
           b 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msub> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mfrac> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
         <mi>
           C 
         </mi> 
        </mfrac> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             u 
           </mi> 
           <mi>
             o 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mfrac> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mi>
             a 
           </mi> 
           <mtext>
             * 
           </mtext> 
          </msup> 
          <msub> 
           <mi>
             I 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mi>
              r 
            </mi> 
            <mi>
              e 
            </mi> 
            <mi>
              f 
            </mi> 
           </mrow> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mi>
            C 
          </mi> 
          <msub> 
           <mi>
             V 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mi>
              r 
            </mi> 
            <mi>
              e 
            </mi> 
            <mi>
              f 
            </mi> 
           </mrow> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </mfrac> 
       </mtd> 
      </mtr> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <msub> 
         <mi>
           b 
         </mi> 
         <mn>
           3 
         </mn> 
        </msub> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mfrac> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             K 
           </mi> 
           <mi>
             i 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mi>
           C 
         </mi> 
        </mfrac> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             u 
           </mi> 
           <mi>
             o 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <msub> 
         <mi>
           b 
         </mi> 
         <mn>
           4 
         </mn> 
        </msub> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mfrac> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             K 
           </mi> 
           <mi>
             p 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mi>
           C 
         </mi> 
        </mfrac> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             u 
           </mi> 
           <mi>
             o 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mfrac> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <msup> 
             <mi>
               b 
             </mi> 
             <mtext>
               * 
             </mtext> 
            </msup> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi>
               u 
             </mi> 
             <mi>
               o 
             </mi> 
            </msub> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             I 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mi>
              r 
            </mi> 
            <mi>
              e 
            </mi> 
            <mi>
              f 
            </mi> 
           </mrow> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mi>
            C 
          </mi> 
          <msub> 
           <mi>
             V 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mi>
              r 
            </mi> 
            <mi>
              e 
            </mi> 
            <mi>
              f 
            </mi> 
           </mrow> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </mfrac> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mfrac> 
         <mi>
           P 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            C 
          </mi> 
          <msubsup> 
           <mi>
             V 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mi>
              r 
            </mi> 
            <mi>
              e 
            </mi> 
            <mi>
              f 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msubsup> 
         </mrow> 
        </mfrac> 
       </mtd> 
      </mtr> 
     </mtable> 
    </math>(27)</p>
   <p>where 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mi>
         a 
       </mi> 
       <mtext>
         * 
       </mtext> 
      </msup> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
      <msup> 
       <mi>
         b 
       </mi> 
       <mtext>
         * 
       </mtext> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math> and 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mi>
         c 
       </mi> 
       <mtext>
         * 
       </mtext> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math> are given in (20) and 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
       <mi>
         o 
       </mi> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        1 
      </mn> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mi>
         E 
       </mi> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           V 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            r 
          </mi> 
          <mi>
            e 
          </mi> 
          <mi>
            f 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
     </mrow> 
    </math> and 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         I 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          r 
        </mi> 
        <mi>
          e 
        </mi> 
        <mi>
          f 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mi>
         P 
       </mi> 
       <mi>
         E 
       </mi> 
      </mfrac> 
     </mrow> 
    </math>.</p>
   <p>The parameters of the controller 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        α 
      </mi> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
      <mi>
        τ 
      </mi> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         K 
       </mi> 
       <mi>
         p 
       </mi> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> and 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         K 
       </mi> 
       <mi>
         i 
       </mi> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> can be chosen to ensure the stability of the error dynamics driven by 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mover accent="true"> 
        <mi>
          f 
        </mi> 
        <mo>
          ˙ 
        </mo> 
       </mover> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> and 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mover accent="true"> 
        <mi>
          f 
        </mi> 
        <mo>
          ˙ 
        </mo> 
       </mover> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math>. If the rate of changes of these uncertainties are bounded, then bounded input-bounded output (BIBO) stability is ensured and in this situation, the output may suffer from small steady state errors. On the other hand, if 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mrow> 
        <mi>
          lim 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          → 
        </mo> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </mrow> 
      </msub> 
      <msub> 
       <mover accent="true"> 
        <mi>
          f 
        </mi> 
        <mo>
          ˙ 
        </mo> 
       </mover> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mrow> 
        <mi>
          lim 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          → 
        </mo> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </mrow> 
      </msub> 
      <msub> 
       <mover accent="true"> 
        <mi>
          f 
        </mi> 
        <mo>
          ˙ 
        </mo> 
       </mover> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, then in this case local asymptotic stability of the error dynamics is ensured.</p>
   <p>Also, for slow time-varying lumped uncertainties, with the use of a filter with very broad bandwidth, we can reasonably assume that 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mover accent="true"> 
        <mi>
          f 
        </mi> 
        <mo>
          ˜ 
        </mo> 
       </mover> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        ≈ 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math> and 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mover accent="true"> 
        <mi>
          f 
        </mi> 
        <mo>
          ˜ 
        </mo> 
