<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD JATS (Z39.96) Journal Publishing DTD v1.1 20151215//EN" "http://jats.nlm.nih.gov/publishing/1.1/JATS-journalpublishing1.dtd">
<article xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" article-type="research-article" dtd-version="1.1">
<front>
<journal-meta>
<journal-id journal-id-type="pmc">IASC</journal-id>
<journal-id journal-id-type="nlm-ta">IASC</journal-id>
<journal-id journal-id-type="publisher-id">IASC</journal-id>
<journal-title-group>
<journal-title>Intelligent Automation &#x0026; Soft Computing</journal-title>
</journal-title-group>
<issn pub-type="epub">2326-005X</issn>
<issn pub-type="ppub">1079-8587</issn>
<publisher>
<publisher-name>Tech Science Press</publisher-name>
<publisher-loc>USA</publisher-loc>
</publisher>
</journal-meta>
<article-meta>
<article-id pub-id-type="publisher-id">1000</article-id>
<article-id pub-id-type="doi">10.32604/iasc.2021.01000</article-id>
<article-categories>
<subj-group subj-group-type="heading">
<subject>Article</subject>
</subj-group>
</article-categories>
<title-group>
<article-title>SVSF-Based Robust UGV/UAV Control/Tracking Architecture in Disturbed Environment</article-title>
<alt-title alt-title-type="left-running-head">SVSF-Based Robust UGV/UAV Control/Tracking Architecture in Disturbed Environment</alt-title>
<alt-title alt-title-type="right-running-head">SVSF-Based Robust UGV/UAV Control/Tracking Architecture in Disturbed Environment</alt-title>
</title-group>
<contrib-group content-type="authors">
<contrib id="author-1" contrib-type="author" corresp="yes">
<name name-style="western">
<surname>Oussar</surname>
<given-names>Abdelatif</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff-1">1</xref>
<email>oussarabdelatif@gmail.com</email>
</contrib>
<contrib id="author-2" contrib-type="author">
<name name-style="western">
<surname>Ferrag</surname>
<given-names>Abdelmoumen</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff-1">1</xref>
</contrib>
<contrib id="author-3" contrib-type="author">
<name name-style="western">
<surname>Guiatni</surname>
<given-names>Mohamed</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff-1">1</xref>
</contrib>
<contrib id="author-4" contrib-type="author">
<name name-style="western">
<surname>Hamerlain</surname>
<given-names>Mustapha</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff-2">2</xref>
</contrib>
<aff id="aff-1">
<label>1</label><institution>Ecole Militaire Polytechnique</institution>, <addr-line>Algiers</addr-line>, <country>Algeria</country></aff>
<aff id="aff-2">
<label>2</label><institution>Centre de D&#x00E9;veloppement des Technologies Avanc&#x00E9;es</institution>, <addr-line>Algiers</addr-line>, <country>Algeria</country></aff>
</contrib-group><author-notes><corresp id="cor1">&#x002A;Corresponding Author: Abdelatif Oussar. Email: <email>oussarabdelatif@gmail.com</email></corresp></author-notes>
<pub-date pub-type="epub" date-type="pub" iso-8601-date="2021-06-02">
<day>2</day>
<month>6</month>
<year>2021</year>
</pub-date>
<volume>29</volume>
<issue>2</issue>
<fpage>467</fpage>
<lpage>495</lpage>
<history>
<date date-type="received">
<day>04</day>
<month>12</month>
<year>2019</year>
</date>
<date date-type="accepted">
<day>03</day>
<month>7</month>
<year>2020</year>
</date>
</history>
<permissions>
<copyright-statement>&#x00A9; 2021 Oussar et al.</copyright-statement>
<copyright-year>2021</copyright-year>
<copyright-holder>Oussar et al.</copyright-holder>
<license xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">
<license-p>This work is licensed under a <ext-link ext-link-type="uri" xlink:type="simple" xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">Creative Commons Attribution 4.0 International License</ext-link>, which permits unrestricted use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.</license-p>
</license>
</permissions>
<self-uri content-type="pdf" xlink:href="TSP_IASC_1000.pdf"></self-uri>
<abstract>
<p>This paper presents the design of a robust architecture for the tracking of an unmanned ground vehicle (UGV) by an unmanned aerial vehicle (UAV). To enhance the robustness of the ground vehicle in the face of external disturbances and handle the non-linearities due to inputs saturation, an integral sliding mode controller was designed for the task of trajectory tracking. Stabilization of the aerial vehicle is achieved using an integral-backstepping solution. Estimation of the relative position between the two agents was solved using two approaches: the first solution (optimal) is based on a Kalman filter (KF) the second solution (robust) uses a smooth variable structure filter (SVSF). Simulations results, based on the full non-linear model of the two agents are presented in order to evaluate the performance and robustness of the proposed tracking architecture.</p>
</abstract>
<kwd-group kwd-group-type="author">
<kwd>UGV/UAV tracking</kwd>
<kwd>integral sliding mode controller</kwd>
<kwd>trajectory tracking</kwd>
<kwd>integral-backstepping controller</kwd>
<kwd>Kalman filter</kwd>
<kwd>robust smooth variable structure filter</kwd>
</kwd-group>
</article-meta>
</front>
<body>
<sec id="s1">
<label>1</label>
<title>Introduction</title>
<p>Unmanned aerial/ground cooperation is increasingly attracting the attention of researchers. This is essentially due to the complementary skills provided by each type to overcome the specific limitations of each other. UGVs offer a higher payload and stronger calculation capabilities, while UAVs provide faster dynamics, and add a local coverage for the unseen areas from an aerial view [<xref ref-type="bibr" rid="ref-1">1</xref>]. Indeed, deployment of integrated multi-robot team consisting of heterogeneous robots provides advantages compared to strict homogeneous compositions. One of the attractive scenarios for multi-agent system is the tracking of a ground target using an unmanned aerial vehicle [<xref ref-type="bibr" rid="ref-2">2</xref>]. This allows performing important tasks like surveillance of convoys, reconnaissance, and intelligence missions [<xref ref-type="bibr" rid="ref-3">3</xref>]. Tracking ground targets is more difficult than aerial ones due to the topographic variations that can influence a target&#x2019;s motion patterns and obscurity to observation [<xref ref-type="bibr" rid="ref-4">4</xref>].</p>
<p>Many results related to this topic have been presented in the last few years. A circular pattern navigation algorithm for autonomous target tracking was presented in Rafi et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-5">5</xref>] and Wise et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-6">6</xref>], showing a good performance in simulation. Solutions based on partial information of the target state were presented in Peterson et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-7">7</xref>], Summers et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-8">8</xref>] and Kim et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-9">9</xref>]. Observers, adaptive control, and extended Kalman filtering were used in this works for estimating the full target state. In Kim et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-9">9</xref>] a non-linear model predictive controller was used to achieve the desired standoff configuration for an accelerating target. Quintero et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-10">10</xref>] presented an output-feedback model predictive control with moving horizon estimation for target tracking by UAV, showing a good robustness.</p>
<p>Other works dealt with trajectory acquisition from video cameras, using particle filters for target estimation from non-stabilised cameras [<xref ref-type="bibr" rid="ref-11">11</xref>]. Multiple target tracking was achieved using Joint Probabilistic Data Association Filter (JPDAF) in the presence of unreliable target identification [<xref ref-type="bibr" rid="ref-12">12</xref>]. If a model for the object&#x2019;s motion is known, an observer can be used to estimate the object&#x2019;s velocity [<xref ref-type="bibr" rid="ref-13">13</xref>]. The recent work [<xref ref-type="bibr" rid="ref-14">14</xref>] covered one of the most important applications of estimation theory, namely, multi-target tracking, and included a thorough treatment of multisensor fusion and multiple hypothesis tracking, attribute-aided tracking, unresolved targets, sensor management, etc.</p>
<p>Air-ground collaborative systems find their applications in several fields. Authors in [<xref ref-type="bibr" rid="ref-15">15</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="ref-21">21</xref>] present significant studies on Intelligence Surveillance and Reconnaissance (ISR) missions including both aerial and terrestrial vehicles. On the other hand, object tracking, path planning and localization are the others missions where this UAV/UGV cooperation is beneficial. We quote here some noteworthy studies [<xref ref-type="bibr" rid="ref-22">22</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="ref-26">26</xref>] related with UAV/UGV systems collaborating to perform the above-mentioned tasks. As important part of this air-ground cooperation, many works have focused on &#x201C;formation control&#x201D; [<xref ref-type="bibr" rid="ref-27">27</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="ref-29">29</xref>]. However, such hybrid UAV/UGV architecture can combine their tasks to achieve more complex missions [<xref ref-type="bibr" rid="ref-30">30</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="ref-32">32</xref>].</p>
<p>More recently many studies have been made proposing new approaches to path planning for heterogeneous cooperating team (Air-ground Coordination). In Yulong et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-33">33</xref>], Dubins path planning combined with Traveling Salesman problem was proposed to find the shortest route. A Quaternion based control for circular UAV trajectory tracking, following a ground vehicle was proposed in Abaunza et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-34">34</xref>].</p>
<p>Guastella et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-35">35</xref>] designed a global path planning strategy for a UGV from aerial elevation maps for disaster response. Peterson et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-36">36</xref>] the authors present a collaborative UAV/UGV system to online aerial terrain mapping to inform the ground vehicle&#x2019;s path planning in real time.</p>
<p>This kind of system can have practical applications for search and rescue missions. Some recent projects such as ICARUS [<xref ref-type="bibr" rid="ref-37">37</xref>] and ANKommEn [<xref ref-type="bibr" rid="ref-38">38</xref>] aims to develop a platform using multiple UAV and UGV for exploration of disaster scenarios for the detection of survivors and to provide maps in order to assist in maximizing the efficiency of Search and Rescue (SAR) operations.</p>
<p>In this paper, we first focus on the modeling and robust control of the two heterogeneous robots constituting the cooperative system. The second part covers the tracking problem of the ground agent by the UAV taking into account the dynamics of the aerial agent and the kinematics of the UGV. Since direct measurements are tainted with noise, it is essential to integrate an estimation filter allowing the prediction and estimation of the state of the ground target. We tested two estimation algorithms: the standard Kalman filter and the smooth variable structure filter.</p>
<p>The main contribution of this paper is the design of a new robust architecture for the tracking of an UGV by an UAV in order to deal with external disturbances and model uncertainties. To achieve this goal, the stabilization of the UAV is performed based on the integral-backstepping control approach while an integral sliding mode controller was designed for trajectory tracking. In addition, a comparative study of the proposed approaches for estimating the relative position between the two agents (UGV and UAV), is accomplished, illustrating the advantages of the proposed architecture.</p>
<p>The rest of this paper is organized as follows: in Section 2, the kinematic model of the UGV is presented and an integral sliding mode controller is designed in order to control the UGV motion. Section 3 provides the dynamic model of the UAV (quadrotor) together with the proposed control law based on the integral-backstepping approach. Section 4 presents the tracking algorithms used to estimate the state of the ground vehicle. In order to evaluate the proposed control and tracking architecture, simulation results with different scenarios are presented in Section 5.</p>
</sec>
<sec id="s2">
<label>2</label>
<title>UGV Modelling, Control and Trajectory Tracking</title>
<sec id="s2_1">
<label>2.1</label>
<title>Formulation of the Trajectory Tracking Problem</title>
<p>We assume that the reference trajectory, generated by the motion planning algorithm, fulfils the following model:</p>
<p><disp-formula id="eqn-1">
<label>(1)</label>
<!--<alternatives>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="png" xlink:href="eqn-1.png"/><tex-math id="tex-eqn-1"><![CDATA[$$\left[ {\matrix{ {{{\dot x}_r}} \cr {{{\dot y}_r}} \cr {{{\dot \theta }_r}} \cr } } \right] = \left[ {\matrix{ {\cos {\theta _r}} &#9; 0 \cr {\sin {\theta _r}} &#9; 0 \cr 0 &#9; 1 \cr } } \right]\left[ {\matrix{ {{v_r}} \cr {{w_r}} \cr } } \right]$$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-eqn-1" display="block"><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnspacing="1em" rowspacing="4pt"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x02D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>&#x02D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mo>&#x02D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnspacing="1em" rowspacing="4pt"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnspacing="1em" rowspacing="4pt"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:math>
<!--</alternatives>--></disp-formula></p>
<p>where <inline-formula id="ieqn-1">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-1.png"/><tex-math id="tex-ieqn-1"><![CDATA[${x_r}$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-1"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-2">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-2.png"/><tex-math id="tex-ieqn-2"><![CDATA[${y_r}$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-2"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-3">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-3.png"/><tex-math id="tex-ieqn-3"><![CDATA[${\theta _r}$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-3"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula> represent the desired <inline-formula id="ieqn-4">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-4.png"/><tex-math id="tex-ieqn-4"><![CDATA[$(x,y)$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-4"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula> position and orientation of the UGV, <inline-formula id="ieqn-5">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-5.png"/><tex-math id="tex-ieqn-5"><![CDATA[${v_r}$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-5"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-6">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-6.png"/><tex-math id="tex-ieqn-6"><![CDATA[${w_r}$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-6"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula> are the desired linear and angular velocities respectively.</p>
<fig id="fig-1">
<label>Figure 1</label>
<caption>
<title>Unicycle-type mobile robot</title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="png" xlink:href="IASC_1000-fig-1.png"/>
</fig>
<p>It is obvious that the real controls <inline-formula id="ieqn-7">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-7.png"/><tex-math id="tex-ieqn-7"><![CDATA[$v$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-7"><mml:mi>v</mml:mi></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-8">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-8.png"/><tex-math id="tex-ieqn-8"><![CDATA[$w$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-8"><mml:mi>w</mml:mi></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula> rely on the state measurements <inline-formula id="ieqn-9">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-9.png"/><tex-math id="tex-ieqn-9"><![CDATA[$x,y$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-9"><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-10">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-10.png"/><tex-math id="tex-ieqn-10"><![CDATA[$\theta$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-10"><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula> (<xref ref-type="fig" rid="fig-1">Fig. 1</xref>). Due to measurement noise and modeling uncertainties, here we consider input uncertainties for both <inline-formula id="ieqn-11">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-11.png"/><tex-math id="tex-ieqn-11"><![CDATA[$v$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-11"><mml:mi>v</mml:mi></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-12">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-12.png"/><tex-math id="tex-ieqn-12"><![CDATA[$w$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-12"><mml:mi>w</mml:mi></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula> [<xref ref-type="bibr" rid="ref-39">39</xref>]. Thus, the real equation of the robot trajectory fulfills the following model:</p>
<p><disp-formula id="eqn-2">
<label>(2)</label>
<!--<alternatives>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="png" xlink:href="eqn-2.png"/><tex-math id="tex-eqn-2"><![CDATA[$$\left[ {\matrix{ {\dot x} \cr {\dot y} \cr {\dot \theta } \cr } } \right] = \left[ {\matrix{ {\cos \theta } &#9; 0 \cr {\sin \theta } &#9; 0 \cr 0 &#9; 1 \cr } } \right]\left[ {\matrix{ {v + {\delta _v}} \cr {w + {\delta _w}} \cr } } \right]$$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-eqn-2" display="block"><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnspacing="1em" rowspacing="4pt"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x02D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>&#x02D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mo>&#x02D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnspacing="1em" rowspacing="4pt"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnspacing="1em" rowspacing="4pt"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:mi>v</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:mi>w</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:math>
<!--</alternatives>--></disp-formula></p>
<p>where the linear and angular velocities, <inline-formula id="ieqn-13">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-13.png"/><tex-math id="tex-ieqn-13"><![CDATA[$v$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-13"><mml:mi>v</mml:mi></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-14">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-14.png"/><tex-math id="tex-ieqn-14"><![CDATA[$w$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-14"><mml:mi>w</mml:mi></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula>, are defined as follows:</p>
<p><disp-formula id="eqn-3">
<label>(3)</label>
<!--<alternatives>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="png" xlink:href="eqn-3.png"/><tex-math id="tex-eqn-3"><![CDATA[$$v = \displaystyle{r \over 2}({\dot \varphi _d} + {\dot \varphi _l})$$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-eqn-3" display="block"><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mstyle scriptlevel="0" displaystyle="true"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>&#x03C6;</mml:mi><mml:mo>&#x02D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>&#x03C6;</mml:mi><mml:mo>&#x02D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mstyle></mml:math>
<!--</alternatives>--></disp-formula></p>
<p><disp-formula id="eqn-4">
<label>(4)</label>
<!--<alternatives>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="png" xlink:href="eqn-4.png"/><tex-math id="tex-eqn-4"><![CDATA[$$w = \displaystyle{r \over {2L}}({\dot \varphi _d} - {\dot \varphi _l})$$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-eqn-4" display="block"><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mstyle scriptlevel="0" displaystyle="true"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mi>r</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>&#x03C6;</mml:mi><mml:mo>&#x02D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>&#x03C6;</mml:mi><mml:mo>&#x02D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mstyle></mml:math>
<!--</alternatives>--></disp-formula></p>
<p>parameter <inline-formula id="ieqn-15">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-15.png"/><tex-math id="tex-ieqn-15"><![CDATA[$r$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-15"><mml:mi>r</mml:mi></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula> represents the radius of the wheels; <inline-formula id="ieqn-16">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-16.png"/><tex-math id="tex-ieqn-16"><![CDATA[$2L$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-16"><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>L</mml:mi></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula> is the distance between the two driving wheels; <inline-formula id="ieqn-17">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-17.png"/><tex-math id="tex-ieqn-17"><![CDATA[${\dot \varphi _l}$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-17"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>&#x03C6;</mml:mi><mml:mo>&#x02D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-18">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-18.png"/><tex-math id="tex-ieqn-18"><![CDATA[${\dot \varphi _d}$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-18"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>&#x03C6;</mml:mi><mml:mo>&#x02D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula> represent the angular velocity of two wheels left and right-hand side respectively; <inline-formula id="ieqn-19">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-19.png"/><tex-math id="tex-ieqn-19"><![CDATA[${\delta _v}$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-19"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:mi>v</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-20">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-20.png"/><tex-math id="tex-ieqn-20"><![CDATA[${\delta _w}$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-20"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:mi>w</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula> are the uncertainties on <inline-formula id="ieqn-21">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-21.png"/><tex-math id="tex-ieqn-21"><![CDATA[$v$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-21"><mml:mi>v</mml:mi></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-22">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-22.png"/><tex-math id="tex-ieqn-22"><![CDATA[$w$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-22"><mml:mi>w</mml:mi></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula>.</p>
<p>The objective of trajectory tracking is to asymptotically stabilize the tracking errors <inline-formula id="ieqn-23">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-23.png"/><tex-math id="tex-ieqn-23"><![CDATA[${e_x} = {x_r} - x$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-23"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-24">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-24.png"/><tex-math id="tex-ieqn-24"><![CDATA[${e_y} = {y_r} - y$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-24"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-25">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-25.png"/><tex-math id="tex-ieqn-25"><![CDATA[${e_\theta } = {\theta _r} - \theta$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-25"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula> to zero.</p>
<p>Transforming the tracking errors expressed in the inertial frame to the robot frame, the error coordinates can be denoted as follows:</p>
<p><disp-formula id="eqn-5">
<label>(5)</label>
<!--<alternatives>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="png" xlink:href="eqn-5.png"/><tex-math id="tex-eqn-5"><![CDATA[$$\left[ {\matrix{ {{e_1}} \cr {{e_2}} \cr {{e_3}} \cr } } \right] = \left[ {\matrix{ {\cos \theta } &#9; {\sin \theta } &#9; 0 \cr { - \sin \theta } &#9; {\cos \theta } &#9; 0 \cr 0 &#9; 0 &#9; 1 \cr } } \right]\left[ {\matrix{ {{e_x}} \cr {{e_y}} \cr {{e_\theta }} \cr } } \right]$$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-eqn-5" display="block"><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnspacing="1em" rowspacing="4pt"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>e</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>e</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>e</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnspacing="1em" rowspacing="4pt"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnspacing="1em" rowspacing="4pt"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:math>
<!--</alternatives>--></disp-formula></p>
<p>Thus, the tracking-error model is represented by the following equation:</p>
<p><disp-formula id="eqn-6">
<label>(6)</label>
<!--<alternatives>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="png" xlink:href="eqn-6.png"/><tex-math id="tex-eqn-6"><![CDATA[$$\dot e = {f_1}(e) + {f_2}(e)(U + \delta )$$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-eqn-6" display="block"><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo>&#x02D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>f</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>f</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<!--</alternatives>--></disp-formula></p>
<p>where</p>
<p><disp-formula id="eqn-7">
<label>(7)</label>
<!--<alternatives>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="png" xlink:href="eqn-7.png"/><tex-math id="tex-eqn-7"><![CDATA[$$\left\{ {\matrix{ {e = {{[{e_1}\!,{e_2},{e_3}]}^T}} \hfill \cr {{f_1}(e) = {{[{v_r}\cos {e_3},{v_r}\sin {e_3},{w_r}]}^T}} \hfill \cr \vskip 15pt {{f_2}(e) = \left[ {\matrix{ { - 1} &#9; {{e_2}} \cr 0 &#9; { - e1} \cr 0 &#9; { - 1} \cr } } \right]} \hfill \cr\vskip 15pt {U = {{[v,w]}^T}\; {\rm and}\; \delta = {{[{\delta _v},{\delta _w}]}^T}} \hfill \cr } } \right.$$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-eqn-7" display="block"><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnspacing="1em" rowspacing="4pt"><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>e</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>e</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>e</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>f</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>e</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>e</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>f</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnspacing="1em" rowspacing="4pt"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>e</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>e</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:msup></mml:mrow><mml:mspace width="thickmathspace"></mml:mspace><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">a</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">n</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi></mml:mrow><mml:mspace width="thickmathspace"></mml:mspace><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:mi>v</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:mi>w</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo stretchy="true" symmetric="true" fence="true"></mml:mo></mml:mrow></mml:math>