       </mover> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        ≈ 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math> and this case, the error dynamics (11) reduced to</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mover accent="true"> 
        <mi>
          e 
        </mi> 
        <mo>
          ˙ 
        </mo> 
       </mover> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         t 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mi>
        α 
      </mi> 
      <msub> 
       <mi>
         e 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         t 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>(28)</p>
   <p>For simplicity, we assume that (28) holds. Please note that this assumption is made only to facilitate the determination of the stabilizing controller gains.</p>
   <p>In view of (28), 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         e 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        → 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math> with a decay rate 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        α 
      </mi> 
      <mo>
        &gt; 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math> that can be chosen large enough to ensure that the motion rate of the current (inner-current loop) is much faster than the motion rate of the output voltage. In this case, we can assume that 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         e 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math> and 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         e 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mn>
          11 
        </mn> 
       </mrow> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msubsup> 
       <mi>
         e 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mn>
          11 
        </mn> 
       </mrow> 
       <mtext>
         * 
       </mtext> 
      </msubsup> 
     </mrow> 
    </math> in the linearization of the system given by (22) and the second Equation of (24) around the equilibrium 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msubsup> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
         <mtext>
           * 
         </mtext> 
        </msubsup> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <msubsup> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mn>
            22 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mtext>
           * 
         </mtext> 
        </msubsup> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mfrac> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             I 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mi>
              r 
            </mi> 
            <mi>
              e 
            </mi> 
            <mi>
              f 
            </mi> 
           </mrow> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             K 
           </mi> 
           <mi>
             i 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </mfrac> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>. This linearization yields</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         [ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtable> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mover accent="true"> 
              <mover accent="true"> 
               <mi>
                 e 
               </mi> 
               <mo>
                 ˜ 
               </mo> 
              </mover> 
              <mo>
                ˙ 
              </mo> 
             </mover> 
             <mrow> 
              <mn>
                22 
              </mn> 
             </mrow> 
            </msub> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mover accent="true"> 
              <mover accent="true"> 
               <mi>
                 e 
               </mi> 
               <mo>
                 ˜ 
               </mo> 
              </mover> 
              <mo>
                ˙ 
              </mo> 
             </mover> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </msub> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
        </mtable> 
       </mrow> 
       <mo>
         ] 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         [ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtable> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </mtd> 
          <mtd> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               b 
             </mi> 
             <mn>
               3 
             </mn> 
            </msub> 
           </mrow> 
          </mtd> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               b 
             </mi> 
             <mn>
               4 
             </mn> 
            </msub> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
        </mtable> 
       </mrow> 
       <mo>
         ] 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         [ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtable> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mover accent="true"> 
              <mi>
                e 
              </mi> 
              <mo>
                ˜ 
              </mo> 
             </mover> 
             <mrow> 
              <mn>
                22 
              </mn> 
             </mrow> 
            </msub> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mover accent="true"> 
              <mi>
                e 
              </mi> 
              <mo>
                ˜ 
              </mo> 
             </mover> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </msub> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
        </mtable> 
       </mrow> 
       <mo>
         ] 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>(29)</p>
   <p>where 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         b 
       </mi> 
       <mn>
         3 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> and 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         b 
       </mi> 
       <mn>
         4 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> are defined in (27). For the equilibrium 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msubsup> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
         <mtext>
           * 
         </mtext> 
        </msubsup> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <msubsup> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mn>
            22 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mtext>
           * 
         </mtext> 
        </msubsup> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> to be asymptotically stable we must have</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         b 
       </mi> 
       <mn>
         3 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        &lt; 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <msub> 
       <mi>
         b 
       </mi> 
       <mn>
         4 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        &lt; 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>(30)</p>
   <p>It is easily shown that if</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         K 
       </mi> 
       <mi>
         i 
       </mi> 
      </msub> 
      <mo>
        &gt; 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>(31)</p>
   <p>then 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         b 
       </mi> 
       <mn>
         3 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        &lt; 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>. Also if</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         K 
       </mi> 
       <mi>
         p 
       </mi> 
      </msub> 
      <mo>
        &gt; 
      </mo> 
      <mi>
        β 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             L 
           </mi> 
           <mi>
             o 
           </mi> 
          </msub> 
          <msub> 
           <mi>
             K 
           </mi> 
           <mi>
             i 
           </mi> 
          </msub> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             u 
           </mi> 
           <mi>
             o 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           I 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            r 
          </mi> 
          <mi>
            e 
          </mi> 
          <mi>
            f 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
        <msub> 
         <mi>
           V 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            r 
          </mi> 
          <mi>
            e 
          </mi> 
          <mi>
            f 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mi>
          P 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             u 
           </mi> 
           <mi>
             o 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <msubsup> 
         <mi>
           V 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            r 
          </mi> 
          <mi>
            e 
          </mi> 
          <mi>
            f 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msubsup> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
     </mrow> 
    </math>(32)</p>
   <p>then 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         b 
       </mi> 
       <mn>
         4 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        &lt; 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>.</p>
  </sec><sec id="s4">
   <title>4. Controller Parameters Selection</title>
   <p>The implementation of the controller given in (18) requires the proper selection of 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         K 
       </mi> 
       <mi>
         p 
       </mi> 
      </msub> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         K 
       </mi> 
       <mi>
         i 
       </mi> 
      </msub> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
      <mi>
        α 
      </mi> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
      <mi>
        τ 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math> and could be determined as follows:</p>
   <p>Step 1. Determination of 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         K 
       </mi> 
       <mi>
         p 
       </mi> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> and 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         K 
       </mi> 
       <mi>
         i 
       </mi> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math>.</p>
   <p>The proportional gain 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         K 
       </mi> 
       <mi>
         p 
       </mi> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> and the integral gain 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         K 
       </mi> 
       <mi>
         i 
       </mi> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> that defines the reference current given in (6) are determined to meet a desired percent overshoot, 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        P 
      </mi> 
      <mi>
        O 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math>, and a settling time, 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         T 
       </mi> 
       <mi>
         s 
       </mi> 
      </msub> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
     </mrow> 
    </math> for the linear second-order system given by (29). In this case, the nominal values 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         E 
       </mi> 
       <mi>
         o 
       </mi> 
      </msub> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         L 
       </mi> 
       <mi>
         o 
       </mi> 
      </msub> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         C 
       </mi> 
       <mi>
         o 
       </mi> 
      </msub> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         P 
       </mi> 
       <mi>
         o 
       </mi> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> are used in the linear model.</p>
   <p>For a specified percent overshoot 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        P 
      </mi> 
      <mi>
        O 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math> and using a 2% criterion settling time 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         T 
       </mi> 
       <mi>
         s 
       </mi> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math>, we have the following relationships</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mtable columnalign="left"> 
       <mtr columnalign="left"> 
        <mtd columnalign="left"> 
         <mrow> 
          <mi>
            ζ 
          </mi> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mfrac> 
           <mrow> 
            <mi>
              L 
            </mi> 
            <mi>
              n 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mfrac> 
               <mrow> 
                <mi>
                  P 
                </mi> 
                <mi>
                  O 
                </mi> 
               </mrow> 
               <mrow> 
                <mn>
                  100 
                </mn> 
               </mrow> 
              </mfrac> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <msqrt> 
             <mrow> 
              <msup> 
               <mi>
                 π 
               </mi> 
               <mn>
                 2 
               </mn> 
              </msup> 
              <mo>
                + 
              </mo> 
              <mi>
                L 
              </mi> 
              <msup> 
               <mi>
                 n 
               </mi> 
               <mn>
                 2 
               </mn> 
              </msup> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ( 
               </mo> 
               <mrow> 
                <mfrac> 
                 <mrow> 
                  <mi>
                    P 
                  </mi> 
                  <mi>
                    O 
                  </mi> 
                 </mrow> 
                 <mrow> 
                  <mn>
                    100 
                  </mn> 
                 </mrow> 
                </mfrac> 
               </mrow> 
               <mo>
                 ) 
               </mo> 
              </mrow> 
             </mrow> 
            </msqrt> 
           </mrow> 
          </mfrac> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <msub> 
           <mi>
             ω 
           </mi> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
          </msub> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <mfrac> 
           <mn>
             4 
           </mn> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               T 
             </mi> 
             <mi>
               s 
             </mi> 
            </msub> 
            <mi>
              ζ 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mfrac> 
         </mrow> 
        </mtd> 
       </mtr> 
      </mtable> 
     </mrow> 
    </math>(33)</p>
   <p>where 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         ω 
       </mi> 
       <mi>
         n 
       </mi> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> is the undamped natural frequency and 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       ζ 
     </mi> 
    </math> is the damping factor. In this case, we can determine the values of 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         b 
       </mi> 
       <mn>
         3 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <msubsup> 
       <mi>
         ω 
       </mi> 
       <mi>
         n 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msubsup> 
     </mrow> 
    </math> and 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         b 
       </mi> 
       <mn>
         4 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mn>
        2 
      </mn> 
      <mi>
        ζ 
      </mi> 
      <msub> 
       <mi>
         ω 
       </mi> 
       <mi>
         n 
       </mi> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> given in (27). From 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         b 
       </mi> 
       <mn>
         3 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math>, we can solve for 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         K 
       </mi> 
       <mi>
         i 
       </mi> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> as</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mtable columnalign="left"> 
       <mtr columnalign="left"> 
        <mtd columnalign="left"> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             K 
           </mi> 
           <mi>
             i 
           </mi> 
          </msub> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <mfrac> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               C 
             </mi> 
             <mi>