<!--</alternatives>--></disp-formula></p>
</sec>
<sec id="s2_2">
<label>2.2</label>
<title>Integral Sliding Mode Controller Design</title>
<p>Sliding Mode Control (SMC) is widely used in the control of different type of systems, such as wheeled mobile robot [<xref ref-type="bibr" rid="ref-40">40</xref>], five DOF redundant robot [<xref ref-type="bibr" rid="ref-41">41</xref>], PH process in stirred tanks [<xref ref-type="bibr" rid="ref-42">42</xref>], tunnel bow thrusters [<xref ref-type="bibr" rid="ref-43">43</xref>] or for other purpose such as multi-sensors data fusion [<xref ref-type="bibr" rid="ref-44">44</xref>]. In this part, we propose to enhance the SMC with the integral action, to improve its disturbances rejection. This controller is then applied to our UGV system.</p>
<p>For system <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-5">Eq. (5)</xref>, the control law is defined as follows:</p>
<p><disp-formula id="eqn-8">
<label>(8)</label>
<!--<alternatives>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="png" xlink:href="eqn-8.png"/><tex-math id="tex-eqn-8"><![CDATA[$${\cal U} = {{\cal U}_0} + {{\cal U}_1}$$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-eqn-8" display="block"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">U</mml:mi></mml:mrow><mml:mo mathvariant="script">&#x003D;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">U</mml:mi><mml:mn mathvariant="script">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo mathvariant="script">&#x002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">U</mml:mi><mml:mn mathvariant="script">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math>
<!--</alternatives>--></disp-formula></p>
<p><inline-formula id="ieqn-26">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-26.png"/><tex-math id="tex-ieqn-26"><![CDATA[${{\cal{U}}_0}$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-26"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">U</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula> is the nominal control and <inline-formula id="ieqn-27">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-27.png"/><tex-math id="tex-ieqn-27"><![CDATA[${{\cal{U}}_1}$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-27"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">U</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula> represents the ISMC part which is designed to be discontinuous in order to reject the disturbance.</p>
<p>The first part of the control design is to find a saturated control law <inline-formula id="ieqn-28">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-28.png"/><tex-math id="tex-ieqn-28"><![CDATA[${{\cal{U}}_0}$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-28"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">U</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula> so that the nominal system <inline-formula id="ieqn-29">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-29.png"/><tex-math id="tex-ieqn-29"><![CDATA[$\dot e = {f_1}(e) + {f_2}(e){{\cal{U}}_0}$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-29"><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo>&#x02D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>f</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>f</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">U</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula> is globally asymptotically stable (see Jiang et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-45">45</xref>] for more details). The nominal control input is chosen as follows:</p>
<p><disp-formula id="eqn-9">
<label>(9)</label>
<!--<alternatives>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="png" xlink:href="eqn-9.png"/><tex-math id="tex-eqn-9"><![CDATA[$${{\cal{U}}_0}\; = \left[ {\matrix{ {{v_0} = {v_r}\cos {e_3} + {\lambda _3}\tanh {e_1}} \cr {{w_0} = {w_r} + \displaystyle{{{\lambda _1}{v_r}{e_2}\sin {e_3}} \over {{e_3}(1 + e_1^2 + e_2^2)}} + {\lambda _2}\tanh {e_3}} \cr } } \right]$$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-eqn-9" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">U</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mspace width="thickmathspace"></mml:mspace><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>e</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>tanh</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>e</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>e</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>e</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>e</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>tanh</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>e</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:math>
<!--</alternatives>--></disp-formula></p>
<p>The positive parameters <inline-formula id="ieqn-30">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-30.png"/><tex-math id="tex-ieqn-30"><![CDATA[${\lambda _1}$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-30"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-31">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-31.png"/><tex-math id="tex-ieqn-31"><![CDATA[${\lambda _2}$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-31"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-32">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-32.png"/><tex-math id="tex-ieqn-32"><![CDATA[${\lambda _3}$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-32"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula> can be designed so that the bounds of the controls are complied with. This can be represented as follows:</p>
<p><disp-formula id="eqn-10">
<label>(10)</label>
<!--<alternatives>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="png" xlink:href="eqn-10.png"/><tex-math id="tex-eqn-10"><![CDATA[$$\left| {{v_0}} \right| \le {v_{max}} + {\lambda _3},\left| {{w_0}} \right| \le {w_{max}} + \displaystyle{{{\lambda _1}{v_{max}}} \over 2} + {\lambda _2}$$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-eqn-10" display="block"><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mstyle scriptlevel="0" displaystyle="true"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mstyle></mml:math>
<!--</alternatives>--></disp-formula></p>
<p>For the ISMC part <inline-formula id="ieqn-33">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-33.png"/><tex-math id="tex-ieqn-33"><![CDATA[${{\cal{U}}_1}$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-33"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">U</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula>, the sliding variable &#x2018;<inline-formula id="ieqn-34">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-34.png"/><tex-math id="tex-ieqn-34"><![CDATA[$s$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-34"><mml:mi>s</mml:mi></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula>&#x2019; is defined as follows:</p>
<p><disp-formula id="eqn-11">
<label>(11)</label>
<!--<alternatives>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="png" xlink:href="eqn-11.png"/><tex-math id="tex-eqn-11"><![CDATA[$$s = {[{s_1},{s_2}]^T} = {s_0}(e) + z$$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-eqn-11" display="block"><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:msup><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi></mml:math>
<!--</alternatives>--></disp-formula></p>
<p>where</p>
<p><disp-formula id="eqn-12">
<label>(12)</label>
<!--<alternatives>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="png" xlink:href="eqn-12.png"/><tex-math id="tex-eqn-12"><![CDATA[$$\left\{ {\matrix{ {{s_0}(e) = {{[ - {e_1}, - {e_3}]}^T}} \hfill \cr {\dot z = - \displaystyle{{\partial {s_0}} \over {\partial e}}({f_1}(e) + {f_2}(e){U_0})} \hfill \cr {z(0) = {{[{e_1}(0),{e_3}(0)]}^T}} \hfill \cr } } \right.$$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-eqn-12" display="block"><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnspacing="1em" rowspacing="4pt"><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>e</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>e</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>&#x02D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mstyle scriptlevel="0" displaystyle="true"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>f</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>f</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>e</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>e</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo stretchy="true" symmetric="true" fence="true"></mml:mo></mml:mrow></mml:math>
<!--</alternatives>--></disp-formula></p>
<p>The variable <inline-formula id="ieqn-35">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-35.png"/><tex-math id="tex-ieqn-35"><![CDATA[$z$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-35"><mml:mi>z</mml:mi></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula> includes the integral term and provides one more degree of freedom in the construction of the sliding variable. According to Defoort et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-46">46</xref>], the sliding mode is established as the initial moment and the phase of convergence is eliminated. Then, the control law is given by the following equation:</p>
<p><disp-formula id="eqn-13">
<label>(13)</label>
<!--<alternatives>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="png" xlink:href="eqn-13.png"/><tex-math id="tex-eqn-13"><![CDATA[$${U_1} = \left[ {\matrix{ { - {K_1}sign({s_1})} \cr { - {K_2}sign( - {e_2}{s_1} + {s_2})} \cr } } \right]$$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-eqn-13" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnspacing="1em" rowspacing="4pt"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>g</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>g</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>e</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:math>
<!--</alternatives>--></disp-formula></p>
<p>with <inline-formula id="ieqn-36">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-36.png"/><tex-math id="tex-ieqn-36"><![CDATA[${K_1} > {\delta _v} + \mu$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-36"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x003E;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:mi>v</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-37">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-37.png"/><tex-math id="tex-ieqn-37"><![CDATA[${K_2} > {\delta _w} + \mu$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-37"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x003E;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:mi>w</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula> such as: <inline-formula id="ieqn-38">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-38.png"/><tex-math id="tex-ieqn-38"><![CDATA[$\mu > 0$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-38"><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mo>&#x003E;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula></p>
<p>In order to reduce the chattering phenomena, the <italic>sign</italic> function is replaced by: <inline-formula id="ieqn-39">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-39.png"/><tex-math id="tex-ieqn-39"><![CDATA[$f(x) = \displaystyle{2 \over \pi }\tanh (\eta x)$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-39"><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mstyle scriptlevel="0" displaystyle="true"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&#x03C0;</mml:mi></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mi>tanh</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B7;</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mstyle></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula>, with <inline-formula id="ieqn-40">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-40.png"/><tex-math id="tex-ieqn-40"><![CDATA[$\eta$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-40"><mml:mi>&#x03B7;</mml:mi></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula> being a positive constant [<xref ref-type="bibr" rid="ref-47">47</xref>]. Following from this, <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-13">Eq. (13)</xref> can be written as follows:</p>
<p><disp-formula id="eqn-14">
<label>(14)</label>
<!--<alternatives>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="png" xlink:href="eqn-14.png"/><tex-math id="tex-eqn-14"><![CDATA[$${U_1} = \left[ {\matrix{ { - \displaystyle{{2{K_1}} \over \pi }\tanh ({\eta _1}{s_1})} \cr { - \displaystyle{{2{K_2}} \over \pi }\tanh ({\eta _2}( - {e_2}{s_1} + {s_2}))} \cr } } \right]$$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-eqn-14" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnspacing="1em" rowspacing="4pt"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mstyle scriptlevel="0" displaystyle="true"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>&#x03C0;</mml:mi></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mi>tanh</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B7;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mstyle scriptlevel="0" displaystyle="true"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>&#x03C0;</mml:mi></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mi>tanh</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B7;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>e</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:math>
<!--</alternatives>--></disp-formula></p>
<p><italic>Remark 1</italic>: The trajectory evolves on the manifold <inline-formula id="ieqn-41">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-41.png"/><tex-math id="tex-ieqn-41"><![CDATA[$s = 0$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-41"><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula> from <inline-formula id="ieqn-42">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-42.png"/><tex-math id="tex-ieqn-42"><![CDATA[$t = 0$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-42"><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula> and remains there in presence of the disturbances. The time derivative of the sliding variable is <inline-formula id="ieqn-43">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-43.png"/><tex-math id="tex-ieqn-43"><![CDATA[$\dot s = \displaystyle{{\partial {s_0}} \over {\partial e}}(\dot e - {f_1}(e) - {f_2}(e){{\cal{U}}_0})$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-43"><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>&#x02D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo>&#x02D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>f</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>f</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">U</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mstyle></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula>. Therefore, the motion equation in sliding mode is <inline-formula id="ieqn-44">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-44.png"/><tex-math id="tex-ieqn-44"><![CDATA[$\dot e = {f_1}(e) + {f_2}(e){{\cal{U}}_0}$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-44"><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo>&#x02D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>f</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>f</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">U</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula> which is globally asymptotically stable (see Defoort et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-39">39</xref>] for more details).</p>
</sec>
<sec id="s2_3">
<label>2.3</label>
<title>Stability Analysis of the Smooth ISMC</title>
<p>Let us study the effect of the approximation of the <italic>sign</italic> function by <italic>tanh</italic> on global stability.</p>
<p><bold>Lemma 1.</bold> [<xref ref-type="bibr" rid="ref-48">48</xref>] For every given scalar <italic>x</italic> and positive scalar <inline-formula id="ieqn-45">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-45.png"/><tex-math id="tex-ieqn-45"><![CDATA[$\eta$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-45"><mml:mi>&#x03B7;</mml:mi></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula>, the following inequality holds:</p>
<p><disp-formula id="eqn-15">
<!--<alternatives>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="png" xlink:href="eqn-15.png"/><tex-math id="tex-eqn-15"><![CDATA[$$x\tanh \left( {\eta x} \right) = \left| {x\tanh \left( {\eta x} \right)} \right| = \left| x \right|\left| {\tanh \left( {\eta x} \right)} \right| \ge 0$$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-eqn-15" display="block"><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>tanh</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x03B7;</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>tanh</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x03B7;</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>tanh</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x03B7;</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2265;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<!--</alternatives>--></disp-formula></p>
<p><bold>Proof of Lemma 1.</bold> According to the definition of <italic>tanh</italic> function, we have:</p>
<p><disp-formula id="eqn-16">
<!--<alternatives>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="png" xlink:href="eqn-16.png"/><tex-math id="tex-eqn-16"><![CDATA[$$x\tanh \left( {\eta x} \right) = x\displaystyle{{{e^{\eta x}} - {e^{ - \eta x}}} \over {{e^{\eta x}} + {e^{ - \eta x}}}} = \displaystyle{1 \over {{e^{2\eta x}} + 1}}x\left( {{e^{2\eta x}} - 1} \right)$$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-eqn-16" display="block"><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>tanh</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x03B7;</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mstyle scriptlevel="0" displaystyle="true"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>&#x03B7;</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03B7;</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>&#x03B7;</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03B7;</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mstyle scriptlevel="0" displaystyle="true"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&#x03B7;</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&#x03B7;</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mstyle></mml:math>
<!--</alternatives>--></disp-formula></p>
<p>Since</p>
<p><disp-formula id="eqn-62">
<!--<alternatives>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="png" xlink:href="eqn-62.png"/><tex-math id="tex-eqn-62"><![CDATA[$$\left\{ {\matrix{ {\matrix{ {{e^{2\eta x}} - 1 \ge 0} \hfill &#9; {{\rm if}} \hfill &#9; {x \ge 0} \hfill \cr } } \hfill \cr {\matrix{ {{e^{2\eta x}} - < 0} \hfill &#9; \quad{{\rm if}} \hfill &#9; {x < 0} \hfill \cr } } \hfill \cr } } \right. \ \ {\rm{Then}} \ \ x\left( {{e^{2\eta x}} - 1} \right) \ge 0$$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-eqn-62" display="block"><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mrow><mml:mtable rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&#x03B7;</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2265;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd columnalign="left"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">f</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd columnalign="left"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x2265;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mrow><mml:mtable rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&#x03B7;</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mo>&#x003C;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd columnalign="left"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">f</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd columnalign="left"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x003C;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo fence="true" stretchy="true" symmetric="true"></mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">h</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">n</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&#x03B7;</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2265;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<!--</alternatives>--></disp-formula></p>
<p>Therefore</p>
<p><disp-formula id="eqn-17">
<!--<alternatives>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="png" xlink:href="eqn-17.png"/><tex-math id="tex-eqn-17"><![CDATA[$$x\tanh \left( {\eta x} \right) = \displaystyle{1 \over {{e^{2\eta x}} + 1}}x\left( {{e^{2\eta x}} - 1} \right) \ge 0$$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-eqn-17" display="block"><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>tanh</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x03B7;</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mstyle scriptlevel="0" displaystyle="true"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&#x03B7;</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&#x03B7;</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2265;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mstyle></mml:math>
<!--</alternatives>--></disp-formula></p>
<p>And</p>
<p><disp-formula id="eqn-18">
<!--<alternatives>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="png" xlink:href="eqn-18.png"/><tex-math id="tex-eqn-18"><![CDATA[$$x\tanh \left( {\eta x} \right) = \left| {x\tanh \left( {\eta x} \right)} \right| = \left| x \right|\left| {\tanh \left( {\eta x} \right)} \right| \ge 0$$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-eqn-18" display="block"><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>tanh</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x03B7;</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>tanh</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x03B7;</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>tanh</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x03B7;</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2265;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<!--</alternatives>--></disp-formula></p>
<p><bold>Proof of stability.</bold> Consider the following Lyapunov function candidate:</p>
<p><disp-formula id="eqn-19">
<!--<alternatives>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="png" xlink:href="eqn-19.png"/><tex-math id="tex-eqn-19"><![CDATA[$$V = {\textstyle{1 \over 2}}{s^T}s$$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-eqn-19" display="block"><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle scriptlevel="0" displaystyle="false"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msup></mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:math>
<!--</alternatives>--></disp-formula></p>
<p>The discontinuous control term must satisfy the condition <inline-formula id="ieqn-46">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-46.png"/><tex-math id="tex-ieqn-46"><![CDATA[$\dot V \le 0$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-46"><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo>&#x02D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula> guaranteeing the global asymptotic stability.</p>
<p><disp-formula id="eqn-20">
<!--<alternatives>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="png" xlink:href="eqn-20.png"/><tex-math id="tex-eqn-20"><![CDATA[$$\dot V = {s^T}\dot s = {s^T}\left( {{{\dot s}_0}(e) + \dot z} \right)$$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-eqn-20" display="block"><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo>&#x02D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>&#x02D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>&#x02D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>&#x02D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math>
<!--</alternatives>--></disp-formula></p>
<p><disp-formula id="eqn-21">
<!--<alternatives>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="png" xlink:href="eqn-21.png"/><tex-math id="tex-eqn-21"><![CDATA[$$\dot V = {s^T}\left[ {\displaystyle{{\partial {s_0}} \over {\partial e}}\dot e - \displaystyle{{\partial {s_0}} \over {\partial e}}\left( {{f_1}(e) + {f_2}(e)} \right){U_0}} \right]$$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-eqn-21" display="block"><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo>&#x02D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle scriptlevel="0" displaystyle="true"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo>&#x02D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mstyle scriptlevel="0" displaystyle="true"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>f</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>f</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:math>
<!--</alternatives>--></disp-formula></p>
<p><disp-formula id="eqn-22">
<!--<alternatives>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="png" xlink:href="eqn-22.png"/><tex-math id="tex-eqn-22"><![CDATA[$$\dot V = {s^T}\displaystyle{{\partial {s_0}} \over {\partial e}}{f_2}(e)\left( {{U_1} + \delta } \right)$$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-eqn-22" display="block"><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo>&#x02D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msup></mml:mrow><mml:mstyle scriptlevel="0" displaystyle="true"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>f</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle></mml:math>
<!--</alternatives>--></disp-formula></p>
<p><disp-formula id="eqn-23">
<!--<alternatives>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="png" xlink:href="eqn-23.png"/><tex-math id="tex-eqn-23"><![CDATA[$$\dot V = \left( {\matrix{ {{s_1}} &#9; { - {e_2}{s_1} + {s_2}} \cr } } \right)\left( {{U_1} + \delta } \right)$$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-eqn-23" display="block"><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo>&#x02D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnspacing="1em" rowspacing="4pt"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>e</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math>
<!--</alternatives>--></disp-formula></p>
<p>According to Lemma 1, the above condition is satisfied if:</p>
<p><disp-formula id="eqn-24">
<!--<alternatives>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="png" xlink:href="eqn-24.png"/><tex-math id="tex-eqn-24"><![CDATA[$${U_1} = \left[ {\matrix{ { - \displaystyle{{2{K_1}} \over \pi }\tanh ({\eta _1}{s_1})} \cr { - \displaystyle{{2{K_2}} \over \pi }\tanh ({\eta _2}( - {e_2}{s_1} + {s_2}))} \cr } } \right]$$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-eqn-24" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnspacing="1em" rowspacing="4pt"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mstyle scriptlevel="0" displaystyle="true"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>&#x03C0;</mml:mi></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mi>tanh</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B7;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mstyle scriptlevel="0" displaystyle="true"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>&#x03C0;</mml:mi></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mi>tanh</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B7;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>e</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:math>