               o 
             </mi> 
            </msub> 
            <msubsup> 
             <mi>
               ω 
             </mi> 
             <mi>
               n 
             </mi> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </msubsup> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <msubsup> 
             <mi>
               u 
             </mi> 
             <mi>
               o 
             </mi> 
             <mtext>
               * 
             </mtext> 
            </msubsup> 
           </mrow> 
          </mfrac> 
         </mrow> 
        </mtd> 
       </mtr> 
      </mtable> 
     </mrow> 
    </math>(34)</p>
   <p>we substitute the expression of 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         K 
       </mi> 
       <mi>
         i 
       </mi> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> given in (34) into the expression of 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         b 
       </mi> 
       <mn>
         4 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> given in (27) and solve for 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         K 
       </mi> 
       <mi>
         p 
       </mi> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math></p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mtable columnalign="left"> 
       <mtr columnalign="left"> 
        <mtd columnalign="left"> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             K 
           </mi> 
           <mi>
             p 
           </mi> 
          </msub> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <mfrac> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               C 
             </mi> 
             <mi>
               o 
             </mi> 
            </msub> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <msubsup> 
             <mi>
               u 
             </mi> 
             <mi>
               o 
             </mi> 
             <mtext>
               * 
             </mtext> 
            </msubsup> 
           </mrow> 
          </mfrac> 
          <mrow> 
           <mo>
             [ 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
            <mi>
              ζ 
            </mi> 
            <msub> 
             <mi>
               ω 
             </mi> 
             <mi>
               n 
             </mi> 
            </msub> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <mfrac> 
             <mrow> 
              <msub> 
               <mi>
                 a 
               </mi> 
               <mi>
                 o 
               </mi> 
              </msub> 
              <mtext> 
              </mtext> 
              <msub> 
               <mi>
                 I 
               </mi> 
               <mrow> 
                <mi>
                  r 
                </mi> 
                <mi>
                  e 
                </mi> 
                <mi>
                  f 
                </mi> 
               </mrow> 
              </msub> 
             </mrow> 
             <mrow> 
              <msub> 
               <mi>
                 C 
               </mi> 
               <mi>
                 o 
               </mi> 
              </msub> 
              <msub> 
               <mi>
                 V 
               </mi> 
               <mrow> 
                <mi>
                  r 
                </mi> 
                <mi>
                  e 
                </mi> 
                <mi>
                  f 
                </mi> 
               </mrow> 
              </msub> 
             </mrow> 
            </mfrac> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <mfrac> 
             <mrow> 
              <msub> 
               <mi>
                 P 
               </mi> 
               <mi>
                 o 
               </mi> 
              </msub> 
             </mrow> 
             <mrow> 
              <msub> 
               <mi>
                 C 
               </mi> 
               <mi>
                 o 
               </mi> 
              </msub> 
              <msubsup> 
               <mi>
                 V 
               </mi> 
               <mrow> 
                <mi>
                  r 
                </mi> 
                <mi>
                  e 
                </mi> 
                <mi>
                  f 
                </mi> 
               </mrow> 
               <mn>
                 2 
               </mn> 
              </msubsup> 
             </mrow> 
            </mfrac> 
           </mrow> 
           <mo>
             ] 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </mtd> 
       </mtr> 
      </mtable> 
     </mrow> 
    </math>(35)</p>
   <p>where</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mtable columnalign="left"> 
       <mtr columnalign="left"> 
        <mtd columnalign="left"> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             I 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mi>
              r 
            </mi> 
            <mi>
              e 
            </mi> 
            <mi>
              f 
            </mi> 
            <mi>
              o 
            </mi> 
           </mrow> 
          </msub> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <mfrac> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               P 
             </mi> 
             <mi>
               o 
             </mi> 
            </msub> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               V 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mi>
                r 
              </mi> 
              <mi>
                e 
              </mi> 
              <mi>
                f 
              </mi> 
             </mrow> 
            </msub> 
           </mrow> 
          </mfrac> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <msubsup> 
           <mi>
             u 
           </mi> 
           <mi>
             o 
           </mi> 
           <mtext>
             * 
           </mtext> 
          </msubsup> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mfrac> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               E 
             </mi> 
             <mi>
               o 
             </mi> 
            </msub> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               V 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mi>
                r 
              </mi> 
              <mi>
                e 
              </mi> 
              <mi>
                f 
              </mi> 
             </mrow> 
            </msub> 
           </mrow> 
          </mfrac> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <msub> 
           <mi>
             a 
           </mi> 
           <mi>
             o 
           </mi> 
          </msub> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <mfrac> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               L 
             </mi> 
             <mi>
               o 
             </mi> 
            </msub> 
            <msub> 
             <mi>
               C 
             </mi> 
             <mi>
               o 
             </mi> 
            </msub> 
            <msubsup> 
             <mi>
               ω 
             </mi> 
             <mi>
               n 
             </mi> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </msubsup> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <msubsup> 
             <mi>
               u 
             </mi> 
             <mi>
               o 
             </mi> 
             <mtext>
               * 
             </mtext> 
            </msubsup> 
           </mrow> 
          </mfrac> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <msubsup> 
           <mi>
             u 
           </mi> 
           <mi>
             o 
           </mi> 
           <mtext>
             * 
           </mtext> 
          </msubsup> 
         </mrow> 
        </mtd> 
       </mtr> 
      </mtable> 
     </mrow> 
    </math>(36)</p>
   <p>The calculated gain 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         K 
       </mi> 
       <mi>
         p 
       </mi> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> must satisfy condition (32). If it is not, then the percent overshoot and/or the settling time must be changed.</p>
   <p>Step 2. Determination of 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       α 
     </mi> 