<!--</alternatives>--></disp-formula></p>
<p>with <inline-formula id="ieqn-47">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-47.png"/><tex-math id="tex-ieqn-47"><![CDATA[$\displaystyle{{2{K_1}} \over \pi } > {\delta _v} + \mu$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-47"><mml:mstyle scriptlevel="0" displaystyle="true"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>&#x03C0;</mml:mi></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>&#x003E;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:mi>v</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi></mml:mstyle></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-48">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-48.png"/><tex-math id="tex-ieqn-48"><![CDATA[$\displaystyle{{2{K_2}} \over \pi } > {\delta _w} + \mu$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-48"><mml:mstyle scriptlevel="0" displaystyle="true"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>&#x03C0;</mml:mi></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>&#x003E;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:mi>w</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi></mml:mstyle></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula> (<inline-formula id="ieqn-49">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-49.png"/><tex-math id="tex-ieqn-49"><![CDATA[$\mu > 0$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-49"><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mo>&#x003E;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula> )</p>
<p>Therefore, according to LaSalle&#x2019;s theorem, the control system with the smoothed ISMC is asymptotically stable in the sense of Lyapunov.</p>
</sec>
<sec id="s2_4">
<label>2.4</label>
<title>Tracking Algorithm based on Kalman Filter</title>
<p>Ground targets (UGVs) were always implicitly assumed to be non-manoeuvring and the noise statistics involved in the dynamics model/target observation (matrices <inline-formula id="ieqn-50">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-50.png"/><tex-math id="tex-ieqn-50"><![CDATA[$Q(k)$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-50"><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-51">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-51.png"/><tex-math id="tex-ieqn-51"><![CDATA[$R(k)$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-51"><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula>) were assumed to be known. In practice, it goes without saying that these parameters are never well known and may vary over time depending on the manoeuvring capacity of the ground targets. For this reason, we have opted for the use of a discrete kinematic model with quasi-constant acceleration [<xref ref-type="bibr" rid="ref-49">49</xref>]. We can model the equations of the UGV as a linear system in following representation:</p>
<p><disp-formula id="eqn-25">
<label>(15)</label>
<!--<alternatives>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="png" xlink:href="eqn-25.png"/><tex-math id="tex-eqn-25"><![CDATA[$${X_{k + 1}} = A{X_k} + \Gamma {w_k}$$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-eqn-25" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mi>A</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math>
<!--</alternatives>--></disp-formula></p>
<p>where:</p>
<p><disp-formula id="eqn-26">
<label>(16)</label>
<!--<alternatives>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="png" xlink:href="eqn-26.png"/><tex-math id="tex-eqn-26"><![CDATA[$$A = \left[ {\matrix{ 1 &#9; T &#9; {{1 \over 2}{T^2}} &#9; 0 &#9; 0 &#9; 0 \cr 0 &#9; 1 &#9; T &#9; 0 &#9; 0 &#9; 0 \cr 0 &#9; 0 &#9; 1 &#9; 0 &#9; 0 &#9; 0 \cr 0 &#9; 0 &#9; 0 &#9; 1 &#9; T &#9; {{1 \over 2}{T^2}} \cr 0 &#9; 0 &#9; 0 &#9; 0 &#9; 1 &#9; T \cr 0 &#9; 0 &#9; 0 &#9; 0 &#9; 0 &#9; 1 \cr } } \right]$$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-eqn-26" display="block"><mml:mi>A</mml:mi><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnspacing="1em" rowspacing="4pt"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi>T</mml:mi></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle scriptlevel="0" displaystyle="true"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi>T</mml:mi></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi>T</mml:mi></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle scriptlevel="0" displaystyle="true"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi>T</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:math>
<!--</alternatives>--></disp-formula></p>
<p><disp-formula id="eqn-27">
<label>(17)</label>
<!--<alternatives>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="png" xlink:href="eqn-27.png"/><tex-math id="tex-eqn-27"><![CDATA[$$\Gamma = \left[ {\matrix{ {{1 \over 2}{T^2}} &#9; 0 \cr T &#9; 0 \cr 1 &#9; 0 \cr 0 &#9; {{1 \over 2}{T^2}} \cr 0 &#9; T \cr 0 &#9; 1 \cr } } \right]$$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-eqn-27" display="block"><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnspacing="1em" rowspacing="4pt"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle scriptlevel="0" displaystyle="true"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>T</mml:mi></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle scriptlevel="0" displaystyle="true"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi>T</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:math>
<!--</alternatives>--></disp-formula></p>
<p>and <inline-formula id="ieqn-52">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-52.png"/><tex-math id="tex-ieqn-52"><![CDATA[${w_k}$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-52"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula> is the random process noise. <inline-formula id="ieqn-53">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-53.png"/><tex-math id="tex-ieqn-53"><![CDATA[${X_k}$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-53"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula> is the state vector describing the motion of the UGV (its position, velocity and acceleration):</p>
<p><disp-formula id="eqn-28">
<!--<alternatives>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="png" xlink:href="eqn-28.png"/><tex-math id="tex-eqn-28"><![CDATA[$${X_k} = {\left[ {\matrix{ {{x_k}} &#9; {{{\dot x}_k}} &#9; {{{\ddot x}_k}} &#9; {{y_k}} &#9; {{{\dot y}_k}} &#9; {{{\ddot y}_k}} \cr } } \right]^T}$$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-eqn-28" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnspacing="1em" rowspacing="4pt"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x02D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x00A8;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>&#x02D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>&#x00A8;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:math>
<!--</alternatives>--></disp-formula></p>
<p>and <inline-formula id="ieqn-54">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-54.png"/><tex-math id="tex-ieqn-54"><![CDATA[$T$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-54"><mml:mi>T</mml:mi></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula> is the sampling period. The measurements of the mobile robot position <inline-formula id="ieqn-55">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-55.png"/><tex-math id="tex-ieqn-55"><![CDATA[$p$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-55"><mml:mi>p</mml:mi></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula> at time <inline-formula id="ieqn-56">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-56.png"/><tex-math id="tex-ieqn-56"><![CDATA[$k$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-56"><mml:mi>k</mml:mi></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula> are described as follows:</p>
<p><disp-formula id="eqn-29">
<label>(18)</label>
<!--<alternatives>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="png" xlink:href="eqn-29.png"/><tex-math id="tex-eqn-29"><![CDATA[$${Z_k} = {H_k}{p_k} + {v_k}$$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-eqn-29" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>H</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math>
<!--</alternatives>--></disp-formula></p>
<p>where <inline-formula id="ieqn-57">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-57.png"/><tex-math id="tex-ieqn-57"><![CDATA[${v_k}$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-57"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula> is a random measurement noise. We assume that the process and measurement noises <inline-formula id="ieqn-58">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-58.png"/><tex-math id="tex-ieqn-58"><![CDATA[${w_k}$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-58"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-59">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-59.png"/><tex-math id="tex-ieqn-59"><![CDATA[${v_k}$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-59"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula> are white, zero-mean.</p>
<p>As the measurement vector is the UGV position <inline-formula id="ieqn-60">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-60.png"/><tex-math id="tex-ieqn-60"><![CDATA[$\left( {{x_k},{y_k}} \right)$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-60"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula>, the matrix <inline-formula id="ieqn-61">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-61.png"/><tex-math id="tex-ieqn-61"><![CDATA[${H_k}$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-61"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>H</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula> in <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-18">Eq. (18)</xref> (called measurement matrix) is given by:</p>
<p><disp-formula id="eqn-30">
<!--<alternatives>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="png" xlink:href="eqn-30.png"/><tex-math id="tex-eqn-30"><![CDATA[$${H_k} = \left( {\matrix{ 1 &#9; 0 &#9; 0 &#9; 0 &#9; 0 &#9; 0 \cr 0 &#9; 0 &#9; 0 &#9; 1 &#9; 0 &#9; 0 \cr } } \right)$$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-eqn-30" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>H</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnspacing="1em" rowspacing="4pt"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math>
<!--</alternatives>--></disp-formula></p>
<p>The predicting and update equations for the Kalman filter are presented as follows:</p>
<p><disp-formula id="eqn-31">
<label>(19)</label>
<!--<alternatives>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="png" xlink:href="eqn-31.png"/><tex-math id="tex-eqn-31"><![CDATA[$$\left\{ {\matrix{ {{{\hat X}_{k + 1|k}} = {A_k}{{\hat X}_{k|k}}} \hfill \cr \vskip 5pt {{P_{k + 1|k}} = {A_k}{P_{k|k}}A_k^T + {Q_k}} \hfill \cr \vskip 8pt{{{\tilde y}_{k + 1}} = {Z_k} - {H_k}{X_{k + 1|k}}} \hfill \cr \vskip 10pt {{S_{k + 1}} = {H_{k + 1}}{P_{k + 1|k}}H_{k + 1}^T + {R_{k + 1}}} \hfill \cr \vskip 10pt{{K_{k + 1}} = {P_{k + 1|k}}H_{k + 1}^TS_{k + 1}^{ - 1}} \hfill \cr \vskip 10pt{{{\hat X}_{k + 1|k + 1}} = {{\hat X}_{k + 1|k}} + {K_k}{{\tilde y}_{k + 1}}} \hfill \cr \vskip 10pt{{P_{k + 1|k + 1}} = (I - {K_{k + 1}}{H_{k + 1}}){P_{k + 1|k}}} \hfill \cr } } \right.$$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-eqn-31" display="block"><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnspacing="1em" rowspacing="4pt"><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>H</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>H</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>H</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>H</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>H</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo stretchy="true" symmetric="true" fence="true"></mml:mo></mml:mrow></mml:math>
<!--</alternatives>--></disp-formula></p>
<p>Let us describe the Kalman filter parameters (<inline-formula id="ieqn-62">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-62.png"/><tex-math id="tex-ieqn-62"><![CDATA[${X_0},{R_k},{Q_k}$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-62"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-63">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-63.png"/><tex-math id="tex-ieqn-63"><![CDATA[${P_0}$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-63"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula>) selection:<list list-type="bullet"><list-item>
<p>For the initialization (<inline-formula id="ieqn-64">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-64.png"/><tex-math id="tex-ieqn-64"><![CDATA[${X_0}$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-64"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula>,<inline-formula id="ieqn-65">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-65.png"/><tex-math id="tex-ieqn-65"><![CDATA[${P_0}$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-65"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula>), several simulations were performed by considering initialization accuracy up to 70% the true value of the UGV position. We have noticed that the results of the estimation and the convergence speed of the filter are highly dependent on initialization. The suitable values of (<inline-formula id="ieqn-66">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-66.png"/><tex-math id="tex-ieqn-66"><![CDATA[${X_0}$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-66"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula>,<inline-formula id="ieqn-67">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-67.png"/><tex-math id="tex-ieqn-67"><![CDATA[${P_0}$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-67"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula>) are estimated after many simulations.</p></list-item><list-item>
<p>The selection of matrices <inline-formula id="ieqn-68">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-68.png"/><tex-math id="tex-ieqn-68"><![CDATA[${R_k}$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-68"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-69">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-69.png"/><tex-math id="tex-ieqn-69"><![CDATA[${Q_k}$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-69"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula> requires prior knowledge of measurement and process noises. The covariance of measurement noise <inline-formula id="ieqn-70">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-70.png"/><tex-math id="tex-ieqn-70"><![CDATA[${v_k}$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-70"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula> can be expressed as:</p></list-item></list></p>
<p><inline-formula id="ieqn-71">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-71.png"/><tex-math id="tex-ieqn-71"><![CDATA[${R_k} = \left( {\matrix{ {\sigma _x^2} &#9; 0 \cr 0 &#9; {\sigma _y^2} \cr } } \right)$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-71"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnspacing="1em" rowspacing="4pt"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula>; where <inline-formula id="ieqn-72">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-72.png"/><tex-math id="tex-ieqn-72"><![CDATA[${\sigma _x}$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-72"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-73">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-73.png"/><tex-math id="tex-ieqn-73"><![CDATA[${\sigma _y}$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-73"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula> are the standard deviations of the position of <italic>x</italic> and <italic>y</italic>, respectively. In our case, the sensor used to measure the UGV position is assumed to be a camera embedded on the UAV. Thus, in our simulations the matrix <inline-formula id="ieqn-74">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-74.png"/><tex-math id="tex-ieqn-74"><![CDATA[${R_k}$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-74"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula> is selected based on real camera characteristics.</p>
<p>The covariance matrix of the process noise (<inline-formula id="ieqn-75">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-75.png"/><tex-math id="tex-ieqn-75"><![CDATA[${Q_k}$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-75"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula>) is estimated based on the odometer model of the mobile robot given by <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-2">Eq. (2)</xref>, in our simulation a suitable values of the matrix <inline-formula id="ieqn-76">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-76.png"/><tex-math id="tex-ieqn-76"><![CDATA[${Q_k}$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-76"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula> are determined from a real robot (Pioneer 3-AT).</p>
</sec>
</sec>
<sec id="s3">
<label>3</label>
<title>Quadrotor Dynamics and Control</title>
<sec id="s3_1">
<label>3.1</label>
<title>Quadrotor Modeling</title>
<p>Our interest in such type of UAV (<xref ref-type="fig" rid="fig-2">Fig. 2</xref>) is its hovering capability and high manoeuverability.</p>
<fig id="fig-2">
<label>Figure 2</label>
<caption>
<title>Quadrotor configuration</title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="png" xlink:href="IASC_1000-fig-2.png"/>
</fig>
<p>The dynamic models of the quadrotor are well studied. The details of the following Newton-Euler equations can be found in Refs. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-50">50</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="ref-53">53</xref>].</p>
<p><disp-formula id="eqn-32">
<label>(20)</label>
<!--<alternatives>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="png" xlink:href="eqn-32.png"/><tex-math id="tex-eqn-32"><![CDATA[$$\left\{ {\matrix{ {\ddot \phi = \displaystyle{{{J_y} - {J_z}} \over {{J_x}}}\dot \theta \dot \psi - \displaystyle{{{J_r}} \over {{J_x}}}\bar \Omega \dot \theta - \displaystyle{{{K_{fax}}} \over {{J_x}}}{{\dot \phi }^2} + \displaystyle{1 \over {{J_x}}}{u_2}} \hfill \cr \vskip 15pt{\ddot \theta = \displaystyle{{{J_z} - {J_x}} \over {{J_y}}}\dot \phi \dot \psi + \displaystyle{{{J_r}} \over {{J_y}}}\bar \Omega \dot \phi - \displaystyle{{{K_{fay}}} \over {{J_y}}}{{\dot \theta }^2} + \displaystyle{1 \over {{J_y}}}{u_3}} \hfill \cr \vskip 15pt{\ddot \psi = \displaystyle{{{J_x} - {J_y}} \over {{J_z}}}\dot \theta \dot \phi - \displaystyle{{{K_{faz}}} \over {{J_z}}}{{\dot \psi }^2} + \displaystyle{1 \over {{J_z}}}{u_4}} \hfill \cr \vskip 15pt{\ddot x = \displaystyle{{ - {K_{ftx}}} \over m}\dot x + \displaystyle{1 \over m}{u_x}{u_1}} \hfill \cr \vskip 15pt{\ddot y = \displaystyle{{ - {K_{fty}}} \over m}\dot y + \displaystyle{1 \over m}{u_y}{u_1}} \hfill \cr \vskip 15pt{\ddot z = \displaystyle{{ - {K_{ftz}}} \over m}\dot z - g + \displaystyle{1 \over m}(\cos \phi \cos \theta ){u_1}} \hfill \cr } } \right.$$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-eqn-32" display="block"><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnspacing="1em" rowspacing="4pt"><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mo>&#x00A8;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mstyle scriptlevel="0" displaystyle="true"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mo>&#x02D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>&#x03C8;</mml:mi><mml:mo>&#x02D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mstyle scriptlevel="0" displaystyle="true"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mo>&#x02D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mstyle scriptlevel="0" displaystyle="true"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mo>&#x02D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mstyle scriptlevel="0" displaystyle="true"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mstyle></mml:mstyle></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mo>&#x00A8;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mstyle scriptlevel="0" displaystyle="true"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mo>&#x02D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>&#x03C8;</mml:mi><mml:mo>&#x02D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mstyle scriptlevel="0" displaystyle="true"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mo>&#x02D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mstyle scriptlevel="0" displaystyle="true"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mo>&#x02D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mstyle scriptlevel="0" displaystyle="true"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mstyle></mml:mstyle></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>&#x03C8;</mml:mi><mml:mo>&#x00A8;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mstyle scriptlevel="0" displaystyle="true"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mo>&#x02D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mo>&#x02D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mstyle scriptlevel="0" displaystyle="true"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>&#x03C8;</mml:mi><mml:mo>&#x02D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mstyle scriptlevel="0" displaystyle="true"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mstyle></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x00A8;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mstyle scriptlevel="0" displaystyle="true"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x02D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mstyle scriptlevel="0" displaystyle="true"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>m</mml:mi></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>&#x00A8;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mstyle scriptlevel="0" displaystyle="true"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>&#x02D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mstyle scriptlevel="0" displaystyle="true"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>m</mml:mi></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>&#x00A8;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mstyle scriptlevel="0" displaystyle="true"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>&#x02D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mstyle scriptlevel="0" displaystyle="true"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>m</mml:mi></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo stretchy="true" symmetric="true" fence="true"></mml:mo></mml:mrow></mml:math>
<!--</alternatives>--></disp-formula></p>
<p>The control inputs of the UAV are defined as follows:</p>
<p><disp-formula id="eqn-33">
<label>(21)</label>
<!--<alternatives>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="png" xlink:href="eqn-33.png"/><tex-math id="tex-eqn-33"><![CDATA[$$\left\{ {\matrix{ {{u_1} = b(w_1^2 + w_2^2 + w_3^2 + w_4^2)} \hfill \cr \vskip 3pt{{u_2} = lb(w_4^2 - w_2^2)} \hfill \cr \vskip 8pt{{u_3} = lb(w_3^2 - w_1^2)} \hfill \cr \vskip 10pt{{u_4} = d(w_1^2 - w_2^2 + w_3^2 - w_4^2)} \hfill \cr \vskip 10pt{{u_x} = (\cos \phi \cos \psi \sin \theta + \sin \phi \sin \psi )} \hfill \cr \vskip 10pt{{u_y} = (\cos \phi \sin \psi \sin \theta - \sin \phi \cos \psi )} \hfill \cr \vskip 10pt{\bar \Omega = ({w_1} - {w_2} + {w_3} - {w_4})} \hfill \cr } } \right.$$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-eqn-33" display="block"><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnspacing="1em" rowspacing="4pt"><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mi>&#x03C8;</mml:mi><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mi>&#x03C8;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mi>&#x03C8;</mml:mi><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mi>&#x03C8;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo stretchy="true" symmetric="true" fence="true"></mml:mo></mml:mrow></mml:math>
<!--</alternatives>--></disp-formula></p>
<p>The description of the parameters used in this model is given in <xref ref-type="table" rid="table-1">Tab. 1</xref>.</p>
<table-wrap id="table-1">
<label>Table 1</label>
<caption>
<title>Quadrotor parameters description</title>
</caption>
<table>
<colgroup>
<col/>
<col/>
</colgroup>
<thead>
<tr>
<th>Symbol</th>
<th>Description</th>
</tr>
</thead>
<tbody>
<tr>
<td><italic>m</italic></td>
<td>Mass of quadrotor</td>
</tr>
<tr>
<td><italic>g</italic></td>
<td>Gravity</td>
</tr>
<tr>
<td><italic>l</italic></td>
<td>distance between the centre of mass<break/>and the rotation axis of the engines</td>
</tr>
<tr>
<td><italic>J</italic><sub><italic>x</italic></sub></td>
<td>Inertia moment along <inline-formula id="ieqn-77">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-77.png"/><tex-math id="tex-ieqn-77"><![CDATA[$x$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-77"><mml:mi>x</mml:mi></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula> axis</td>
</tr>
<tr>
<td><italic>J</italic><sub><italic>y</italic></sub></td>
<td>Inertia moment along <inline-formula id="ieqn-78">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-78.png"/><tex-math id="tex-ieqn-78"><![CDATA[$y$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-78"><mml:mi>y</mml:mi></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula> axis</td>
</tr>
<tr>
<td><italic>J</italic><sub><italic>z</italic></sub></td>
<td>Inertia moment along <inline-formula id="ieqn-79">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-79.png"/><tex-math id="tex-ieqn-79"><![CDATA[$z$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-79"><mml:mi>z</mml:mi></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula> axis</td>
</tr>
<tr>
<td><italic>K</italic><sub><italic>fa</italic></sub></td>
<td>Coefficients of aerodynamics frictions</td>
</tr>
<tr>
<td><italic>K</italic><sub><italic>ft</italic></sub></td>
<td>Drag force coefficients according to <inline-formula id="ieqn-80">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-80.png"/><tex-math id="tex-ieqn-80"><![CDATA[$(x,y,z)$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-80"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula> axis</td>
</tr>
<tr>
<td><italic>b</italic></td>
<td>Lift force coefficient</td>
</tr>
<tr>
<td><italic>d</italic></td>
<td>Drag force coefficient</td>
</tr>
<tr>
<td><italic>J</italic><sub><italic>r</italic></sub></td>
<td>Rotor inertia</td>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
</sec>
<sec id="s3_2">
<label>3.2</label>
<title>Backstepping Controller (BC) Design</title>
<p>In order to control the UAV a backstepping control scheme is used. The inner controller stabilizes the orientation angles in order to achieve a stable flight while the outer controller is responsible for the control of the position of UAV. Further the state vector of the UAV is defined as follows:</p>
<p><disp-formula id="eqn-34">
<!--<alternatives>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="png" xlink:href="eqn-34.png"/><tex-math id="tex-eqn-34"><![CDATA[$$X = {[\phi ,\dot \phi ,\theta ,\dot \theta ,\psi ,\dot \psi ,z,\dot z,x,\dot x,y,\dot y]^T} = {[{x_1},{x_2},{x_3},{x_4},{x_5},{x_6},{x_7},{x_8},{x_9},{x_{10}},{x_{11}},{x_{12}}]^T}$$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-eqn-34" display="block"><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mo>&#x02D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mo>&#x02D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x03C8;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>&#x03C8;</mml:mi><mml:mo>&#x02D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>&#x02D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x02D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>&#x02D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:msup><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>6</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>7</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>8</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>9</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>10</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:msup><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:math>
<!--</alternatives>--></disp-formula></p>
<p>Thus we obtain the following equations:</p>
<p><disp-formula id="eqn-35">
<label>(22)</label>
<!--<alternatives>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="png" xlink:href="eqn-35.png"/><tex-math id="tex-eqn-35"><![CDATA[$$\left\{ {\matrix{ {{{\dot x}_1} = {x_2}} \hfill \cr {{{\dot x}_2} = {a_1}{x_4}{x_6} + {a_2}x_2^2 + {a_3}\bar \Omega {x_4} + {b_1}{u_2}} \hfill \cr {{{\dot x}_3} = {x_4}} \hfill \cr {{{\dot x}_4} = {a_4}{x_2}{x_6} + {a_5}x_4^2 + {a_6}\bar \Omega {x_2} + {b_2}{u_3}} \hfill \cr {{{\dot x}_5} = {x_6}} \hfill \cr {{{\dot x}_6} = {a_7}{x_2}{x_4} + {a_8}x_6^2 + {b_3}{u_4}} \hfill \cr {{{\dot x}_7} = {x_8}} \hfill \cr {{{\dot x}_8} = {a_9}{x_8} - g + \displaystyle{1 \over m}(\cos {x_1}\cos {x_3}){u_1}} \hfill \cr {{{\dot x}_9} = {x_{10}}} \hfill \cr {{{\dot x}_{10}} = {a_{10}}{x_{10}} + \displaystyle{1 \over m}{u_x}{u_1}} \hfill \cr {{{\dot x}_{11}} = {x_{12}}} \hfill \cr {{{\dot x}_{12}} = {a_{11}}{x_{12}} + \displaystyle{1 \over m}{u_y}{u_1}} \hfill \cr } } \right.$$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-eqn-35" display="block"><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnspacing="1em" rowspacing="4pt"><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x02D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x02D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>6</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x02D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x02D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>6</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn>6</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x02D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>6</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x02D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn>7</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn>8</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>6</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x02D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>7</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>8</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x02D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>8</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn>9</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>8</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mstyle scriptlevel="0" displaystyle="true"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>m</mml:mi></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x02D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>9</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>10</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x02D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>10</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>10</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>10</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mstyle scriptlevel="0" displaystyle="true"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>m</mml:mi></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x02D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x02D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mstyle scriptlevel="0" displaystyle="true"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>m</mml:mi></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo stretchy="true" symmetric="true" fence="true"></mml:mo></mml:mrow></mml:math>
<!--</alternatives>--></disp-formula></p>
<p>with</p>
<p><disp-formula id="eqn-36">
<!--<alternatives>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="png" xlink:href="eqn-36.png"/><tex-math id="tex-eqn-36"><![CDATA[$$\left\{ {\matrix{ {{a_1} = \displaystyle{{{J_y} - {J_z}} \over {{J_x}}},{a_2} = - \displaystyle{{{K_{fax}}} \over {{J_x}}},{a_3} = - \displaystyle{{{J_r}} \over {{J_x}}},{a_4} = \displaystyle{{{J_z} - {J_x}} \over {{J_y}}};} \hfill \cr {{a_5} = - \displaystyle{{{K_{fay}}} \over {{J_y}}},{a_6} = \displaystyle{{{J_r}} \over {{J_y}}},{a_7} = - \displaystyle{{{J_x} - {J_y}} \over {{J_z}}},{a_8} = - \displaystyle{{{K_{faz}}} \over {{J_z}}};} \hfill \cr {{a_9} = - \displaystyle{{{K_{ftz}}} \over m},{a_{10}} = - \displaystyle{{{K_{ftx}}} \over m},{a_{11}} = - \displaystyle{{{K_{fty}}} \over m};} \hfill \cr {{b_1} = \displaystyle{1 \over {{J_x}}},{b_2} = \displaystyle{1 \over {{J_y}}},{b_3} = \displaystyle{1 \over {{J_z}}}} \hfill \cr } } \right.$$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-eqn-36" display="block"><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnspacing="1em" rowspacing="4pt"><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mstyle scriptlevel="0" displaystyle="true"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mstyle scriptlevel="0" displaystyle="true"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mstyle scriptlevel="0" displaystyle="true"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mstyle scriptlevel="0" displaystyle="true"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>;</mml:mo></mml:mstyle></mml:mstyle></mml:mstyle></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mstyle scriptlevel="0" displaystyle="true"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn>6</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mstyle scriptlevel="0" displaystyle="true"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn>7</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mstyle scriptlevel="0" displaystyle="true"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn>8</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mstyle scriptlevel="0" displaystyle="true"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>;</mml:mo></mml:mstyle></mml:mstyle></mml:mstyle></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn>9</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mstyle scriptlevel="0" displaystyle="true"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>10</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mstyle scriptlevel="0" displaystyle="true"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mstyle scriptlevel="0" displaystyle="true"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>;</mml:mo></mml:mstyle></mml:mstyle></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mstyle scriptlevel="0" displaystyle="true"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mstyle scriptlevel="0" displaystyle="true"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mstyle scriptlevel="0" displaystyle="true"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mstyle></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo stretchy="true" symmetric="true" fence="true"></mml:mo></mml:mrow></mml:math>
<!--</alternatives>--></disp-formula></p>
<p>The following Lyapunov functions are used:</p>
<p><disp-formula id="eqn-37">
<label>(23)</label>
<!--<alternatives>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="png" xlink:href="eqn-37.png"/><tex-math id="tex-eqn-37"><![CDATA[$${V_i} = \left\{ {\matrix{ {\matrix{ {{1 \over 2}z_i^2} \hfill &#9; {\matrix{ {} &#9; {} \cr } } \hfill &#9; \qquad\;{/i \in \left\{ {1,3,5,7,9,11} \right\}} \hfill \cr } } \hfill \cr \vskip 10pt{{1 \over 2}({V_{i - 1}} + z_i^2)\qquad/i \in \left\{ {2,4,6,8,10,12} \right\}} \hfill \cr } } \right.$$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-eqn-37" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnspacing="1em" rowspacing="4pt"><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mrow><mml:mtable columnspacing="1em" rowspacing="4pt"><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mrow><mml:mstyle scriptlevel="0" displaystyle="true"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd columnalign="left"><mml:mrow><mml:mtable columnspacing="1em" rowspacing="4pt"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd columnalign="left"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>5</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>7</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>9</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mrow><mml:mstyle scriptlevel="0" displaystyle="true"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>6</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>8</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>10</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo stretchy="true" symmetric="true" fence="true"></mml:mo></mml:mrow></mml:math>
<!--</alternatives>--></disp-formula></p>
<p>with</p>
<p><disp-formula id="eqn-38">
<!--<alternatives>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="png" xlink:href="eqn-38.png"/><tex-math id="tex-eqn-38"><![CDATA[$${z_i} = \left\{ {\matrix{ {\matrix{ {{x_{id}} - {x_i}} \hfill &#9; {} \hfill &#9; {\matrix{ {\matrix{ {} &#9; {} \cr } } &#9; {} \cr } } \hfill &#9; \qquad\qquad\;{/i \in \left\{ {1,3,5,7,9,11} \right\}} \hfill \cr } } \hfill \cr {\matrix{ {{x_i} - {{\dot x}_{(i - 1)d}} - {\alpha _{(i - 1)}}{z_{(i - 1)}}} \hfill &#9; \qquad{/i \in \left\{ {2,4,6,8,10,12} \right\}} \hfill \cr } } \hfill \cr } } \right.{\rm }$$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-eqn-38" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnspacing="1em" rowspacing="4pt"><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mrow><mml:mtable columnspacing="1em" rowspacing="4pt"><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd columnalign="left"><mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd columnalign="left"><mml:mrow><mml:mtable columnspacing="1em" rowspacing="4pt"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mtable columnspacing="1em" rowspacing="4pt"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd columnalign="left"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>5</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>7</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>9</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mrow><mml:mtable columnspacing="1em" rowspacing="4pt"><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x02D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd columnalign="left"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>6</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>8</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>10</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo stretchy="true" symmetric="true" fence="true"></mml:mo></mml:mrow><mml:mrow></mml:mrow></mml:math>
<!--</alternatives>--></disp-formula></p>
<p>The application of the backstepping technique [<xref ref-type="bibr" rid="ref-50">50</xref>] and [<xref ref-type="bibr" rid="ref-54">54</xref>] on the quadrotor state model give the following control inputs:</p>
<p><disp-formula id="eqn-39">
<label>(24)</label>
<!--<alternatives>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="png" xlink:href="eqn-39.png"/><tex-math id="tex-eqn-39"><![CDATA[$$\left\{ {\matrix{ {{u_1} = \displaystyle{m \over {\cos {x_1}\cos {x_3}}}\left( \matrix{{z_7} - {a_9}{x_8} + g \hfill \cr - {\alpha _7}({z_8} + {\alpha _7}{z_7}) - {\alpha _8}{z_8} + {{\ddot x}_{7d}} \hfill} \right)} \hfill \cr {{u_2} = \displaystyle{1 \over {{b_1}}}\left( \matrix{{z_1} - {a_1}{x_4}{x_6} - {a_2}x_2^2 - {a_3}\bar \Omega {x_4} \hfill \cr - {\alpha _1}({z_2} + {\alpha _1}{z_1}) - {\alpha _2}{z_2} + {{\ddot x}_{1d}} \hfill} \right)} \hfill \cr {{u_3} = \displaystyle{1 \over {{b_2}}}\left( \matrix{{z_3} - {a_4}{x_2}{x_6} - {a_5}x_4^2 - {a_6}\bar \Omega {x_2} \hfill \cr - {\alpha _3}({z_4} + {\alpha _3}{z_3}) - {\alpha _4}{z_4} + {{\ddot x}_{3d}} \hfill} \right)} \hfill \cr {{u_4} = \displaystyle{1 \over {{b_3}}}\left( \matrix{{z_5} - {a_7}{x_2}{x_4} - {a_8}x_6^2 \hfill \cr - {\alpha _5}({z_6} + {\alpha _5}{z_5}) - {\alpha _6}{z_6} + {{\ddot x}_{5d}} \hfill} \right)} \hfill \cr {{u_x} = \displaystyle{m \over {{u_1}}}\left( \matrix{{z_9} - {a_{10}}{x_{10}} - {\alpha _9}({z_{10}} + {\alpha _9}{z_9}) \hfill \cr - {\alpha _{10}}{z_{10}} + {{\ddot x}_{9d}} \hfill} \right)} \hfill \cr {{u_y} = \displaystyle{m \over {{u_1}}}\left( \matrix{{z_{11}} - {a_{11}}{x_{12}} - {\alpha _{11}}({z_{12}} + {\alpha _{11}}{z_{11}}) \hfill \cr - {\alpha _{12}}{z_{12}} + {{\ddot x}_{11d}} \hfill} \right)} \hfill \cr } } \right.$$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-eqn-39" display="block"><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnspacing="1em" rowspacing="4pt"><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mstyle scriptlevel="0" displaystyle="true"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtable columnspacing="1em" rowspacing="4pt"><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mn>7</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn>9</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>8</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mi>g</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mn>7</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mn>8</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mn>7</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mn>7</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mn>8</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mn>8</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x00A8;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>7</mml:mn><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mstyle scriptlevel="0" displaystyle="true"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtable columnspacing="1em" rowspacing="4pt"><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>6</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x00A8;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mstyle scriptlevel="0" displaystyle="true"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtable columnspacing="1em" rowspacing="4pt"><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>6</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn>6</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x00A8;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mstyle scriptlevel="0" displaystyle="true"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtable columnspacing="1em" rowspacing="4pt"><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn>7</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn>8</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>6</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mn>6</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mn>6</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mn>6</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x00A8;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mstyle scriptlevel="0" displaystyle="true"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtable columnspacing="1em" rowspacing="4pt"><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mn>9</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>10</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>10</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mn>9</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>10</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mn>9</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mn>9</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>10</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>10</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x00A8;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>9</mml:mn><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mstyle scriptlevel="0" displaystyle="true"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtable columnspacing="1em" rowspacing="4pt"><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x00A8;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo stretchy="true" symmetric="true" fence="true"></mml:mo></mml:mrow></mml:math>
<!--</alternatives>--></disp-formula></p>
<p>with <inline-formula id="ieqn-81">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-81.png"/><tex-math id="tex-ieqn-81"><![CDATA[$\cos {x_1}\cos {x_3} \ne 0,{\alpha _i} > 0$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-81"><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x2260;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x003E;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-82">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-82.png"/><tex-math id="tex-ieqn-82"><![CDATA[$\forall i \in \left\{ {1,2&#x2026;,12} \right\}$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-82"><mml:mi mathvariant="normal">&#x2200;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2&#x2026;</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula>. Variables <inline-formula id="ieqn-83">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-83.png"/><tex-math id="tex-ieqn-83"><![CDATA[${u_x}$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-83"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-84">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-84.png"/><tex-math id="tex-ieqn-84"><![CDATA[${u_y}$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-84"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula> are virtual control inputs which will be used to find desired Euler angles as follows:</p>
<p><disp-formula id="eqn-40">
<label>(25)</label>
<!--<alternatives>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="png" xlink:href="eqn-40.png"/><tex-math id="tex-eqn-40"><![CDATA[$$\left\{ {\matrix{ {{\phi _d} = {x_{1d}} = \arcsin ({u_x}\sin {x_{5d}} - {u_y}\cos {x_{5d}})} \hfill \cr {{\theta _d} = {x_{3d}} = \arcsin \left( {\displaystyle{{{u_x}\cos {x_{5d}} + {u_y}\sin {x_{5d}}} \over {\cos {x_{1d}}}}} \right)} \hfill \cr } } \right.$$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-eqn-40" display="block"><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnspacing="1em" rowspacing="4pt"><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mi>arcsin</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mi>arcsin</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle scriptlevel="0" displaystyle="true"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo stretchy="true" symmetric="true" fence="true"></mml:mo></mml:mrow></mml:math>
<!--</alternatives>--></disp-formula></p>
</sec>
<sec id="s3_3">
<label>3.3</label>
<title>Simulation Results (I)</title>
<p>The simulation results are obtained based on the following realistic parameters of quadrotor in <xref ref-type="table" rid="table-2">Tab. 2</xref> and characteristics of Pioneer 3-AT mobile robot in <xref ref-type="table" rid="table-3">Tab. 3</xref>.</p>
<table-wrap id="table-2">
<label>Table 2</label>
<caption>
<title>Quadrotor general parameters [<xref ref-type="bibr" rid="ref-50">50</xref>]</title>
</caption>
<table>
<colgroup>
<col/>
<col/>
</colgroup>
<thead>
<tr>
<th>Symbol</th>
<th>Values and unit</th>
</tr>
</thead>
<tbody>
<tr>
<td><italic>m</italic></td>
<td><inline-formula id="ieqn-85">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-85.png"/><tex-math id="tex-ieqn-85"><![CDATA[${0.65} \ {\rm{kg}}$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-85"><mml:mrow><mml:mn>0.65</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">k</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">g</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula></td>
</tr>
<tr>
<td><italic>l</italic></td>
<td><inline-formula id="ieqn-86">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-86.png"/><tex-math id="tex-ieqn-86"><![CDATA[${0.23} \ \rm{m}$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-86"><mml:mrow><mml:mn>0.23</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">m</mml:mi></mml:mrow></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula></td>
</tr>
<tr>
<td><italic>J</italic><sub><italic>x</italic></sub></td>
<td><inline-formula id="ieqn-87">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-87.png"/><tex-math id="tex-ieqn-87"><![CDATA[${7,{{5.10}^{ - 3}}} \ {\rm{kg.{m^2}} }$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-87"><mml:mrow><mml:mn>7</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>5.10</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">k</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">g</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">m</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula></td>
</tr>
<tr>
<td><italic>J</italic><sub><italic>y</italic></sub></td>
<td><inline-formula id="ieqn-88">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-88.png"/><tex-math id="tex-ieqn-88"><![CDATA[$\matrix{ {7,{{5.10}^{ - 3}}} \ {\rm{kg.{m^2}}} \cr }$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-88"><mml:mtable rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mn>7</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>5.10</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mrow><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">k</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">g</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">m</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula></td>
</tr>
<tr>
<td><italic>J</italic><sub><italic>z</italic></sub></td>
<td><inline-formula id="ieqn-89">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-89.png"/><tex-math id="tex-ieqn-89"><![CDATA[$\matrix{ {1,{{3.10}^{ - 2}}} \ {\rm{kg.{m^2}} } }$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-89"><mml:mtable rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>3.10</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mrow><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">k</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">g</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">m</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula></td>
</tr>
<tr>
<td><italic>K</italic><sub><italic>fa</italic></sub></td>
<td><inline-formula id="ieqn-90">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-90.png"/><tex-math id="tex-ieqn-90"><![CDATA[${diag[\matrix{ {5,567} &#9; {5,567} &#9; {6,354} } ] \cdot{{10}^{ - 4}}}\ \rm{{ {N/rad/s} }}$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-90"><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mtable rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>567</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>567</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>354</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>10</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mrow><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">N</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">a</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">s</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula></td>
</tr>
<tr>
<td><italic>K</italic><sub><italic>ft</italic></sub></td>
<td><inline-formula id="ieqn-91">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-91.png"/><tex-math id="tex-ieqn-91"><![CDATA[$\matrix{ {diag[\matrix{ {0.032} &#9; {0.032} &#9; {0.048} \cr } ]} \ \rm{ {N/m/s} }}$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-91"><mml:mtable rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mtable rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mn>0.032</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mn>0.032</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mn>0.048</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">N</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">m</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">s</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula></td>
</tr>
<tr>
<td><italic>b</italic></td>
<td><inline-formula id="ieqn-92">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-92.png"/><tex-math id="tex-ieqn-92"><![CDATA[${ {3,{{13.10}^{ - 5}}} \ {\rm{N/rad/s}}}$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-92"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>13.10</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mrow><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">N</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">a</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">s</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula></td>
</tr>
<tr>
<td><italic>d</italic></td>
<td><inline-formula id="ieqn-93">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-93.png"/><tex-math id="tex-ieqn-93"><![CDATA[${ {7,{{5.10}^{ - 7}}} \ \rm {N.m/rad/s} }$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-93"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>7</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>5.10</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>7</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mrow><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">N</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">m</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">a</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">s</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula></td>
</tr>
<tr>
<td><italic>J</italic><sub><italic>r</italic></sub></td>
<td><inline-formula id="ieqn-94">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-94.png"/><tex-math id="tex-ieqn-94"><![CDATA[${ {{{6.10}^{ - 5}}} \ \rm{kg.{m^2}} }$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-94"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>6.10</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mrow><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">k</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">g</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">m</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula></td>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
<table-wrap id="table-3">
<label>Table 3</label>
<caption>
<title>Characteristics of the Pioneer 3-AT</title>
</caption>
<table>
<colgroup>
<col/>
<col/>
</colgroup>
<thead>
<tr>
<th>Feature</th>
<th>Description</th>
</tr>
</thead>
<tbody>
<tr>
<td>Dimensions</td>
<td>508 mm long, 497 mm large, 277 mm high</td>
</tr>
<tr>
<td>Weight</td>
<td>12 kg, operating payload of 12 kg on floor</td>
</tr>
<tr>
<td>Batteries</td>
<td>2&#x2013;4 hours, up to 3 lead acid batteries of 7.2 Ah each, 12 V</td>
</tr>
<tr>
<td>Skid steering drive</td>
<td>Turn radius (0 cm), swing radius (34 cm)</td>
</tr>
<tr>
<td>Speed</td>
<td>Max, forward/backward speed (0.8 m/s), rotation speed (140 deg/s)</td>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
<p>In this first simulations set, we aim to evaluate the ISMC controller of the ground agent (UGV), thus the first tracking approach based on the Kalman filter and the backstepping control of the quadrotor.</p>
<p>In this context of the ground agent tracking by a UAV, and in order to get closer to reality, several scenarios are considered as follows.<list list-type="bullet"><list-item>
<p>The initial conditions of the UGV: <inline-formula id="ieqn-95">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-95.png"/><tex-math id="tex-ieqn-95"><![CDATA[$\matrix{ {{x_0} = 0.5} &#9; {{y_0} = - 0.5} &#9; {{\theta _0} = \displaystyle{\pi \over 4}} \cr }$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-95"><mml:mtable columnspacing="1em" rowspacing="4pt"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mn>0.5</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>0.5</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mstyle scriptlevel="0" displaystyle="true"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mi>&#x03C0;</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula></p></list-item><list-item>