    </math>.</p>
   <p>The selection of the controller gains that ensure control saturation avoidance is a very complex problem. In this step, a possible judicious selection of the decay rate 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       α 
     </mi> 
    </math> that ensures 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
      <mo>
        &lt; 
      </mo> 
      <mi>
        u 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        &lt; 
      </mo> 
      <mn>
        1 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math> during the start-up phase is outlined. Using (2), (5), (6) and (28), we have 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         e 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         t 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         e 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <msup> 
       <mtext>
         e 
       </mtext> 
       <mrow> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mi>
          α 
        </mi> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math> with 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         e 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         K 
       </mi> 
       <mi>
         p 
       </mi> 
      </msub> 
      <msub> 
       <mi>
         e 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msub> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        &lt; 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>. Substitution of 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         e 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         t 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> into the controller u given in (18), the decay rate 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       α 
     </mi> 
    </math> to guarantee 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        u 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        ≈ 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math> is</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mtable columnalign="left"> 
       <mtr columnalign="left"> 
        <mtd columnalign="left"> 
         <mrow> 
          <mi>
            α 
          </mi> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             α 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </msub> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <mfrac> 
           <mrow> 
            <mfrac> 
             <mrow> 
              <msub> 
               <mi>
                 K 
               </mi> 
               <mi>
                 p 
               </mi> 
              </msub> 
              <msub> 
               <mi>
                 V 
               </mi> 
               <mrow> 
                <mi>
                  r 
                </mi> 
                <mi>
                  e 
                </mi> 
                <mi>
                  f 
                </mi> 
               </mrow> 
              </msub> 
             </mrow> 
             <mi>
               τ 
             </mi> 
            </mfrac> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi>
               K 
             </mi> 
             <mi>
               i 
             </mi> 
            </msub> 
            <msub> 
             <mi>
               e 
             </mi> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </msub> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mn>
               0 
             </mn> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <mo>
               | 
             </mo> 
             <mrow> 
              <msub> 
               <mi>
                 e 
               </mi> 
               <mn>
                 1 
               </mn> 
              </msub> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ( 
               </mo> 
               <mn>
                 0 
               </mn> 
               <mo>
                 ) 
               </mo> 
              </mrow> 
             </mrow> 
             <mo>
               | 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
          </mfrac> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mfrac> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
           <mi>
             τ 
           </mi> 
          </mfrac> 
         </mrow> 
        </mtd> 
       </mtr> 
      </mtable> 
     </mrow> 
    </math>(37)</p>
   <p>The decay rate for 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        u 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        ≈ 
      </mo> 
      <mn>
        1 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math> is</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mtable columnalign="left"> 
       <mtr columnalign="left"> 
        <mtd columnalign="left"> 
         <mrow> 
          <mi>
            α 
          </mi> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             α 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msub> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <mfrac> 
           <mrow> 
            <mfrac> 
             <mrow> 
              <msub> 
               <mi>
                 E 
               </mi> 
               <mi>
                 o 
               </mi> 
              </msub> 
             </mrow> 
             <mrow> 
              <msub> 
               <mi>
                 L 
               </mi> 
               <mi>
                 o 
               </mi> 
              </msub> 
             </mrow> 
            </mfrac> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <mfrac> 
             <mrow> 
              <msub> 
               <mi>
                 K 
               </mi> 
               <mi>
                 p 
               </mi> 
              </msub> 
              <msub> 
               <mi>
                 V 
               </mi> 
               <mrow> 
                <mi>
                  r 
                </mi> 
                <mi>
                  e 
                </mi> 
                <mi>
                  f 
                </mi> 
               </mrow> 
              </msub> 
             </mrow> 
             <mi>
               τ 
             </mi> 
            </mfrac> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi>
               K 
             </mi> 
             <mi>
               i 
             </mi> 
            </msub> 
            <msub> 
             <mi>
               e 
             </mi> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </msub> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mn>
               0 
             </mn> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <mo>
               | 
             </mo> 
             <mrow> 
              <msub> 
               <mi>
                 e 
               </mi> 
               <mn>
                 1 
               </mn> 
              </msub> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ( 
               </mo> 
               <mn>
                 0 
               </mn> 
               <mo>
                 ) 
               </mo> 
              </mrow> 
             </mrow> 
             <mo>
               | 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
          </mfrac> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mfrac> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
           <mi>
             τ 
           </mi> 
          </mfrac> 
         </mrow> 
        </mtd> 
       </mtr> 
      </mtable> 
     </mrow> 
    </math>(38)</p>
   <p>A possible choice of the decay rate is</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        α 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0.5 
      </mn> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           α 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msub> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           α 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>(39)</p>
   <p>Step 3. Determination of the filter time constant 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       τ 
     </mi> 
    </math>.</p>
   <p>The time constant of the filter 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       τ 
     </mi> 
    </math> must satisfy the condition</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mtable columnalign="left"> 
       <mtr columnalign="left"> 
        <mtd columnalign="left"> 
         <mrow> 
          <mi>
            τ 
          </mi> 
          <mo>
            &lt; 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             τ 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mi>
              max 
            </mi> 
           </mrow> 
          </msub> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <mfrac> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               K 
             </mi> 
             <mi>
               p 
             </mi> 
            </msub> 
            <msub> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </msub> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mn>
               0 
             </mn> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               K 
             </mi> 
             <mi>
               i 
             </mi> 
            </msub> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <msub> 
               <mi>
                 V 
               </mi> 
               <mrow> 
                <mi>
                  r 
                </mi> 
                <mi>
                  e 
                </mi> 
                <mi>
                  f 
                </mi> 
               </mrow> 
              </msub> 
              <mo>
                − 
              </mo> 
              <msub> 
               <mi>
                 x 
               </mi> 
               <mn>
                 2 
               </mn> 
              </msub> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ( 
               </mo> 
               <mn>
                 0 
               </mn> 
               <mo>
                 ) 
               </mo> 
              </mrow> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
          </mfrac> 
         </mrow> 
        </mtd> 
       </mtr> 
      </mtable> 
     </mrow> 
    </math>(40)</p>
   <p>to ensure that 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         α 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        &gt; 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>. Good estimates of the lumped uncertainties require that 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       τ 
     </mi> 
    </math> must be as small as possible. However, in practice, its value is determined by the computational capability of the controller and the system noise. In this case, we can choose 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       τ 
     </mi> 
    </math></p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        τ 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           τ 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            max 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mi>
         q 
       </mi> 
      </mfrac> 
     </mrow> 
    </math>(41)</p>
   <p>where 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        q 
      </mi> 
      <mo>
        &gt; 
      </mo> 
      <mn>
        1 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math> is a design parameter. The final designed controller must also be a stabilizing controller for the overall system given in (26).</p>
   <p>
    <xref ref-type="fig" rid="fig2">
     Figure 2
    </xref> is the block diagram of the proposed UDE-based robust nonlinear control.</p>
   <fig id="fig2" position="float">
    <label>Figure 2</label>
    <caption>
     <title>Figure 2. Block diagram of the proposed UDE-based robust nonlinear control.</title>
    </caption>
    <graphic mimetype="image" position="float" xlink:type="simple" xlink:href="https://html.scirp.org/file/7601481-rId322.jpeg?20250109121217" />
   </fig>
  </sec><sec id="s5">
   <title>
    <xref ref-type="bibr" rid="scirp.138798-"></xref>5. Simulation Results</title>
   <p>The effectiveness of the proposed controller is validated using the Matlab/Simulink package and is also compared against the controller developed in <xref ref-type="bibr" rid="scirp.138798-10">
     [10]
    </xref> where the actual boost converter parameters considered are</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        L 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        326 
      </mn> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mi>
        μ 
      </mi> 
      <mtext>
        H 
      </mtext> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mi>
        C 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        20 
      </mn> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mi>
        μ 
      </mi> 
      <mtext>
        F 
      </mtext> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mi>
        P 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        1000 
      </mn> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mtext>
        W 
      </mtext> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mi>
        E 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        200 
      </mn> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mtext>
        V 
      </mtext> 
     </mrow> 
    </math>(42)</p>
   <p>They are assumed unknown in the implementation of the proposed controller. The switching frequency is 100 kHz and 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         V 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          r 
        </mi> 
        <mi>
          e 
        </mi> 
        <mi>
          f 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        350 
      </mn> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mtext>
        V 
      </mtext> 
     </mrow> 
    </math>. The simulations are performed using the switched system model instead of the averaged model.</p>
   <p>To test the robustness of the two controllers to parameter uncertainties, they are designed using the following nominal parameters</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         L 
       </mi> 
       <mi>
         o 
       </mi> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        163 
      </mn> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mi>
        μ 
      </mi> 
      <mtext>
        H 
      </mtext> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <msub> 
       <mi>
         C 
       </mi> 
       <mi>
         o 
       </mi> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        40 
      </mn> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mi>
        μ 
      </mi> 
      <mtext>
        F 
      </mtext> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <msub> 
       <mi>
         P 
       </mi> 
       <mi>
         o 
       </mi> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        800 
      </mn> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mtext>
        W 
      </mtext> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <msub> 
       <mi>
         E 
       </mi> 
       <mi>
         o 
       </mi> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        240 
      </mn> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mtext>
        V 
      </mtext> 
     </mrow> 
    </math>(43)</p>
   <p>To account for the conduction losses, we consider the parasitics of the boost converter as</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         R 
       </mi> 
       <mi>
         l 
       </mi> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        3 
      </mn> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mi>
        Ω 
      </mi> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <msub> 
       <mi>
         R 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          D 
        </mi> 
        <mi>
          S 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0.5 
      </mn> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mi>
        Ω 
      </mi> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <msub> 
       <mi>
         V 
       </mi> 
       <mi>
         D 
       </mi> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0.7 
      </mn> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mtext>
        V 
      </mtext> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <msub> 
       <mi>
         R 
       </mi> 
       <mi>
         D 
       </mi> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0.75 
      </mn> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mi>
        Ω 
      </mi> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <msub> 
       <mi>
         R 
       </mi> 
       <mi>
         C 
       </mi> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0.2 