<p>The initial conditions of the quadrotor: <inline-formula id="ieqn-96">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-96.png"/><tex-math id="tex-ieqn-96"><![CDATA[$\matrix{ {{x_0} = - 0.5} &#9; {{y_0} = - 0.5} &#9; {{z_0} = 0} \cr }$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-96"><mml:mtable columnspacing="1em" rowspacing="4pt"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>0.5</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>0.5</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula></p></list-item><list-item>
<p>The control inputs of the quadrotor are bounded as follows:</p></list-item></list></p>
<p><disp-formula id="eqn-41">
<label>(26)</label>
<!--<alternatives>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="png" xlink:href="eqn-41.png"/><tex-math id="tex-eqn-41"><![CDATA[$$\left\{ {\matrix{ {0 \le {u_1} \le 4b\Omega _{max}^2} \hfill \cr {|{u_2}| \le lb\Omega _{max}^2} \hfill \cr {|{u_3}| \le lb\Omega _{max}^2} \hfill \cr {|{u_4}| \le 2d\Omega _{max}^2} \hfill \cr } } \right.$$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-eqn-41" display="block"><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnspacing="1em" rowspacing="4pt"><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mi>b</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>b</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>b</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>d</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo stretchy="true" symmetric="true" fence="true"></mml:mo></mml:mrow></mml:math>
<!--</alternatives>--></disp-formula><list list-type="bullet"><list-item>
<p>The initial parameters of the Kalman estimator are given as follows:</p></list-item></list></p>
<p><disp-formula id="eqn-42">
<label>(27)</label>
<!--<alternatives>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="png" xlink:href="eqn-42.png"/><tex-math id="tex-eqn-42"><![CDATA[$$\left\{ {\matrix{ {{X_0} = \left[ {\matrix{ {0.4} \hfill &#9; 0 \hfill &#9; 0 \hfill &#9; { - 0.4} \hfill &#9; 0 \hfill &#9; 0 \hfill \cr } } \right]} \hfill \cr {{R_k} = diag\left( {\left[ {\matrix{ {{{0.05}^2}} &#9; {{{0.03}^2}} \cr } } \right]} \right)} \hfill \cr {{Q_k} = \Gamma {{\left( {{{5.10}^{ - 3}}} \right)}^2}{\Gamma ^T}} \hfill \cr {{P_0} = zeros(6,6)} \hfill \cr } } \right.$$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-eqn-42" display="block"><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnspacing="1em" rowspacing="4pt"><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnspacing="1em" rowspacing="4pt"><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mrow><mml:mn>0.4</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd columnalign="left"><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd columnalign="left"><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd columnalign="left"><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>0.4</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd columnalign="left"><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd columnalign="left"><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>g</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnspacing="1em" rowspacing="4pt"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>0.05</mml:mn></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>0.03</mml:mn></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>5.10</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>6</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>6</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo stretchy="true" symmetric="true" fence="true"></mml:mo></mml:mrow></mml:math>
<!--</alternatives>--></disp-formula></p>
<p><bold>Scenario 1</bold>: The quadrotor may be affected by external disturbances such as wind. Several models of wind are proposed in Gawronski [<xref ref-type="bibr" rid="ref-55">55</xref>]. In our work, we assume that the wind has caused the same acceleration intensity on all axes <inline-formula id="ieqn-97">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-97.png"/><tex-math id="tex-ieqn-97"><![CDATA[$x$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-97"><mml:mi>x</mml:mi></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-98">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-98.png"/><tex-math id="tex-ieqn-98"><![CDATA[$y$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-98"><mml:mi>y</mml:mi></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-99">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-99.png"/><tex-math id="tex-ieqn-99"><![CDATA[$z$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-99"><mml:mi>z</mml:mi></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula> [<xref ref-type="bibr" rid="ref-56">56</xref>], as shown in <xref ref-type="fig" rid="fig-3">Fig. 3</xref>. The mathematical model of wind is given by the following equation:</p>
<p><disp-formula id="eqn-43">
<label>(28)</label>
<!--<alternatives>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="png" xlink:href="eqn-43.png"/><tex-math id="tex-eqn-43"><![CDATA[$$a(t) &#x003D; \left\{ {\matrix{ {\matrix{ 0 \hfill &#9; {} \hfill &#9; {} \hfill &#9; {\matrix{ {} &#9; {} &#9; {} \cr } } \hfill &#9; {{\rm when}} \hfill &#9; {0s < t \le 30s} \hfill \cr } } \hfill \cr {0.7\sin ({\textstyle{{\pi (t - 30)} \over {31}}}) &#x002B; 0.4\sin ({\textstyle{{\pi (t - 30)} \over 7}}) \cdots } \hfill \cr { \cdots &#x002B; 0.08\sin ({\textstyle{{\pi (t - 30)} \over 2}}) &#x002B; 0.056\sin ({\textstyle{{24\pi (t - 30)} \over {11}}}){\rm }\matrix{ {{\rm when}} &#9; {30s < t \le 41s} \cr } } \hfill \cr {\matrix{ 0 \hfill &#9; {} \hfill &#9; {} \hfill &#9; {\matrix{ {} &#9; {} &#9; {} &#9; {} \cr } } \hfill &#9; {{\rm when}} \hfill &#9; {41s < t \le 45s} \hfill \cr } } \hfill \cr {3.35\sin ({\textstyle{{\pi (t - 45)} \over {21}}}) &#x002B; 0.5\sin ({\textstyle{{\pi (t - 45)} \over 2}}) \cdots } \hfill \cr { \cdots &#x002B; 0.45\sin ({\textstyle{{\pi (t - 45)} \over 5}}) &#x002B; 0.205\sin ({\textstyle{{24\pi (t - 45)} \over {11}}})\matrix{ {\matrix{ {} &#9; {{\rm when}} \cr } } &#9; {45s < t \le 65s} \cr } } \hfill \cr {\matrix{ 0 \hfill &#9; {} \hfill &#9; {} \hfill &#9; {\matrix{ {} &#9; {} &#9; {} &#9; {} \cr } } \hfill &#9; {{\rm when}} \hfill &#9; {60s < t \le 70s} \hfill \cr } } \hfill \cr } } \right.$$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-eqn-43" display="block"><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnspacing="1em" rowspacing="4pt"><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mrow><mml:mtable columnspacing="1em" rowspacing="4pt"><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd columnalign="left"><mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd columnalign="left"><mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd columnalign="left"><mml:mrow><mml:mtable columnspacing="1em" rowspacing="4pt"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd columnalign="left"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">w</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">h</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">n</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd columnalign="left"><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>&#x003C;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mn>30</mml:mn><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mrow><mml:mn>0.7</mml:mn><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle scriptlevel="0" displaystyle="false"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x03C0;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>30</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>31</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mn>0.4</mml:mn><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle scriptlevel="0" displaystyle="false"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x03C0;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>30</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>7</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x22EF;</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mrow><mml:mo>&#x22EF;</mml:mo><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mn>0.08</mml:mn><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle scriptlevel="0" displaystyle="false"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x03C0;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>30</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mn>0.056</mml:mn><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle scriptlevel="0" displaystyle="false"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>24</mml:mn><mml:mi>&#x03C0;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>30</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mrow></mml:mrow><mml:mtable columnspacing="1em" rowspacing="4pt"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">w</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">h</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">n</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mn>30</mml:mn><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>&#x003C;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mn>41</mml:mn><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mrow><mml:mtable columnspacing="1em" rowspacing="4pt"><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd columnalign="left"><mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd columnalign="left"><mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd columnalign="left"><mml:mrow><mml:mtable columnspacing="1em" rowspacing="4pt"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd columnalign="left"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">w</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">h</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">n</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd columnalign="left"><mml:mrow><mml:mn>41</mml:mn><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>&#x003C;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mn>45</mml:mn><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mrow><mml:mn>3.35</mml:mn><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle scriptlevel="0" displaystyle="false"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x03C0;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>45</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mn>0.5</mml:mn><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle scriptlevel="0" displaystyle="false"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x03C0;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>45</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x22EF;</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mrow><mml:mo>&#x22EF;</mml:mo><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mn>0.45</mml:mn><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle scriptlevel="0" displaystyle="false"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x03C0;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>45</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mn>0.205</mml:mn><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle scriptlevel="0" displaystyle="false"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>24</mml:mn><mml:mi>&#x03C0;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>45</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mtable columnspacing="1em" rowspacing="4pt"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mtable columnspacing="1em" rowspacing="4pt"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">w</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">h</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">n</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mn>45</mml:mn><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>&#x003C;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mn>65</mml:mn><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mrow><mml:mtable columnspacing="1em" rowspacing="4pt"><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd columnalign="left"><mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd columnalign="left"><mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd columnalign="left"><mml:mrow><mml:mtable columnspacing="1em" rowspacing="4pt"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd columnalign="left"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">w</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">h</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">n</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd columnalign="left"><mml:mrow><mml:mn>60</mml:mn><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>&#x003C;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mn>70</mml:mn><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo stretchy="true" symmetric="true" fence="true"></mml:mo></mml:mrow></mml:math>
<!--</alternatives>--></disp-formula></p>
<fig id="fig-3">
<label>Figure 3</label>
<caption>
<title>Time evolution of wind acceleration</title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="png" xlink:href="IASC_1000-fig-3.png"/>
</fig>
<p><list list-type="bullet"><list-item>
<p><bold>Scenario 2</bold>: This scenario is designed to evaluate the robustness of the control system with respect to modelling errors and measurement noises. In terms of parametric uncertainty, we assume that the elements of the inertia matrix <inline-formula id="ieqn-100">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-100.png"/><tex-math id="tex-ieqn-100"><![CDATA[${J_x}$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-100"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula> , <inline-formula id="ieqn-101">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-101.png"/><tex-math id="tex-ieqn-101"><![CDATA[${J_y}$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-101"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-102">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-102.png"/><tex-math id="tex-ieqn-102"><![CDATA[${J_z}$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-102"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula> are underestimated to 60%, the coefficients <inline-formula id="ieqn-103">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-103.png"/><tex-math id="tex-ieqn-103"><![CDATA[$b$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-103"><mml:mi>b</mml:mi></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-104">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-104.png"/><tex-math id="tex-ieqn-104"><![CDATA[$d$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-104"><mml:mi>d</mml:mi></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula> are also underestimated, whereas the values used in the control are only 80% of the actual values.</p></list-item></list></p>
<p><disp-formula id="eqn-44">
<label>(29)</label>
<!--<alternatives>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="png" xlink:href="eqn-44.png"/><tex-math id="tex-eqn-44"><![CDATA[$$\left\{ {\matrix{ {{{\tilde J}_x} = 0.6{J_x}} \hfill \cr {{{\tilde J}_y} = 0.6{J_y}} \hfill \cr {{{\tilde J}_z} = 0.6{J_z}} \hfill \cr {\tilde b = 0.8b} \hfill \cr {\tilde d = 0.8d} \hfill \cr } } \right.$$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-eqn-44" display="block"><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnspacing="1em" rowspacing="4pt"><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mn>0.6</mml:mn><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mn>0.6</mml:mn><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mn>0.6</mml:mn><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mn>0.8</mml:mn><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mn>0.8</mml:mn><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo stretchy="true" symmetric="true" fence="true"></mml:mo></mml:mrow></mml:math>
<!--</alternatives>--></disp-formula></p>
<p>As for the measurement noises, an additive Gaussian white noise with the density <inline-formula id="ieqn-105">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-105.png"/><tex-math id="tex-ieqn-105"><![CDATA[$150 \ {\rm{\mu g/Hz}}$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-105"><mml:mn>150</mml:mn><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">g</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">z</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula> was considered.</p>
<fig id="fig-4">
<label>Figure 4</label>
<caption>
<title>Tracking of UGV by the quadrotor in the presence of wind: (a) 2D, (b) 3D</title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="png" xlink:href="IASC_1000-fig-4.png"/>
</fig>
<fig id="fig-5">
<label>Figure 5</label>
<caption>
<title>Evolution in time of the mobile robot position and control inputs</title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="png" xlink:href="IASC_1000-fig-5.png"/>
</fig>
<p>In the presence of wind gusts (<xref ref-type="fig" rid="fig-3">Fig. 3</xref>) and as shown in <xref ref-type="fig" rid="fig-4">Fig. 4</xref>, the quadrotor tracks the UGV that traveled Eight trajectory using the ISMC controller. By looking at <xref ref-type="fig" rid="fig-5">Figs. 5</xref> and <xref ref-type="fig" rid="fig-6">6</xref>, it can be noticed that the ISMC allows the robot to follow the set point correctly according to the two axes <inline-formula id="ieqn-106">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-106.png"/><tex-math id="tex-ieqn-106"><![CDATA[$x,y$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-106"><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula> and accounts for the saturation constraints with a very low tracking error on the trajectory realized by the UGV. The two sliding surfaces <inline-formula id="ieqn-107">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-107.png"/><tex-math id="tex-ieqn-107"><![CDATA[$({s_1},{s_2})$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-107"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula> tend to zero at the initial moment. <xref ref-type="fig" rid="fig-7">Figs. 7</xref> and <xref ref-type="fig" rid="fig-8">8</xref> show that the wind affects the performances of the quadrotor during its mission, resulting in maximum absolute tracking errors of 0.27 m along <inline-formula id="ieqn-108">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-108.png"/><tex-math id="tex-ieqn-108"><![CDATA[$z$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-108"><mml:mi>z</mml:mi></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula>, 0.18 m along <inline-formula id="ieqn-109">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-109.png"/><tex-math id="tex-ieqn-109"><![CDATA[$x$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-109"><mml:mi>x</mml:mi></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-110">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-110.png"/><tex-math id="tex-ieqn-110"><![CDATA[$y$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-110"><mml:mi>y</mml:mi></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula>.</p>
<fig id="fig-6">
<label>Figure 6</label>
<caption>
<title>Evolution in time of: (a) Tracking error (b) The sliding surfaces</title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="png" xlink:href="IASC_1000-fig-6.png"/>
</fig>
<fig id="fig-7">
<label>Figure 7</label>
<caption>
<title>Control inputs of the quadrotor in the presence of wind disturbance (scenario 1)</title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="png" xlink:href="IASC_1000-fig-7.png"/>
</fig>
<p>As for scenario 1, even with the existence of parametric uncertainties and measurement noises, the quadrotor succeeds in tracking the mobile robot with small fluctuations in its tracking trajectory (<xref ref-type="fig" rid="fig-9">Fig. 9</xref>). The tracking error along <inline-formula id="ieqn-111">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-111.png"/><tex-math id="tex-ieqn-111"><![CDATA[$x$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-111"><mml:mi>x</mml:mi></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula> axis takes a value of approximately 0.35 m, which shows that these disturbances have significant effects on the control by backstepping as indicated in <xref ref-type="fig" rid="fig-10">Figs. 10</xref> and <xref ref-type="fig" rid="fig-11">11</xref>.</p>
<fig id="fig-8">
<label>Figure 8</label>
<caption>
<title>Evolution of the quadrotor: (a) Translation (x,y,z) (b) Orientation angles (scenario 1)</title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="png" xlink:href="IASC_1000-fig-8.png"/>
</fig>
<fig id="fig-9">
<label>Figure 9</label>
<caption>
<title>Tracking of UGV by the quadrotor with parametric uncertainties and measurement noise: (a) 2D, (b) 3D</title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="png" xlink:href="IASC_1000-fig-9.png"/>
</fig>
<fig id="fig-10">
<label>Figure 10</label>
<caption>
<title>The control inputs of the quadrotor (scenario 2)</title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="png" xlink:href="IASC_1000-fig-10.png"/>
</fig>
<fig id="fig-11">
<label>Figure 11</label>
<caption>
<title>Evolution of the quadrotor: (a) Translation (x,y,z) (b) Orientation angles (scenario 2)</title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="png" xlink:href="IASC_1000-fig-11.png"/>
</fig>
</sec>
</sec>
<sec id="s4">
<label>4</label>
<title>Robust Control/Tracking Architecture</title>
<sec id="s4_1">
<label>4.1</label>
<title>Robust Tracking algorithm based on SVSF</title>
<p>One of the major challenges for the tracking algorithm is the uncertainty in the motion of UGV. This uncertainty refers to the fact that a precise dynamic model of the movement is not available at the level of the tracking algorithm [<xref ref-type="bibr" rid="ref-57">57</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="ref-58">58</xref>]. However, the Kalman filter (KF) can only achieve a good performance (optimal solution) under the assumption that the complete and exact information of the process model and the noise distribution are to be known as a prior. In practice, state and observation models are often poorly known, or contain uncertain parameters, and the statistical properties of noise (state and observation) are also poorly known, coming to the optimality of the solution obtained. Therefore, to improve our tracking algorithm, and to overcome these limitations, we propose to use a new filter or estimator called Smooth Variable Structure Filter (SVSF) to process the tracking problem of a UGV [<xref ref-type="bibr" rid="ref-59">59</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="ref-60">60</xref>].</p>
<p>The Smooth Variable Structure Filter is a relatively new estimating strategy proposed by Habibi in 2007 [<xref ref-type="bibr" rid="ref-61">61</xref>]. This strategy is based on the concepts of sliding mode control and the theory of systems with variable structure, outcome and similar design to variable structure filter (VSF) [<xref ref-type="bibr" rid="ref-62">62</xref>]. This filter is formulated in the predictive-correction format, and can be used for linear or non-linear systems. It uses a correction gain simpler than the one used by the VSF. The SVSF is introduced to provide more stability and robustness to the estimation process. This technique is generally used for the estimation of states and parameters of dynamic systems [<xref ref-type="bibr" rid="ref-63">63</xref>], the prediction and diagnosis of defects in systems [<xref ref-type="bibr" rid="ref-64">64</xref>] and targets tracking problems [<xref ref-type="bibr" rid="ref-59">59</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="ref-60">60</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="ref-65">65</xref>].</p>
<p>To formulate the tracking problem, we use the same model that has been described in detail by the two <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-15">Eqs. (15)</xref> and <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-18">(18)</xref>.</p>
<p>The SVSF estimation method is described by the following series of equations. Note that this formulation includes state error covariance equations as presented in Gadsden et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-66">66</xref>], which was not originally presented in the standard SVSF form [<xref ref-type="bibr" rid="ref-61">61</xref>]. The prediction stage is similar to the KF; its steps are as follows:</p>
<p><bold>- Initialization</bold></p>
<p><disp-formula id="eqn-45">
<label>(30)</label>
<!--<alternatives>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="png" xlink:href="eqn-45.png"/><tex-math id="tex-eqn-45"><![CDATA[$$\left\{ {\matrix{ {{{\hat X}_{0|0}} = {X_0}} \hfill \cr {{{\hat E}_{0|0}} = {E_0}} \hfill \cr } } \right.$$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-eqn-45" display="block"><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnspacing="1em" rowspacing="4pt"><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo stretchy="true" symmetric="true" fence="true"></mml:mo></mml:mrow></mml:math>
<!--</alternatives>--></disp-formula></p>
<p><bold>- Prediction</bold></p>
<p><disp-formula id="eqn-46">
<label>(31)</label>
<!--<alternatives>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="png" xlink:href="eqn-46.png"/><tex-math id="tex-eqn-46"><![CDATA[$${\hat X_{k + 1|k}} = {A_k}{\hat X_{k|k}}$$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-eqn-46" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math>
<!--</alternatives>--></disp-formula></p>
<p><disp-formula id="eqn-47">
<label>(32)</label>
<!--<alternatives>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="png" xlink:href="eqn-47.png"/><tex-math id="tex-eqn-47"><![CDATA[$${P_{k + 1|k}} = {A_k}{P_{k|k}}A_k^T + {Q_k}$$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-eqn-47" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math>
<!--</alternatives>--></disp-formula></p>
<p>where <inline-formula id="ieqn-112">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-112.png"/><tex-math id="tex-ieqn-112"><![CDATA[${\hat X_{k|k}}$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-112"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula> is the state estimated at time <inline-formula id="ieqn-113">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-113.png"/><tex-math id="tex-ieqn-113"><![CDATA[$k$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-113"><mml:mi>k</mml:mi></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula> of the state <inline-formula id="ieqn-114">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-114.png"/><tex-math id="tex-ieqn-114"><![CDATA[${X_{k|k}}$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-114"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula>.</p>
<p><disp-formula id="eqn-48">
<label>(33)</label>
<!--<alternatives>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="png" xlink:href="eqn-48.png"/><tex-math id="tex-eqn-48"><![CDATA[$${\hat Y_{k + 1|k}} = H{\hat X_{k + 1|k}}$$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-eqn-48" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mi>H</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math>
<!--</alternatives>--></disp-formula></p>
<p>then, pretest measurement error is calculated by the following equation:</p>
<p><disp-formula id="eqn-49">
<label>(34)</label>
<!--<alternatives>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="png" xlink:href="eqn-49.png"/><tex-math id="tex-eqn-49"><![CDATA[$${E_{k + 1|k}} = {Y_{k + 1}} - {\hat Y_{k + 1|k}}$$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-eqn-49" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math>