      </mn> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mi>
        Ω 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math>(44)</p>
   <p>The proposed controller is designed for a settling time of 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         T 
       </mi> 
       <mi>
         s 
       </mi> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        2.0 
      </mn> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mtext>
        ms 
      </mtext> 
     </mrow> 
    </math> and a percent overshoot of 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        P 
      </mi> 
      <mi>
        O 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        15 
      </mn> 
      <mtext>
        % 
      </mtext> 
     </mrow> 
    </math> for the linear second-order system given by (29) using the nominal parameter values for the converter. Using Section 4 with 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        q 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        4 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, the parameters of the controller are</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         K 
       </mi> 
       <mi>
         p 
       </mi> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0.250 
      </mn> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <msub> 
       <mi>
         K 
       </mi> 
       <mi>
         i 
       </mi> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        873.2 
      </mn> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mi>
        α 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        37.4 
      </mn> 
      <mo>
        × 
      </mo> 
      <msup> 
       <mrow> 
        <mn>
          10 
        </mn> 
       </mrow> 
       <mn>
         3 
       </mn> 
      </msup> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mi>
        τ 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        156 
      </mn> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mi>
        μ 
      </mi> 
      <mtext>
        s 
      </mtext> 
     </mrow> 
    </math>(45)</p>
   <p>The calculated 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         K 
       </mi> 
       <mi>
         p 
       </mi> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0.250 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math> satisfies condition (32) which in this case is 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         K 
       </mi> 
       <mi>
         p 
       </mi> 
      </msub> 
      <mo>
        &gt; 
      </mo> 
      <mn>
        0.0158 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>.</p>
   <p>The controller proposed in <xref ref-type="bibr" rid="scirp.138798-10">
     [10]
    </xref> is given by</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mtable columnalign="left"> 
       <mtr columnalign="left"> 
        <mtd columnalign="left"> 
         <mrow> 
          <mi>
            u 
          </mi> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <mfrac> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               V 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mi>
                r 
              </mi> 
              <mi>
                e 
              </mi> 
              <mi>
                f 
              </mi> 
             </mrow> 
            </msub> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mi>
              E 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               V 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mi>
                r 
              </mi> 
              <mi>
                e 
              </mi> 
              <mi>
                f 
              </mi> 
             </mrow> 
            </msub> 
           </mrow> 
          </mfrac> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             K 
           </mi> 
           <mi>
             p 
           </mi> 
          </msub> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mfrac> 
             <mover accent="true"> 
              <mi>
                P 
              </mi> 
              <mo>
                ^ 
              </mo> 
             </mover> 
             <mi>
               E 
             </mi> 
            </mfrac> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
            </msub> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mover accent="true"> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              P 
            </mi> 
            <mo>
              ^ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mo>
             ˙ 
           </mo> 
          </mover> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <mfrac> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               K 
             </mi> 
             <mi>
               E 
             </mi> 
            </msub> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <msub> 
               <mi>
                 V 
               </mi> 
               <mrow> 
                <mi>
                  r 
                </mi> 
                <mi>
                  e 
                </mi> 
                <mi>
                  f 
                </mi> 
               </mrow> 
              </msub> 
              <mo>
                − 
              </mo> 
              <msub> 
               <mi>
                 x 
               </mi> 
               <mn>
                 2 
               </mn> 
              </msub> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi>
               K 
             </mi> 
             <mi>
               A 
             </mi> 
            </msub> 
            <msup> 
             <mrow> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ( 
               </mo> 
               <mrow> 
                <msub> 
                 <mi>
                   V 
                 </mi> 
                 <mrow> 
                  <mi>
                    r 
                  </mi> 
                  <mi>
                    e 
                  </mi> 
                  <mi>
                    f 
                  </mi> 
                 </mrow> 
                </msub> 
                <mo>
                  − 
                </mo> 
                <msub> 
                 <mi>
                   x 
                 </mi> 
                 <mn>
                   2 
                 </mn> 
                </msub> 
               </mrow> 
               <mo>
                 ) 
               </mo> 
              </mrow> 
             </mrow> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </msup> 
           </mrow> 
          </mfrac> 
         </mrow> 
        </mtd> 
       </mtr> 
      </mtable> 
     </mrow> 
    </math>(46)</p>
   <p>where 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mover accent="true"> 
      <mi>
        P 
      </mi> 
      <mo>
        ^ 
      </mo> 
     </mover> 
    </math> is the load estimate. With 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         K 
       </mi> 
       <mi>
         p 
       </mi> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0.01 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math> and 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         K 
       </mi> 
       <mi>
         E 
       </mi> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        40 
      </mn> 
      <mo>
        × 
      </mo> 
      <msup> 
       <mrow> 
        <mn>
          10 
        </mn> 
       </mrow> 
       <mn>
         3 
       </mn> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math>. The parameter 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         K 
       </mi> 
       <mi>
         A 
       </mi> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> was not provided in the paper. A choice of 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         K 
       </mi> 
       <mi>
         A 
       </mi> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        4 
      </mn> 
      <mo>
        × 
      </mo> 
      <msup> 
       <mrow> 
        <mn>
          10 
        </mn> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mn>
          4 
        </mn> 
       </mrow> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math> gave similar responses to the ones reported in <xref ref-type="bibr" rid="scirp.138798-10">
     [10]
    </xref>.</p>
   <p>