<!--</alternatives>--></disp-formula></p>
<p><bold>- Update</bold></p>
<p>For the state estimate, the SVSF correction gain is calculated by MacArthur et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-22">22</xref>] and Phan et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-31">31</xref>]:</p>
<p><disp-formula id="eqn-50">
<label>(35)</label>
<!--<alternatives>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="png" xlink:href="eqn-50.png"/><tex-math id="tex-eqn-50"><![CDATA[$${K_{k + 1|k}} = {H^ + }Diag[(|{E_{k + 1|k}}{|_{abs}} + \gamma |{E_{k|k}}{|_{abs}})^\circ Sat({\bar \Psi ^{ - 1}}{E_{k + 1|k}})]{[Diag({E_{k + 1|k}})]^{ - 1}}$$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-eqn-50" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo>&#x002B;</mml:mo></mml:msup></mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>b</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>b</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2218;</mml:mo></mml:msup><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mover><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A8;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mi>D</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math>
<!--</alternatives>--></disp-formula></p>
<p>where <inline-formula id="ieqn-115">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-115.png"/><tex-math id="tex-ieqn-115"><![CDATA[${}^\circ$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-115"><mml:msup><mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>&#x2218;</mml:mo></mml:msup></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula> signifies <italic>Schur</italic> (or element-by-element) multiplication, the superscript &#x002B; refers to the pseudo inverse of a matrix and <inline-formula id="ieqn-116">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-116.png"/><tex-math id="tex-ieqn-116"><![CDATA[${\bar \Psi ^{ - 1}}$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-116"><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mover><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A8;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula> is a diagonal matrix constructed from the smoothing boundary layer vector <inline-formula id="ieqn-117">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-117.png"/><tex-math id="tex-ieqn-117"><![CDATA[$\Psi$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-117"><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A8;</mml:mi></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula>, defined as follows:</p>
<p><disp-formula id="eqn-51">
<label>(36)</label>
<!--<alternatives>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="png" xlink:href="eqn-51.png"/><tex-math id="tex-eqn-51"><![CDATA[$${\bar \Psi ^{ - 1}} = {[Diag(\Psi )]^{ - 1}} = \left[ {\matrix{ {\displaystyle{1 \over {{\Psi _1}}}} &#9; 0 &#9; 0 \cr 0 &#9; \ddots &#9; 0 \cr \vskip 10pt 0 &#9; \vskip 10pt0 &#9; \vskip 10pt{\displaystyle{1 \over {{\Psi _m}}}} \cr } } \right]$$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-eqn-51" display="block"><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mover><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A8;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mi>D</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A8;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnspacing="1em" rowspacing="4pt"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle scriptlevel="0" displaystyle="true"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A8;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x22F1;</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle scriptlevel="0" displaystyle="true"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A8;</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:math>
<!--</alternatives>--></disp-formula></p>
<p>The form of saturation used in <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-35">Eq. (35)</xref> is defined as follows:</p>
<p><disp-formula id="eqn-52">
<label>(37)</label>
<!--<alternatives>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="png" xlink:href="eqn-52.png"/><tex-math id="tex-eqn-52"><![CDATA[$$Sat({\bar \Psi ^{ - 1}}{E_{k &#x002B; 1|k}}) &#x003D; \left\{ {\matrix{ {\displaystyle{{E_{k &#x002B; 1|k}^i} \over {{\Psi _i}}} \ge 1} \hfill \cr { - 1 < \displaystyle{{E_{k &#x002B; 1|k}^i} \over {{\Psi _i}}} < 1} \hfill \cr {\displaystyle{{E_{k + 1|k}^i} \over {{\Psi _i}}} \le - 1} \hfill \cr } } \right.$$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-eqn-52" display="block"><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mover><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A8;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnspacing="1em" rowspacing="4pt"><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mrow><mml:mstyle scriptlevel="0" displaystyle="true"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A8;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>&#x2265;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x003C;</mml:mo><mml:mstyle scriptlevel="0" displaystyle="true"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A8;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>&#x003C;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mrow><mml:mstyle scriptlevel="0" displaystyle="true"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A8;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo stretchy="true" symmetric="true" fence="true"></mml:mo></mml:mrow></mml:math>
<!--</alternatives>--></disp-formula></p>
<p>The gain is used to update the predicted state as follows:</p>
<p><disp-formula id="eqn-53">
<label>(38)</label>
<!--<alternatives>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="png" xlink:href="eqn-53.png"/><tex-math id="tex-eqn-53"><![CDATA[$${\hat X_{k + 1|k + 1}} = {\hat X_{k + 1|k}} + {K_{k + 1|k}}{E_{k + 1|k}}$$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-eqn-53" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math>
<!--</alternatives>--></disp-formula></p>
<p>The covariance associated with the state updates is then calculated as follows:</p>
<p><disp-formula id="eqn-54">
<label>(39)</label>
<!--<alternatives>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="png" xlink:href="eqn-54.png"/><tex-math id="tex-eqn-54"><![CDATA[$${P_{k + 1|k + 1}} = [I - {K_{k + 1|k}}{H_K}]{P_{k + 1|k}}{[I - {K_{k + 1|k}}{H_K}]^T} + {K_{k + 1|k}}{R_{k + 1}}K_{k + 1|k}^T$$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-eqn-54" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>H</mml:mi><mml:mi>K</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>H</mml:mi><mml:mi>K</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:msup><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:msubsup></mml:math>
<!--</alternatives>--></disp-formula></p>
<p>Thus, the estimated measurement and the corresponding empirical measurement error are calculated as follows:</p>
<p><disp-formula id="eqn-55">
<label>(40)</label>
<!--<alternatives>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="png" xlink:href="eqn-55.png"/><tex-math id="tex-eqn-55"><![CDATA[$$\left\{ {\matrix{ {{{\hat Y}_{k + 1|k + 1}} = H{{\hat X}_{k + 1|k + 1}}} \hfill \cr {{E_{k + 1|k + 1}} = {Y_{k + 1}} - {{\hat Y}_{k + 1|k + 1}}} \hfill \cr } } \right.$$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-eqn-55" display="block"><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnspacing="1em" rowspacing="4pt"><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mi>H</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo stretchy="true" symmetric="true" fence="true"></mml:mo></mml:mrow></mml:math>
<!--</alternatives>--></disp-formula></p>
<p>Two critical variables in this process are the pretest and empirical measurements (output) error estimates, defined by <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-34">Eqs. (34)</xref> and <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-40">(40)</xref>. It shall be noted that <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-40">Eq. (40)</xref> is the empirical measurement error estimates from the previous time step, and is used only in the gain calculation.</p>
<p>The selection of the smoothing boundary layer width vector <inline-formula id="ieqn-118">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-118.png"/><tex-math id="tex-ieqn-118"><![CDATA[$\Psi$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-118"><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A8;</mml:mi></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula> reflects the level of uncertainties in the filter and the disturbances (i.e., system and measurement noise, and uncertain parameters).</p>
</sec>
<sec id="s4_2">
<label>4.2</label>
<title>Integral-Backstepping Controller (IBC)</title>
<p>The backstepping control cannot ensure the favorable tracking performance of the quadrotor if unpredictable disturbances from the unknown external disturbance, modeling errors, as well as measurement noise occur. In order to improve these performances and consequently the robustness, we propose to combine the conventional PID with the backstepping control. This will allow for integral backstepping. However, this control technique has been proposed in several research studies [<xref ref-type="bibr" rid="ref-50">50</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="ref-52">52</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="ref-67">67</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="ref-68">68</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="ref-69">69</xref>], which demonstrated that the integral backstepping controller allows rejection of external disturbances and is robust to parametric uncertainties.</p>
<p>The application of the integral backstepping control on the quadrotor state model gives the following control inputs:</p>
<p><disp-formula id="eqn-56">
<label>(41)</label>
<!--<alternatives>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="png" xlink:href="eqn-56.png"/><tex-math id="tex-eqn-56"><![CDATA[$$\left\{ {\matrix{ {{u_1} = \displaystyle{m \over {\cos {x_1}\cos {x_3}}}\left( {{z_7} - {a_9}{x_8} + g + {{\ddot x}_{7d}} - {\alpha _7}({\alpha _7}{z_7} + {z_8} + {\lambda _4}{\chi _4}) + {\lambda _4}{z_7} - {\alpha _8}{z_8}} \right)} \hfill \cr {{u_2} = \displaystyle{1 \over {{b_1}}}\left( {{z_1} - {a_1}{x_4}{x_6} - {a_2}x_2^2 - {a_3}\bar \Omega {x_4} + {{\ddot x}_{1d}} - {\alpha _1}({\alpha _1}{z_1} + {z_2} + {\lambda _1}{\chi _1}) + {\lambda _1}{z_1} - {\alpha _2}{z_2}} \right)} \hfill \cr {{u_3} = \displaystyle{1 \over {{b_2}}}\left( {{z_3} - {a_4}{x_2}{x_6} - {a_5}x_4^2 - {a_6}\bar \Omega {x_2} + {{\ddot x}_{3d}} - {\alpha _3}({\alpha _3}{z_3} + {z_4} + {\lambda _2}{\chi _2}) + {\lambda _2}{z_3} - {\alpha _4}{z_4}} \right)} \hfill \cr \vskip 15pt {{u_4} = \displaystyle{1 \over {{b_3}}}\left( {{z_5} - {a_7}{x_2}{x_4} - {a_8}x_6^2 + {{\ddot x}_{5d}} - {\alpha _5}({\alpha _5}{z_5} + {z_6} + {\lambda _3}{\chi _3}) + {\lambda _3}{z_5} - {\alpha _6}{z_6}} \right)} \hfill \cr \vskip 15pt{{u_x} = \displaystyle{m \over {{u_1}}}\left( {{z_9} - {a_{10}}{x_{10}} - {\alpha _9}({z_{10}} + {\alpha _9}{z_9} + {\lambda _5}{\chi _5}) + {\lambda _5}{z_9} - {\alpha _{10}}{z_{10}} + {{\ddot x}_{9d}}} \right)} \hfill \cr \vskip 15pt{{u_y} = \displaystyle{m \over {{u_1}}}\left( {{z_{11}} - {a_{11}}{x_{12}} - {\alpha _{11}}({z_{12}} + {\alpha _{11}}{z_{11}} + {\lambda _6}{\chi _6}) + {\lambda _6}{z_1}1 - {\alpha _{12}}{z_{12}} + {{\ddot x}_{11d}}} \right)} \hfill \cr } } \right.$$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-eqn-56" display="block"><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnspacing="1em" rowspacing="4pt"><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mstyle scriptlevel="0" displaystyle="true"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mn>7</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn>9</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>8</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x00A8;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>7</mml:mn><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mn>7</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mn>7</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mn>7</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mn>8</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C7;</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mn>7</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mn>8</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mn>8</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mstyle scriptlevel="0" displaystyle="true"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>6</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x00A8;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C7;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mstyle scriptlevel="0" displaystyle="true"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>6</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn>6</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x00A8;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C7;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mstyle scriptlevel="0" displaystyle="true"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn>7</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn>8</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>6</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x00A8;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mn>6</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C7;</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mn>6</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mn>6</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mstyle scriptlevel="0" displaystyle="true"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mn>9</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>10</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>10</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mn>9</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>10</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mn>9</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mn>9</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C7;</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mn>9</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>10</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>10</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x00A8;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>9</mml:mn><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mstyle scriptlevel="0" displaystyle="true"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mn>6</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C7;</mml:mi><mml:mn>6</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mn>6</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x00A8;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo stretchy="true" symmetric="true" fence="true"></mml:mo></mml:mrow></mml:math>
<!--</alternatives>--></disp-formula></p>
<p>Such as:</p>
<p><disp-formula id="eqn-57">
<label>(42)</label>
<!--<alternatives>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="png" xlink:href="eqn-57.png"/><tex-math id="tex-eqn-57"><![CDATA[$$\left\{ {\matrix{ {{\alpha _i} > 0\matrix{ {\matrix{ {} &#9; {} \cr } } &#9; {} &#9; {} &#9; {\forall i \in \left\{ {1,2,3&#x2026;12} \right\}} \cr } } \hfill \cr {{z_j} = {x_{jd}} - {x_j}\matrix{ {} &#9; {} &#9; {/j \in \left\{ {1,3,5,7,9,11} \right\}} \cr } } \hfill \cr {{{\dot \chi }_j} = {z_j}} \hfill \cr } } \right.$$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-eqn-57" display="block"><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnspacing="1em" rowspacing="4pt"><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x003E;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mtable columnspacing="1em" rowspacing="4pt"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mtable columnspacing="1em" rowspacing="4pt"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2200;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>3&#x2026;12</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mtable columnspacing="1em" rowspacing="4pt"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>5</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>7</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>9</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>&#x03C7;</mml:mi><mml:mo>&#x02D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo stretchy="true" symmetric="true" fence="true"></mml:mo></mml:mrow></mml:math>
<!--</alternatives>--></disp-formula></p>
<p>and the Lyapunov functions take the following form:</p>
<p><disp-formula id="eqn-58">
<label>(43)</label>
<!--<alternatives>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="png" xlink:href="eqn-58.png"/><tex-math id="tex-eqn-58"><![CDATA[$${V_i} = \left\{ {\matrix{ \matrix{\displaystyle{1 \over 2}z_i^2 + \displaystyle{{{\lambda _j}} \over 2}\chi _i^2\matrix{ {} &#9; {} &#9; {} \cr } /i \in \left\{ {1,3,5,7,9,11} \right\} \cr \matrix{ {\matrix{ {} &#9; {} &#9; {} &#9; {} \cr } } &#9; {} &#9; {} &#9; {} \cr } \!\!\!\!\!\!\!\!\!\!\!\!\!j \in \left\{ {1,2,3&#x2026;6} \right\} } \cr {{V_{i - 1}} + \displaystyle{1 \over 2}z_i^2\matrix{ {} &#9; {} &#9; {} \cr } /i \in \left\{ {2,4,6,8,10,12} \right\}} \cr } } \right.$$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-eqn-58" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtable rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>&#x03C7;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mtable rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>5</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>7</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>9</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mstyle></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtable rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mtable rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>3&#x2026;6</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mtable rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>6</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>8</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>10</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo fence="true" stretchy="true" symmetric="true"></mml:mo></mml:mrow></mml:math>
<!--</alternatives>--></disp-formula></p>
<p>For the selection of the controller parameters, we have used an approach based on PSO (Particle Swarm Optimization) optimization method, more details can be found in Yacef et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-70">70</xref>].</p>
</sec>
</sec>
<sec id="s5">
<label>5</label>
<title>Simulation Results (II)</title>
<sec id="s5_1">
<label>5.1</label>
<title>Comparative Study KF/SVSF</title>
<p>After explaining and presenting the various tracking algorithms (KF and SVSF), showing the principle and the mathematical development. Their estimation accuracy and robustness to different types of noise will be evaluated. The root mean square error (RMSE) of the different results is calculated for different scenarios.</p>
<p><bold>Scenario 3:</bold> In this scenario, the favorable conditions for the Kalman filter will be placed, by applying on the states and on the obtained measurements decorrelated centered noises as covariance matrix:</p>
<p><disp-formula id="eqn-59">
<label>(44)</label>
<!--<alternatives>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="png" xlink:href="eqn-59.png"/><tex-math id="tex-eqn-59"><![CDATA[$$\left\{ {\matrix{ {{Q_k} = \Gamma {{({{2.10}^{ - 2}})}^2}{\Gamma ^T}} \hfill \cr {{R_k} = Diag([{{0.05}^2};{{0.05}^2}])} \hfill \cr } } \right.$$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-eqn-59" display="block"><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnspacing="1em" rowspacing="4pt"><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>2.10</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mi>D</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>0.05</mml:mn></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>;</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>0.05</mml:mn></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo stretchy="true" symmetric="true" fence="true"></mml:mo></mml:mrow></mml:math>
<!--</alternatives>--></disp-formula></p>
<p>The <inline-formula id="ieqn-119">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-119.png"/><tex-math id="tex-ieqn-119"><![CDATA[$\gamma$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-119"><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-120">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-120.png"/><tex-math id="tex-ieqn-120"><![CDATA[$\Psi$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-120"><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A8;</mml:mi></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula> matrices used and the initial states <inline-formula id="ieqn-121">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-121.png"/><tex-math id="tex-ieqn-121"><![CDATA[${X_0}$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-121"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-122">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-122.png"/><tex-math id="tex-ieqn-122"><![CDATA[${P_0}$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-122"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula> are as follows:</p>
<p><disp-formula id="eqn-60">
<label>(45)</label>
<!--<alternatives>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="png" xlink:href="eqn-60.png"/><tex-math id="tex-eqn-60"><![CDATA[$$\left\{ {\matrix{ {\gamma = Diag([0.8;0.8])} \hfill \cr {\Psi = Diag([6;5])} \hfill \cr {{X_0} = [0.4;0;0; - 0.4;0;0]} \hfill \cr {{P_0} = 10 \times I(6 \times 6)} \hfill \cr } } \right.$$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-eqn-60" display="block"><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnspacing="1em" rowspacing="4pt"><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mrow><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mi>D</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mn>0.8</mml:mn><mml:mo>;</mml:mo><mml:mn>0.8</mml:mn><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A8;</mml:mi><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mi>D</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mn>6</mml:mn><mml:mo>;</mml:mo><mml:mn>5</mml:mn><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mn>0.4</mml:mn><mml:mo>;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>;</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>0.4</mml:mn><mml:mo>;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mn>10</mml:mn><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>6</mml:mn><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:mn>6</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo stretchy="true" symmetric="true" fence="true"></mml:mo></mml:mrow></mml:math>
<!--</alternatives>--></disp-formula></p>
<p>The expression of <italic>RMSE</italic> on the estimate is given by the following equation: <inline-formula id="ieqn-123">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-123.png"/><tex-math id="tex-ieqn-123"><![CDATA[$RMSE = \sqrt {(1/N){e^T}e}$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-123"><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi>M</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:msqrt><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msup></mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:msqrt></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula>.</p>
<p>The expression of <italic>RMSE</italic> on the estimation of the position of the mobile robot is given by the following equation: <inline-formula id="ieqn-124">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-124.png"/><tex-math id="tex-ieqn-124"><![CDATA[$RMS{E_r} = \sqrt {RMSE_x^2 + RMSE_y^2}$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-124"><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi>M</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:msqrt><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi>M</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>E</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>&#x002B;</mml:mo><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi>M</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>E</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:msqrt></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula>.</p>
<p>The implementation results under Matlab are shown in <xref ref-type="fig" rid="fig-12">Fig. 12</xref> for the two algorithms. In order to evaluate the estimation accuracy, we calculated the <italic>RMSE</italic> on the estimate. <xref ref-type="table" rid="table-4">Tab. 4</xref> shows the results obtained.</p>
<fig id="fig-12">
<label>Figure 12</label>
<caption>
<title>The trajectories estimated by the different algorithms</title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="png" xlink:href="IASC_1000-fig-12.png"/>
</fig>
<table-wrap id="table-4">
<label>Table 4</label>
<caption>
<title>Comparison of the different estimation algorithms with RMSE for Scenario 3</title>
</caption>
<table>
<colgroup>
<col/>
<col/>
<col/>
</colgroup>
<thead>
<tr>
<th>Scenario 3</th>
<th>KF</th>
<th>SVSF</th>
</tr>
</thead>
<tbody>
<tr>
<td><bold>RMSE on x</bold></td>
<td>0.0133</td>
<td>0.0495</td>
</tr>
<tr>
<td><bold>RMSE on y</bold></td>
<td>0.0154</td>
<td>0.0284</td>
</tr>
<tr>
<td><bold>RMSE (position)</bold></td>
<td>0.0204</td>
<td>0.0571</td>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
<p>It was found that the values of <italic>RMSE</italic> of the Kalman filter are lower than those of the SVSF. In this scenario we deduced that the estimation of the trajectory of the UGV by the KF is more accurate in comparison with the SVSF.</p>
<p><bold>Scenario 4:</bold> In this scenario, unfavorable conditions for the Kalman filter will be considered, in order to show the efficiency, robustness and superiority of the SVSF with respect to the KF, when the initial conditions are poorly chosen (the initial conditions are increased by a factor of 10), so that noises on states and measurements are Gaussian, correlated, non-centered:</p>
<p><disp-formula id="eqn-61">
<label>(46)</label>
<!--<alternatives>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="png" xlink:href="eqn-61.png"/><tex-math id="tex-eqn-61"><![CDATA[$$\left\{ {\matrix{ {{Q_k} = \Gamma \left[ {\matrix{ {{{0.02}^2}} &#9; {{{0.01}^2}} \cr {{{0.01}^2}} &#9; {{{0.02}^2}} \cr } } \right]{\Gamma ^T};\matrix{ {} &#9; {} \cr } E[{v_k}] = \left[ {\matrix{ {{{10}^{ - 2}}} \cr {{{10}^{ - 2}}} \cr } } \right]} \hfill \cr \vskip 18pt{{R_k} = \left[ {\matrix{ {{{0.05}^2}} &#9; {{{0.02}^2}} \cr {{{0.02}^2}} &#9; {{{0.05}^2}} \cr } } \right];\matrix{ {} &#9; {} &#9; {} \cr } E[{w_k}] = \left[ {\matrix{ {0.04} \cr {0.04} \cr } } \right]} \hfill \cr } } \right.$$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-eqn-61" display="block"><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnspacing="1em" rowspacing="4pt"><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnspacing="1em" rowspacing="4pt"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>0.02</mml:mn></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>0.01</mml:mn></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>0.01</mml:mn></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>0.02</mml:mn></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>;</mml:mo><mml:mtable columnspacing="1em" rowspacing="4pt"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnspacing="1em" rowspacing="4pt"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>10</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>10</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnspacing="1em" rowspacing="4pt"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>0.05</mml:mn></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>0.02</mml:mn></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>0.02</mml:mn></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>0.05</mml:mn></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>;</mml:mo><mml:mtable columnspacing="1em" rowspacing="4pt"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnspacing="1em" rowspacing="4pt"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mn>0.04</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mn>0.04</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo stretchy="true" symmetric="true" fence="true"></mml:mo></mml:mrow></mml:math>