    <xref ref-type="fig" rid="fig3">
     Figure 3
    </xref> depicts the responses of the converter subject to the controller (46) of <xref ref-type="bibr" rid="scirp.138798-10">
     [10]
    </xref> and to the proposed controller given by (18). The converter is subject to step input voltage changes from 200 V to 220 V at 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        t 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0.02 
      </mn> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mtext>
        s 
      </mtext> 
     </mrow> 
    </math> and then back to 200 V at 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        t 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0.03 
      </mn> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mtext>
        s 
      </mtext> 
     </mrow> 
    </math> and step load power changes from 1000 W to 500 W at 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        t 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0.04 
      </mn> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mtext>
        s 
      </mtext> 
     </mrow> 
    </math> and then back to 1000 W at 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        t 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0.050 
      </mn> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mtext>
        s 
      </mtext> 
     </mrow> 
    </math>. The maximum output variation is 6.1 V with the input disturbance rejected in 1.80 ms with the proposed controller and 30 V and 5.62 ms with the controller of <xref ref-type="bibr" rid="scirp.138798-10">
     [10]
    </xref>. The maximum output variation is 9 V with the power disturbance rejected in 2.3 ms with the proposed controller and 26 V with 5.34 ms with the controller of <xref ref-type="bibr" rid="scirp.138798-10">
     [10]
    </xref>. <xref ref-type="fig" rid="fig4">
     Figure 4
    </xref>, and <xref ref-type="fig" rid="fig5">
     Figure 5
    </xref> depict the plot of the inductor current 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> and the proposed controller 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       u 
     </mi> 
    </math> respectively.</p>
   <fig id="fig3" position="float">
    <label>Figure 3</label>
    <caption>
     <title>Figure 3. Output voltage transient responses due to stepwise input and load power changes using the proposed controller in color red and the controller reported in <xref ref-type="bibr" rid="scirp.138798-10">
       [10]
      </xref> in color black.</title>
    </caption>
    <graphic mimetype="image" position="float" xlink:type="simple" xlink:href="https://html.scirp.org/file/7601481-rId367.jpeg?20250109121218" />
   </fig>
   <fig id="fig4" position="float">
    <label>Figure 4</label>
    <caption>
     <title>Figure 4. Inductor current 

      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
  
        <msub> 
   
         <mi>
          
    x
   
         </mi> 
   
         <mn>
          
    1
   
         </mn> 
  
        </msub> 
 
       </mrow>

      </math>.</title>
    </caption>
    <graphic mimetype="image" position="float" xlink:type="simple" xlink:href="https://html.scirp.org/file/7601481-rId368.jpeg?20250109121218" />
   </fig>
   <fig id="fig5" position="float">
    <label>Figure 5</label>
    <caption>
     <title>Figure 5. The waveform of the proposed controller u.</title>
    </caption>
    <graphic mimetype="image" position="float" xlink:type="simple" xlink:href="https://html.scirp.org/file/7601481-rId371.jpeg?20250109121218" />
   </fig>
   <p>To test the robustness to time-varying load powers, the converter is subject to the time-varying load power profile shown in <xref ref-type="fig" rid="fig6">
     Figure 6
    </xref>. <xref ref-type="fig" rid="fig7">
     Figure 7
    </xref> depicts the output responses showing an average DC offset error of 3.2 V with the controller of <xref ref-type="bibr" rid="scirp.138798-10">
     [10]
    </xref> and 35 mV with the proposed controller. For the robustness to external disturbances, the converter is subject to a sawtooth load power disturbance of 200 W amplitude and a frequency of 25 Hz shown in <xref ref-type="fig" rid="fig8">
     Figure 8
    </xref>. <xref ref-type="fig" rid="fig9">
     Figure 9
    </xref> depicts the output responses showing an average DC offset error of 1.3 V with the controller of <xref ref-type="bibr" rid="scirp.138798-10">
     [10]
    </xref> and 100 mV with the proposed controller. We should note that the assumption given in (15) is satisfied with the time-varying external disturbances used in this work.</p>
   <fig id="fig6" position="float">
    <label>Figure 6</label>
    <caption>
     <title>Figure 6. Time-varying load power variations.</title>
    </caption>
    <graphic mimetype="image" position="float" xlink:type="simple" xlink:href="https://html.scirp.org/file/7601481-rId372.jpeg?20250109121218" />
   </fig>
   <fig id="fig7" position="float">
    <label>Figure 7</label>
    <caption>
     <title>Figure 7. Output voltage response of the converter due to time-varying load power changes using the proposed controller in color red and the controller reported in <xref ref-type="bibr" rid="scirp.138798-10">
       [10]
      </xref> in color black.</title>
    </caption>
    <graphic mimetype="image" position="float" xlink:type="simple" xlink:href="https://html.scirp.org/file/7601481-rId373.jpeg?20250109121218" />
   </fig>
   <fig id="fig8" position="float">
    <label>Figure 8</label>
    <caption>
     <title>Figure 8. Load power with a sawtooth disturbance of amplitude 200 W and frequenct of 25 Hz.</title>
    </caption>
    <graphic mimetype="image" position="float" xlink:type="simple" xlink:href="https://html.scirp.org/file/7601481-rId374.jpeg?20250109121218" />
   </fig>
   <fig id="fig9" position="float">
    <label>Figure 9</label>
    <caption>
     <title>Figure 9. Output voltage response of the converter due to time-varying disturbance using the proposed controller in color red and the controller reported in <xref ref-type="bibr" rid="scirp.138798-10">
       [10]
      </xref> in color black.</title>
    </caption>
    <graphic mimetype="image" position="float" xlink:type="simple" xlink:href="https://html.scirp.org/file/7601481-rId375.jpeg?20250109121218" />
   </fig>
   <p>For both controllers, the output voltage is accurately tracking the reference voltage for step input voltages and step output power loads. The power load estimate 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mover accent="true"> 
      <mi>
        P 
      </mi> 
      <mo>
        ^ 
      </mo> 
     </mover> 
    </math> of <xref ref-type="bibr" rid="scirp.138798-10">
     [10]
    </xref> exhibits a very large steady state error with respect to the actual power 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       P 
     </mi> 
    </math> in order to absorb the effects of the external disturbances, the parameter uncertainties and the parasitics of the converter. As this example illustrates, taking them into account, a fast estimator is designed that is intrinsic and embedded in a single control law (18) that is capable of dynamically compensating for the external disturbances, the parasitics and the parameter uncertainties, and thus delivering a much better disturbance suppression than the proposed controller of <xref ref-type="bibr" rid="scirp.138798-10">
     [10]
    </xref>.</p>
  </sec><sec id="s6">
   <title>
    <xref ref-type="bibr" rid="scirp.138798-"></xref>6. Conclusion</title>
   <p>In this work, a UDE-based controller is designed for the DC-DC boost converter where the load power and input voltage variations, the parasitics and the uncertainties of the converter are unknown but taken into account in the development of a robust controller that is simple and easy to design. A systematic procedure is developed to select the controller gains to achieve a satisfactory output response. Using simulation, the effectiveness of the proposed controller is compared against the recent nonlinear robust controller of <xref ref-type="bibr" rid="scirp.138798-10">
     [10]
    </xref>. Future work will be to validate the proposed controller experimentally and perform the stability analysis of the non-linear closed-loop system instead of the linearized one.</p>
  </sec>
 </body><back>
  <ref-list>
   <title>References</title>
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