<!--</alternatives>--></disp-formula></p>
<fig id="fig-13">
<label>Figure 13</label>
<caption>
<title>The estimated trajectories by different algorithms</title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="png" xlink:href="IASC_1000-fig-13.png"/>
</fig>
<p><xref ref-type="fig" rid="fig-13">Fig. 13</xref> shows the estimated trajectories of the UGV and the <italic>RMSE</italic> are given in <xref ref-type="table" rid="table-5">Tab. 5</xref>.</p>
<table-wrap id="table-5">
<label>Table 5</label>
<caption>
<title>Comparison of the different estimation algorithms with RMSE for Scenario 4</title>
</caption>
<table>
<colgroup>
<col/>
<col/>
<col/>
</colgroup>
<thead>
<tr>
<th>Scenario 4</th>
<th>KF</th>
<th>SVSF</th>
</tr>
</thead>
<tbody>
<tr>
<td><bold>RMSE on x</bold></td>
<td>0.0650</td>
<td>0.0548</td>
</tr>
<tr>
<td><bold>RMSE on y</bold></td>
<td>0.1500</td>
<td>0.0719</td>
</tr>
<tr>
<td><bold>RMSE (position)</bold></td>
<td>0.1635</td>
<td>0.0905</td>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
<p>It was found that the values of <inline-formula id="ieqn-125">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-125.png"/><tex-math id="tex-ieqn-125"><![CDATA[$RMS{E_x}$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-125"><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi>M</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula> , <inline-formula id="ieqn-126">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-126.png"/><tex-math id="tex-ieqn-126"><![CDATA[$RMS{E_y}$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-126"><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi>M</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-127">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-127.png"/><tex-math id="tex-ieqn-127"><![CDATA[$RMS{E_r}$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-127"><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi>M</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula> are lower compared to those of KF which has poor estimation accuracy, due to the nature of the non-centered correlated noises and the poor choice of the initial conditions. Ultimately, the SVSF has also proven to be more robust, stable and accurate.</p>
</sec>
<sec id="s5_2">
<label>5.2</label>
<title>Robust Ground Agent Tracking using SVSF and IBC of UAV</title>
<p>In order to evaluate the performance of this architecture, we mainly integrate in this case two scenarios 1 and 2 described above and based on the results of estimation of the SVSF to carry out missions of tracking a ground agent. The initial conditions and constraints are the same. The initial parameters of the SVSF estimator are given in <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-44">Eqs. (44)</xref> and <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-45">(45)</xref>.</p>
<p>From the results of <xref ref-type="fig" rid="fig-14">Fig. 14</xref>, it is clear that the IBC control is more efficient. This control (<xref ref-type="fig" rid="fig-15">Fig. 15</xref>) reduces tracking errors. For example, in Scenario 1, we obtained 0.08 m in <inline-formula id="ieqn-128">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-128.png"/><tex-math id="tex-ieqn-128"><![CDATA[$x$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-128"><mml:mi>x</mml:mi></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-129">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-129.png"/><tex-math id="tex-ieqn-129"><![CDATA[$y$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-129"><mml:mi>y</mml:mi></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula> and 0.25 m in <inline-formula id="ieqn-130">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-130.png"/><tex-math id="tex-ieqn-130"><![CDATA[$z$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-130"><mml:mi>z</mml:mi></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula> (<xref ref-type="fig" rid="fig-16">Fig. 16</xref>) with the BC 0.18 m errors in <inline-formula id="ieqn-131">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-131.png"/><tex-math id="tex-ieqn-131"><![CDATA[$x$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-131"><mml:mi>x</mml:mi></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-132">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-132.png"/><tex-math id="tex-ieqn-132"><![CDATA[$y$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-132"><mml:mi>y</mml:mi></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula> and 0.35 m in <inline-formula id="ieqn-133">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-133.png"/><tex-math id="tex-ieqn-133"><![CDATA[$z$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-133"><mml:mi>z</mml:mi></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula>. <xref ref-type="fig" rid="fig-17">Fig. 17</xref> shows that the integral backstepping control has greatly reduced the effect of parametric uncertainties and measurement noises (scenario 2).</p>
<fig id="fig-14">
<label>Figure 14</label>
<caption>
<title>Tracking of UGV by UAV using SVSF and the IBC: scenario 1 ((a) 2D, (b) 3D), scenario 2 ((c) 2D, (d) 3D)</title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="png" xlink:href="IASC_1000-fig-14.png"/>
</fig>
<p>Thus, it can be deduced that the IBC makes it possible to obtain a better robustness with respect to the parametric uncertainties and a better rejection of the external disturbances with respect to the BC.</p>
<fig id="fig-15">
<label>Figure 15</label>
<caption>
<title>Integral backstepping control inputs of the quadrotor for different scenarios: (a) scenario 1, (b) scenario 2</title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="png" xlink:href="IASC_1000-fig-15.png"/>
</fig>
<fig id="fig-16">
<label>Figure 16</label>
<caption>
<title>Evolution of the translation (x, y, z) and the angles of orientation of the quadrotor with wind disturbance respectively (a) and (b)</title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="png" xlink:href="IASC_1000-fig-16.png"/>
</fig>
<fig id="fig-17">
<label>Figure 17</label>
<caption>
<title>Evolution of the translation (x, y, z) and the angles of orientation of the quadrotor with parametric uncertainties and measurement noises respectively (a) and (b)</title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="png" xlink:href="IASC_1000-fig-17.png"/>
</fig>
</sec>
</sec>
<sec id="s6">
<label>6</label>
<title>Conclusions</title>
<p>This paper proposed a robust control and tracking architecture in order to allow for an UAV to track an UGV in disturbed environment. The considered UGV is a Unicycle mobile robot. On one hand, the latter has been controlled based on the Integral Sliding Mode technique taking into account the kinematics constraints on the speed limitations. A tracking algorithm based on the Kalman filter was introduced in order to estimate the relative state of the UGV in a disturbed environment. On the other hand, a considered UAV type quadrotor and a backstepping controller is designed to stabilize this UAV. A first set of simulations was performed by considering several scenarios. The simulation results of this tracking architecture have shown limited robustness with respect to external disturbances, modeling errors and measurement noises.</p>
<p>In order to improve the performance of this architecture, the Kalman filter has been replaced by the Smooth Variable Structure Filter and the integral-backstepping controller was introduced in order to overcome the challenges of classical backstepping robustness. The stability of the synthesized control laws has been proved by the Lyapunov theory; which is necessary to achieve UGV/UAV cooperation architecture. The second set of simulations considering the proposed architecture has shown the improvement of robustness and accuracy of this architecture.</p>
<p>Current and future works concern the implementation of the proposed architecture and algorithms on a Pixhawk autopilot for UAV control and Raspberry Pi based vision module for automated UGV target visual detection, recognition and tracking.</p>
</sec>
</body>
<back>
<glossary content-type="abbreviations" id="glossary-1">
<def-list>
<title>Nomenclature</title>
<def-item>
<term><inline-formula id="ieqn-134">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-134.png"/><tex-math id="tex-ieqn-134"><![CDATA[$({x_r},{y_r},{\theta _r})$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-134"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula>:</term>
<def>
<p>Coordinates of UGV reference trajectory</p>
</def>
</def-item>
<def-item>
<term><inline-formula id="ieqn-135">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-135.png"/><tex-math id="tex-ieqn-135"><![CDATA[$({v_r},{w_r})$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-135"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula>:</term>
<def>
<p>UGV desired control inputs</p>
</def>
</def-item>
<def-item>
<term><inline-formula id="ieqn-136">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-136.png"/><tex-math id="tex-ieqn-136"><![CDATA[$(x,y,\theta )$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-136"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula>:</term>
<def>
<p>UGV actual coordinates</p>
</def>
</def-item>
<def-item>
<term><inline-formula id="ieqn-137">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-137.png"/><tex-math id="tex-ieqn-137"><![CDATA[$(v,w)$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-137"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula>:</term>
<def>
<p>UGV control inputs</p>
</def>
</def-item>
<def-item>
<term><inline-formula id="ieqn-138">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-138.png"/><tex-math id="tex-ieqn-138"><![CDATA[$({\delta _v},{\delta _w})$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-138"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:mi>v</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:mi>w</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula>:</term>
<def>
<p>Uncertainties on <inline-formula id="ieqn-139">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-139.png"/><tex-math id="tex-ieqn-139"><![CDATA[$v$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-139"><mml:mi>v</mml:mi></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-140">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-140.png"/><tex-math id="tex-ieqn-140"><![CDATA[$w$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-140"><mml:mi>w</mml:mi></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula></p>
</def>
</def-item>
<def-item>
<term><inline-formula id="ieqn-141">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-141.png"/><tex-math id="tex-ieqn-141"><![CDATA[$r$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-141"><mml:mi>r</mml:mi></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula>:</term>
<def>
<p>Radius of UGV wheels</p>
</def>
</def-item>
<def-item>
<term><inline-formula id="ieqn-142">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-142.png"/><tex-math id="tex-ieqn-142"><![CDATA[$2L$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-142"><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>L</mml:mi></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula>:</term>
<def>
<p>The distance between the two driving wheels</p>
</def>
</def-item>
<def-item>
<term><inline-formula id="ieqn-143">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-143.png"/><tex-math id="tex-ieqn-143"><![CDATA[$({\dot \varphi _d},{\dot \varphi _l})$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-143"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>&#x03C6;</mml:mi><mml:mo>&#x02D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>&#x03C6;</mml:mi><mml:mo>&#x02D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula>:</term>
<def>
<p>Angular velocity of the two driving wheels</p>
</def>
</def-item>
<def-item>
<term><inline-formula id="ieqn-144">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-144.png"/><tex-math id="tex-ieqn-144"><![CDATA[$({e_x},{e_y},{e_\theta })$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-144"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula>:</term>
<def>
<p>Tracking errors</p>
</def>
</def-item>
<def-item>
<term><inline-formula id="ieqn-145">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-145.png"/><tex-math id="tex-ieqn-145"><![CDATA[$({e_1},{e_2},{e_3})$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-145"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>e</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>e</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>e</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula>:</term>
<def>
<p>Tracking errors expressed in the UGV frame</p>
</def>
</def-item>
<def-item>
<term><inline-formula id="ieqn-146">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-146.png"/><tex-math id="tex-ieqn-146"><![CDATA[${{\cal{U}}_0}$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-146"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">U</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-147">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-147.png"/><tex-math id="tex-ieqn-147"><![CDATA[${{\cal{U}}_1}$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-147"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">U</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula>:</term>
<def>
<p>Nominal and discontinuous part of the ISMC respectively</p>
</def>
</def-item>
<def-item>
<term><inline-formula id="ieqn-148">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-148.png"/><tex-math id="tex-ieqn-148"><![CDATA[$({v_{max }},{w_{max }})$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-148"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mo form="prefix" movablelimits="true">max</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mrow><mml:mo form="prefix" movablelimits="true">max</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula>:</term>
<def>
<p>The bounds of the UGV controls</p>
</def>
</def-item>
<def-item>
<term><inline-formula id="ieqn-149">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-149.png"/><tex-math id="tex-ieqn-149"><![CDATA[$s = {\left[ {{s_1},{s_2}} \right]^T}$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-149"><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>&#x003D;</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula>:</term>
<def>
<p>Sliding surface</p>
</def>
</def-item>
<def-item>
<term><inline-formula id="ieqn-150">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-150.png"/><tex-math id="tex-ieqn-150"><![CDATA[${X_k}$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-150"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula>:</term>
<def>
<p>State vector describing the UGV motion</p>
</def>
</def-item>
<def-item>
<term><inline-formula id="ieqn-151">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-151.png"/><tex-math id="tex-ieqn-151"><![CDATA[$T$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-151"><mml:mi>T</mml:mi></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula>:</term>
<def>
<p>Sampling period</p>
</def>
</def-item>
<def-item>
<term><inline-formula id="ieqn-152">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-152.png"/><tex-math id="tex-ieqn-152"><![CDATA[${w_k}$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-152"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula>:</term>
<def>
<p>Random process noise</p>
</def>
</def-item>
<def-item>
<term><inline-formula id="ieqn-153">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-153.png"/><tex-math id="tex-ieqn-153"><![CDATA[${z_k}$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-153"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula>:</term>
<def>
<p>The measurements of the UGV position <inline-formula id="ieqn-154">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-154.png"/><tex-math id="tex-ieqn-154"><![CDATA[${P_k}$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-154"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula></p>
</def>
</def-item>
<def-item>
<term><inline-formula id="ieqn-155">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-155.png"/><tex-math id="tex-ieqn-155"><![CDATA[${v_k}$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-155"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula>:</term>
<def>
<p>Random measurement noise</p>
</def>
</def-item>
<def-item>
<term><inline-formula id="ieqn-156">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-156.png"/><tex-math id="tex-ieqn-156"><![CDATA[$(x,y,z,\varphi ,\theta ,\psi )$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-156"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x03C6;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x03C8;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula>:</term>
<def>
<p>Quadrotor position and orientation</p>
</def>
</def-item>
<def-item>
<term><inline-formula id="ieqn-157">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-157.png"/><tex-math id="tex-ieqn-157"><![CDATA[$({u_1},{u_2},{u_3},{u_4})$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-157"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula>:</term>
<def>
<p>Quadrotor control inputs</p>
</def>
</def-item>
<def-item>
<term><inline-formula id="ieqn-158">
<!--<alternatives><inline-graphic xlink:href="ieqn-158.png"/><tex-math id="tex-ieqn-158"><![CDATA[$({u_x},{u_y})$]]></tex-math>--><mml:math id="mml-ieqn-158"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<!--</alternatives>--></inline-formula>:</term>
<def>
<p>Quadrotor virtual control inputs</p>
</def>
</def-item>
</def-list>
</glossary>
<ack>
<p>We would like to thank the staff of the Ecole Militaire Polytechnique of Algiers, especially Doctor Oualid Araar, for the assistance afforded to perform this research.</p>
</ack><fn-group>
<fn fn-type="other">
<p><bold>Funding Statement:</bold> The authors received no specific funding for this study.</p>
</fn>
<fn fn-type="conflict">
<p><bold>Conflicts of Interest:</bold> The authors declare that they have no conflicts of interest to report regarding this study.</p>
</fn>
</fn-group>
<ref-list content-type="authoryear">
<title>References</title>
<ref id="ref-1">
<label>1</label><mixed-citation publication-type="conf-proc">
<person-group person-group-type="author"><string-name>
<given-names>E. H. C.</given-names> 
<surname>Harik</surname></string-name>, <string-name>
<given-names>F.</given-names> 
<surname>Guinand</surname></string-name>, <string-name>
<given-names>H.</given-names> 
<surname>Pelvillain</surname></string-name>, <string-name>
<given-names>F.</given-names> 
<surname>Gu&#x00E9;rin</surname></string-name> and <string-name>
<given-names>J. F.</given-names> 
<surname>Breth&#x00E9;</surname></string-name>
</person-group>, &#x201C;
<article-title>A decentralized interactive architecture for aerial and ground mobile robots cooperation</article-title>,&#x201D; in <conf-name>Proc. Int. Conf. on Control, Automation and Robotics</conf-name>, 
<publisher-loc>Singapore</publisher-loc>, pp. 
<fpage>37</fpage>&#x2013;
<lpage>43</lpage>, 
<year>2015</year>. </mixed-citation>
</ref>
<ref id="ref-2">
<label>2</label><mixed-citation publication-type="conf-proc">
<person-group person-group-type="author"><string-name>
<given-names>A.</given-names> 
<surname>Ferrag</surname></string-name>, <string-name>
<given-names>A.</given-names> 
<surname>Oussar</surname></string-name> and <string-name>
<given-names>M.</given-names> 
<surname>Guiatni</surname></string-name>
</person-group>, &#x201C;
<article-title>Robust coordinated motion planning for UGV/UAV agents in disturbed environment</article-title>,&#x201D; in <conf-name>Proc. 8th International Conference on Modelling, Identification and Control (ICMIC)</conf-name>, 
<publisher-loc>Algiers</publisher-loc>, pp. 
<fpage>472</fpage>&#x2013;
<lpage>477</lpage>, 
<year>2016</year>. </mixed-citation>
</ref>
<ref id="ref-3">
<label>3</label><mixed-citation publication-type="journal">
<person-group person-group-type="author"><string-name>
<given-names>J. E.</given-names> 
<surname>Gomez-Balderas</surname></string-name>, <string-name>
<given-names>P.</given-names> 
<surname>Castillo</surname></string-name>, <string-name>
<given-names>J. A.</given-names> 
<surname>Guerrero</surname></string-name> and <string-name>
<given-names>R.</given-names> 
<surname>Lozano</surname></string-name>
</person-group>, &#x201C;
<article-title>Vision based tracking for a quadrotor using vanishing points</article-title>,&#x201D; 
<source>Journal of Intelligent &#x0026; Robotic Systems</source>, vol. 
<volume>65</volume>, no. 
<issue>1&#x2013;4</issue>, pp. 
<fpage>361</fpage>&#x2013;
<lpage>371</lpage>, 
<year>2012</year>.</mixed-citation>
</ref>
<ref id="ref-4">
<label>4</label><mixed-citation publication-type="book">
<person-group person-group-type="author"><string-name>
<given-names>C. C.</given-names> 
<surname>Ke</surname></string-name>, <string-name>
<given-names>J. G.</given-names> 
<surname>Herrero</surname></string-name> and <string-name>
<given-names>J.</given-names> 
<surname>Llinas</surname></string-name>
</person-group>, &#x201C;<chapter-title>Comparison of techniques for ground target tracking</chapter-title>,&#x201D; in 
<source>State University of New York At Buffalo Center Of Multisource Information Fusion, Rep. ADA400079</source>, 
<year>2000</year>.</mixed-citation>
</ref>
<ref id="ref-5">
<label>5</label><mixed-citation publication-type="journal">
<person-group person-group-type="author"><string-name>
<given-names>F.</given-names> 
<surname>Rafi</surname></string-name>, <string-name>
<given-names>S.</given-names> 
<surname>Khan</surname></string-name>, <string-name>
<given-names>K.</given-names> 
<surname>Shafiq</surname></string-name> and <string-name>
<given-names>M.</given-names> 
<surname>Shah</surname></string-name>
</person-group>, &#x201C;
<article-title>Autonomous target following by unmanned aerial vehicles</article-title>,&#x201D; 
<source>Unmanned Systems Technology VIII</source>, vol.  
<volume>6230</volume>, pp. 
<fpage>10</fpage>&#x2013;
<lpage>18</lpage>, 
<year>2006</year>.</mixed-citation>
</ref>
<ref id="ref-6">
<label>6</label><mixed-citation publication-type="conf-proc">
<person-group person-group-type="author"><string-name>
<given-names>R.</given-names> 
<surname>Wise</surname></string-name> and <string-name>
<given-names>R.</given-names> 
<surname>Rysdyk</surname></string-name>
</person-group>, &#x201C;
<article-title>UAV coordination for autonomous target tracking</article-title>,&#x201D; in <conf-name>Proc. AIAA Guidance, Navigation, and Control Conf. and Exhibit</conf-name>, 
<publisher-loc>Colorado</publisher-loc>, pp. 
<fpage>6453</fpage>&#x2013;
<lpage>6475</lpage>, 
<year>2006</year>. </mixed-citation>
</ref>
<ref id="ref-7">
<label>7</label><mixed-citation publication-type="journal">
<person-group person-group-type="author"><string-name>
<given-names>C.</given-names> 
<surname>Peterson</surname></string-name> and <string-name>
<given-names>D. A.</given-names> 
<surname>Paley</surname></string-name>
</person-group>, &#x201C;
<article-title>Multivehicle coordination in an estimated time-varying flowfield</article-title>,&#x201D; 
<source>Journal of Guidance, Control, and Dynamics</source>, vol. 
<volume>34</volume>, no. 
<issue>1</issue>, pp. 
<fpage>177</fpage>&#x2013;
<lpage>191</lpage>, 
<year>2011</year>.</mixed-citation>
</ref>
<ref id="ref-8">
<label>8</label><mixed-citation publication-type="journal">
<person-group person-group-type="author"><string-name>
<given-names>T. H.</given-names> 
<surname>Summers</surname></string-name>, <string-name>
<given-names>M. R.</given-names> 
<surname>Akella</surname></string-name> and <string-name>
<given-names>M. J.</given-names> 
<surname>Mears</surname></string-name>
</person-group>, &#x201C;
<article-title>Coordinated standoff tracking of moving targets: Control laws and information architectures</article-title>,&#x201D; 
<source>Journal of Guidance, Control, and Dynamics</source>, vol. 
<volume>32</volume>, no. 
<issue>1</issue>, pp. 
<fpage>56</fpage>&#x2013;
<lpage>69</lpage>, 
<year>2009</year>.</mixed-citation>
</ref>
<ref id="ref-9">
<label>9</label><mixed-citation publication-type="journal">
<person-group person-group-type="author"><string-name>
<given-names>S.</given-names> 
<surname>Kim</surname></string-name>, <string-name>
<given-names>H.</given-names> 
<surname>Oh</surname></string-name> and <string-name>
<given-names>A.</given-names> 
<surname>Tsourdos</surname></string-name>
</person-group>, &#x201C;
<article-title>Nonlinear model predictive coordinated standoff tracking of a moving ground vehicle</article-title>,&#x201D; 
<source>Journal of Guidance, Control, and Dynamics</source>, vol. 
<volume>36</volume>, no. 
<issue>2</issue>, pp. 
<fpage>557</fpage>&#x2013;
<lpage>566</lpage>, 
<year>2013</year>.</mixed-citation>
</ref>
<ref id="ref-10">
<label>10</label><mixed-citation publication-type="conf-proc">
<person-group person-group-type="author"><string-name>
<given-names>S. A. P.</given-names> 
<surname>Quintero</surname></string-name>, <string-name>
<given-names>D. A.</given-names> 
<surname>Copp</surname></string-name> and <string-name>
<given-names>J. P.</given-names> 
<surname>Hespanha</surname></string-name>
</person-group>, &#x201C;
<article-title>Robust UAV coordination for target tracking using output-feedback model predictive control with moving horizon estimation</article-title>,&#x201D; in <conf-name>Proc. American Control Conf. (ACC)</conf-name>, 
<publisher-loc>Chicago</publisher-loc>, pp. 
<fpage>3758</fpage>&#x2013;
<lpage>3764</lpage>, 
<year>2015</year>. </mixed-citation>
</ref>
<ref id="ref-11">
<label>11</label><mixed-citation publication-type="conf-proc">
<person-group person-group-type="author"><string-name>
<given-names>J.</given-names> 
<surname>Lee</surname></string-name>, <string-name>
<given-names>R.</given-names> 
<surname>Huang</surname></string-name>, <string-name>
<given-names>A.</given-names> 
<surname>Vaughn</surname></string-name>, <string-name>
<given-names>X.</given-names> 
<surname>Xiao</surname></string-name> and <string-name>
<given-names>J. K.</given-names> 
<surname>Hedrick</surname></string-name>
</person-group>, &#x201C;
<article-title>Strategies of path-planning for a UAV to track a ground vehicle</article-title>,&#x201D; in <conf-name>AINS Conf.</conf-name>, Sengupta, 
<year>2003</year>. </mixed-citation>
</ref>
<ref id="ref-12">
<label>12</label><mixed-citation publication-type="book">
<person-group person-group-type="author"><string-name>
<given-names>Y.</given-names> 
<surname>Bar-Shalom</surname></string-name>
</person-group>, 
<source>Tracking and data association</source>. 
<publisher-loc>San Diego</publisher-loc>: 
<publisher-name>Academic Press Professional, Inc.</publisher-name>, 
<year>1987</year>.</mixed-citation>
</ref>
<ref id="ref-13">
<label>13</label><mixed-citation publication-type="journal">
<person-group person-group-type="author"><string-name>
<given-names>B. K.</given-names> 
<surname>Ghosh</surname></string-name> and <string-name>
<given-names>E. P.</given-names> 
<surname>Loucks</surname></string-name>
</person-group>, &#x201C;
<article-title>A realization theory for perspective systems with applications to parameter estimation problems in machine vision</article-title>,&#x201D; 
<source>IEEE Transactions on Automatic Control</source>, vol. 
<volume>41</volume>, no. 
<issue>12</issue>, pp. 
<fpage>1706</fpage>&#x2013;
<lpage>1722</lpage>, 
<year>1996</year>.</mixed-citation>
</ref>
<ref id="ref-14">
<label>14</label><mixed-citation publication-type="book">
<person-group person-group-type="author"><string-name>
<given-names>Y.</given-names> 
<surname>Bar-Shalom</surname></string-name>, <string-name>
<given-names>P. K.</given-names> 
<surname>Willett</surname></string-name> and <string-name>
<given-names>X.</given-names> 
<surname>Tian</surname></string-name>
</person-group>, 
<source>Tracking and data fusion</source>. 
<publisher-loc>Storrs</publisher-loc>: 
<publisher-name>YBS publishing</publisher-name>, 
<year>2011</year>.</mixed-citation>
</ref>
<ref id="ref-15">
<label>15</label><mixed-citation publication-type="conf-proc">
<person-group person-group-type="author"><string-name>
<given-names>F.</given-names> 
<surname>Capezio</surname></string-name>, <string-name>
<given-names>A.</given-names> 
<surname>Sgorbissa</surname></string-name> and <string-name>
<given-names>R.</given-names> 
<surname>Zaccaria</surname></string-name>
</person-group>, &#x201C;
<article-title>GPS-based localization for a surveillance UGV in outdoor areas</article-title>,&#x201D; in <conf-name>Proc. the Fifth Int. Workshop on Robot Motion and Control (RoMoCo&#x2019;05)</conf-name>, 
<publisher-loc>Dymaczewo</publisher-loc>, pp. 
<fpage>157</fpage>&#x2013;
<lpage>162</lpage>, 
<year>2005</year>. </mixed-citation>
</ref>
<ref id="ref-16">
<label>16</label><mixed-citation publication-type="book">
<person-group person-group-type="author"><string-name>
<given-names>C. C.</given-names> 
<surname>Haddal</surname></string-name> and <string-name>
<given-names>J.</given-names> 
<surname>Gertler</surname></string-name>
</person-group>, 
<source>Homeland security: Unmanned aerial vehicles and border surveillance</source>. 
<publisher-name>Library of Congress Washington DC Congressional Research Service, Rep. ADA524297</publisher-name>, 
<year>2010</year>.</mixed-citation>
</ref>
<ref id="ref-17">
<label>17</label><mixed-citation publication-type="other">
<person-group person-group-type="author"><string-name>
<given-names>C.</given-names> 
<surname>Pippin</surname></string-name>, <string-name>
<given-names>G.</given-names> 
<surname>Gray</surname></string-name>, <string-name>
<given-names>M.</given-names> 
<surname>Matthews</surname></string-name>, <string-name>
<given-names>D.</given-names> 
<surname>Price</surname></string-name>, <string-name>
<given-names>A. P.</given-names> 
<surname>Hu</surname></string-name> <etal>et al.</etal>
</person-group><italic>,</italic> &#x201C;
<article-title>The design of an air-ground research platform for cooperative surveillance,&#x201D; Georgia Tech Research Institute</article-title>. 
<comment>Tech. Rep. 112010</comment>, 
<year>2010</year>.</mixed-citation>
</ref>
<ref id="ref-18">
<label>18</label><mixed-citation publication-type="journal">
<person-group person-group-type="author"><string-name>
<given-names>A. M.</given-names> 
<surname>Khaleghi</surname></string-name>, <string-name>
<given-names>D.</given-names> 
<surname>Xu</surname></string-name>, <string-name>
<given-names>Z.</given-names> 
<surname>Wang</surname></string-name>, <string-name>
<given-names>M.</given-names> 
<surname>Li</surname></string-name>, <string-name>
<given-names>A.</given-names> 
<surname>Lobos</surname></string-name> <etal>et al.</etal>
</person-group><italic>,</italic> &#x201C;
<article-title>A DDDAMS-based planning and control framework for surveillance and crowd control via UAVs and UGVs</article-title>,&#x201D; 
<source>Expert Systems with Applications</source>, vol. 
<volume>40</volume>, no. 
<issue>18</issue>, pp. 
<fpage>7168</fpage>&#x2013;
<lpage>7183</lpage>, 
<year>2013</year>.</mixed-citation>
</ref>
<ref id="ref-19">
<label>19</label><mixed-citation publication-type="conf-proc">
<person-group person-group-type="author"><string-name>
<given-names>M.</given-names> 
<surname>Saska</surname></string-name>, <string-name>
<given-names>T.</given-names> 
<surname>Krajnik</surname></string-name> and <string-name>
<given-names>L.</given-names> 
<surname>Pfeucil</surname></string-name>
</person-group>, &#x201C;
<article-title>Cooperative &#x03BC;UAV-UGV autonomous indoor surveillance</article-title>,&#x201D; in <conf-name>Proc. 9th Int. Multi-Conf. on Systems, Signals and Devices (SSD)</conf-name>, 
<publisher-loc>Chemnitz</publisher-loc>, pp. 
<fpage>1</fpage>&#x2013;
<lpage>6</lpage>, 
<year>2012</year>. </mixed-citation>
</ref>
<ref id="ref-20">
<label>20</label><mixed-citation publication-type="conf-proc">
<person-group person-group-type="author"><string-name>
<given-names>H. G.</given-names> 
<surname>Tanner</surname></string-name> and <string-name>
<given-names>D. K.</given-names> 
<surname>Christodoulakis</surname></string-name>
</person-group>, &#x201C;
<article-title>Cooperation between Aerial and Ground vehicle groups for Reconnaissance missions</article-title>,&#x201D; in <conf-name>Proc. of the 45th IEEE Conf. on Decision and Control</conf-name>, 
<publisher-loc>San Diego, CA</publisher-loc>, pp. 
<fpage>5918</fpage>&#x2013;
<lpage>5923</lpage>, 
<year>2006</year>. </mixed-citation>
</ref>
<ref id="ref-21">
<label>21</label><mixed-citation publication-type="journal">
<person-group person-group-type="author"><string-name>
<given-names>B.</given-names> 
<surname>Grocholsky</surname></string-name>, <string-name>
<given-names>J.</given-names> 
<surname>Keller</surname></string-name> and <string-name>
<given-names>V.</given-names> 
<surname>Kumar</surname></string-name>
</person-group>, &#x201C;
<article-title>Cooperative air and ground surveillance</article-title>,&#x201D; 
<source>IEEE Robotics &#x0026; Automation Magazine</source>, vol. 
<volume>13</volume>, no. 
<issue>3</issue>, pp. 
<fpage>16</fpage>&#x2013;
<lpage>25</lpage>, 
<year>2006</year>.</mixed-citation>
</ref>
<ref id="ref-22">
<label>22</label><mixed-citation publication-type="conf-proc">
<person-group person-group-type="author"><string-name>
<given-names>D. K.</given-names> 
<surname>MacArthur</surname></string-name> and <string-name>
<given-names>C. D.</given-names> 
<surname>Crane</surname></string-name>
</person-group>, &#x201C;
<article-title>Unmanned ground vehicle state estimation using an unmanned air vehicle</article-title>,&#x201D; in <conf-name>Proc. Int. Sym. on Computational Intelligence in Robotics and Automation</conf-name>, 
<publisher-loc>Jacksonville, FI</publisher-loc>, pp. 
<fpage>473</fpage>&#x2013;
<lpage>478</lpage>, 
<year>2007</year>. </mixed-citation>
</ref>
<ref id="ref-23">
<label>23</label><mixed-citation publication-type="conf-proc">
<person-group person-group-type="author"><string-name>
<given-names>S.</given-names> 
<surname>Kanchanavally</surname></string-name>, <string-name>
<given-names>R.</given-names> 
<surname>Ordonez</surname></string-name> and <string-name>
<given-names>J.</given-names> 
<surname>Layne</surname></string-name>
</person-group>, &#x201C;
<article-title>Mobile target tracking by networked uninhabited autonomous vehicles via hospitability maps</article-title>,&#x201D; in <conf-name>Proc. of the American Control Conf.</conf-name>, 
<publisher-loc>Boston, MA, USA</publisher-loc>, pp. 
<fpage>5570</fpage>&#x2013;
<lpage>5575</lpage>, 
<year>2004</year>. </mixed-citation>
</ref>
<ref id="ref-24">
<label>24</label><mixed-citation publication-type="journal">
<person-group person-group-type="author"><string-name>
<given-names>R.</given-names> 
<surname>Madhavan</surname></string-name>, <string-name>
<given-names>T.</given-names> 
<surname>Hong</surname></string-name> and <string-name>
<given-names>E.</given-names> 
<surname>Messina</surname></string-name>
</person-group>, &#x201C;
<article-title>Temporal range registration for unmanned ground and aerial vehicles</article-title>,&#x201D; 
<source>Journal of Intelligent and Robotic Systems</source>, vol. 
<volume>44</volume>, no. 
<issue>1</issue>, pp. 
<fpage>47</fpage>&#x2013;
<lpage>69</lpage>, 
<year>2005</year>.</mixed-citation>
</ref>
<ref id="ref-25">
<label>25</label><mixed-citation publication-type="journal">
<person-group person-group-type="author"><string-name>
<given-names>U.</given-names> 
<surname>Zengin</surname></string-name> and <string-name>
<given-names>A.</given-names> 
<surname>Dogan</surname></string-name>
</person-group>, &#x201C;
<article-title>Real-time target tracking for autonomous UAVs in adversarial environments: A gradient search algorithm</article-title>,&#x201D; 
<source>IEEE Transactions on Robotics</source>, vol. 
<volume>23</volume>, no. 
<issue>2</issue>, pp. 
<fpage>294</fpage>&#x2013;
<lpage>307</lpage>, 
<year>2007</year>.</mixed-citation>
</ref>
<ref id="ref-26">
<label>26</label><mixed-citation publication-type="journal">
<person-group person-group-type="author"><string-name>
<given-names>J. Y.</given-names> 
<surname>Choi</surname></string-name> and <string-name>
<given-names>S. G.</given-names> 
<surname>Kim</surname></string-name>
</person-group>, &#x201C;
<article-title>Collaborative tracking control of UAV-UGV</article-title>,&#x201D; 
<source>International Journal of Mechanical, Aerospace, Industrial, Mechatronic and Manufacturing Engineering</source>, vol. 
<volume>6</volume>, no. 
<issue>11</issue>, pp. 
<fpage>2487</fpage>&#x2013;
<lpage>2493</lpage>, 
<year>2012</year>.</mixed-citation>
</ref>
<ref id="ref-27">
<label>27</label><mixed-citation publication-type="conf-proc">
<person-group person-group-type="author"><string-name>
<given-names>S.</given-names> 
<surname>Ulun</surname></string-name> and <string-name>
<given-names>M.</given-names> 
<surname>Unel</surname></string-name>
</person-group>, &#x201C;
<article-title>Coordinated motion of UGVs and a UAV</article-title>,&#x201D; in <conf-name>Proc. IECON 39th Annual Conf. of the IEEE Industrial Electronics Society</conf-name>, 
<publisher-loc>Vienna</publisher-loc>, pp. 
<fpage>4079</fpage>&#x2013;
<lpage>4084</lpage>, 
<year>2013</year>. </mixed-citation>
</ref>
<ref id="ref-28">
<label>28</label><mixed-citation publication-type="conf-proc">
<person-group person-group-type="author"><string-name>
<given-names>M.</given-names> 
<surname>Saska</surname></string-name>, <string-name>
<given-names>V.</given-names> 
<surname>Von&#x00E1;sek</surname></string-name>, <string-name>
<given-names>T.</given-names> 
<surname>Krajn&#x00ED;k</surname></string-name> and <string-name>
<given-names>L.</given-names> 
<surname>P&#x0159;eu&#x010D;il</surname></string-name>
</person-group>, &#x201C;
<article-title>Coordination and navigation of heterogeneous UAVs-UGVs teams localized by a hawk-eye approach</article-title>,&#x201D; in <conf-name>Proc. IEEE/RSJ Int. Conf. on Intelligent Robots and Systems</conf-name>, 
<publisher-name>Vilamoura</publisher-name>, pp. 
<fpage>2166</fpage>&#x2013;
<lpage>2171</lpage>, 
<year>2012</year>. </mixed-citation>
</ref>
<ref id="ref-29">
<label>29</label><mixed-citation publication-type="conf-proc">
<person-group person-group-type="author"><string-name>
<given-names>L.</given-names> 
<surname>Barnes</surname></string-name>, <string-name>
<given-names>R.</given-names> 
<surname>Garcia</surname></string-name>, <string-name>
<given-names>M.</given-names> 
<surname>Fields</surname></string-name> and <string-name>
<given-names>K.</given-names> 
<surname>Valavanis</surname></string-name>
</person-group>, &#x201C;
<article-title>Swarm formation control utilizing ground and aerial unmanned systems</article-title>,&#x201D; in <conf-name>Proc. IEEE/RSJ Int. Conf. on Intelligent Robots and Systems</conf-name>, 
<publisher-loc>Nice</publisher-loc>, pp. 
<fpage>4205</fpage>&#x2013;
<lpage>4205</lpage>, 
<year>2008</year>. </mixed-citation>
</ref>
<ref id="ref-30">
<label>30</label><mixed-citation publication-type="conf-proc">
<person-group person-group-type="author"><string-name>
<given-names>N.</given-names> 
<surname>Rackliffe</surname></string-name>, <string-name>
<given-names>H. A.</given-names> 
<surname>Yanco</surname></string-name> and <string-name>
<given-names>J.</given-names> 
<surname>Casper</surname></string-name>
</person-group>, &#x201C;
<article-title>Using geographic information systems (GIS) for UAV landings and UGV navigation</article-title>,&#x201D; in <conf-name>Proc. IEEE Conf. on Technologies for Practical Robot Applications</conf-name>, 
<publisher-loc>Woburn, MA</publisher-loc>, pp. 
<fpage>145</fpage>&#x2013;
<lpage>150</lpage>, 
<year>2011</year>. </mixed-citation>
</ref>
<ref id="ref-31">
<label>31</label><mixed-citation publication-type="conf-proc">
<person-group person-group-type="author"><string-name>
<given-names>C.</given-names> 
<surname>Phan</surname></string-name> and <string-name>
<given-names>H. H. T.</given-names> 
<surname>Liu</surname></string-name>
</person-group>, &#x201C;
<article-title>A cooperative UAV/UGV platform for wildfire detection and fighting</article-title>,&#x201D; in <conf-name>Proc. Asia Simulation Conf.&#x2014;7th Int. Conf. on System Simulation and Scientific Computing</conf-name>, 
<publisher-loc>Beijing</publisher-loc>, pp. 
<fpage>494</fpage>&#x2013;
<lpage>498</lpage>, 
<year>2008</year>. </mixed-citation>
</ref>
<ref id="ref-32">
<label>32</label><mixed-citation publication-type="journal">
<person-group person-group-type="author"><string-name>
<given-names>P.</given-names> 
<surname>Tokekar</surname></string-name>, <string-name>
<given-names>J. V.</given-names> 
<surname>Hook</surname></string-name> and <string-name>
<given-names>D.</given-names> 
<surname>Mulla</surname></string-name>
</person-group>, &#x201C;
<article-title>Sensor planning for a symbiotic UAV and UGV system for precision agriculture</article-title>,&#x201D; 
<source>IEEE Transactions on Robotics</source>, vol. 
<volume>32</volume>, no. 
<issue>6</issue>, pp. 
<fpage>1498</fpage>&#x2013;
<lpage>1511</lpage>, 
<year>2016</year>.</mixed-citation>
</ref>
<ref id="ref-33">
<label>33</label><mixed-citation publication-type="journal">
<person-group person-group-type="author"><string-name>
<given-names>D.</given-names> 
<surname>Yulong</surname></string-name>, <string-name>
<given-names>X.</given-names> 
<surname>Bin</surname></string-name>, <string-name>
<given-names>C.</given-names> 
<surname>Jie</surname></string-name>, <string-name>
<given-names>F.</given-names> 
<surname>Hao</surname></string-name> and <string-name>
<given-names>Z.</given-names> 
<surname>Yangguang</surname></string-name>
</person-group>, &#x201C;
<article-title>Path planning of messenger UAV in air-ground coordination</article-title>,&#x201D; 
<source>IFAC-PapersOnLine</source>, vol. 
<volume>50</volume>, no. 
<issue>1</issue>, pp. 
<fpage>8045</fpage>&#x2013;
<lpage>8051</lpage>, 
<year>2017</year>.</mixed-citation>
</ref>
<ref id="ref-34">
<label>34</label><mixed-citation publication-type="journal">
<person-group person-group-type="author"><string-name>
<given-names>H.</given-names> 
<surname>Abaunza</surname></string-name>, <string-name>
<given-names>E.</given-names> 
<surname>Ibarra</surname></string-name>, <string-name>
<given-names>P.</given-names> 
<surname>Castillo</surname></string-name> and <string-name>
<given-names>A.</given-names> 
<surname>Victorino</surname></string-name>
</person-group>, &#x201C;
<article-title>Quaternion based control for circular UAV trajectory tracking, following a ground vehicle: Real-time validation</article-title>,&#x201D; 
<source>IFAC-PapersOnLine</source>, vol. 
<volume>50</volume>, no. 
<issue>1</issue>, pp. 
<fpage>11453</fpage>&#x2013;
<lpage>11458</lpage>, 
<year>2017</year>.</mixed-citation>
</ref>
<ref id="ref-35">
<label>35</label><mixed-citation publication-type="conf-proc">
<person-group person-group-type="author"><string-name>
<given-names>D. C.</given-names> 
<surname>Guastella</surname></string-name>, <string-name>
<given-names>L.</given-names> 
<surname>Cantelli</surname></string-name>, <string-name>
<given-names>C. D.</given-names> 
<surname>Melita</surname></string-name> and <string-name>
<given-names>G.</given-names> 
<surname>Muscato</surname></string-name>
</person-group>, &#x201C;
<article-title>A global path planning strategy for a UGV from aerial elevation maps for disaster response</article-title>,&#x201D; in <conf-name>Proc. 9th Int. Conf. on Agents and Artificial Intelligence(ICAART)</conf-name>, 
<publisher-loc>Porto</publisher-loc>, pp. 
<fpage>335</fpage>&#x2013;
<lpage>342</lpage>, 
<year>2017</year>. </mixed-citation>
</ref>
<ref id="ref-36">
<label>36</label><mixed-citation publication-type="other">
<person-group person-group-type="author"><string-name>
<given-names>J.</given-names> 
<surname>Peterson</surname></string-name>, <string-name>
<given-names>H.</given-names> 
<surname>Chaudhry</surname></string-name>, <string-name>
<given-names>K.</given-names> 
<surname>Abdelatty</surname></string-name> and <string-name>
<given-names>J.</given-names> 
<surname>Bird</surname></string-name>
</person-group>, &#x201C;
<article-title>Online aerial terrain mapping for ground robot navigation,&#x201D; Sensors</article-title>, vol. 
<volume>18, no. 2</volume>, pp. 
<fpage>630</fpage>&#x2013;
<lpage>652</lpage>, 
<year>2018</year>.</mixed-citation>
</ref>
<ref id="ref-37">
<label>37</label><mixed-citation publication-type="conf-proc">
<person-group person-group-type="author"><string-name>
<given-names>S.</given-names> 
<surname>Govindaraj</surname></string-name>, <string-name>
<given-names>K.</given-names> 
<surname>Chintamani</surname></string-name> and <string-name>
<given-names>J.</given-names> 
<surname>Gancet</surname></string-name>
</person-group>, &#x201C;
<article-title>The ICARUS project&#x2014;Command, control and intelligence (C2I)</article-title>,&#x201D; in <conf-name>Proc. IEEE Int. Sym. on Safety, Security, and Rescue Robotics (SSRR)</conf-name>, 
<publisher-loc>Linkoping</publisher-loc>, pp. 
<fpage>1</fpage>&#x2013;
<lpage>4</lpage>, 
<year>2013</year>. </mixed-citation>
</ref>
<ref id="ref-38">
<label>38</label><mixed-citation publication-type="journal">
<person-group person-group-type="author"><string-name>
<given-names>S.</given-names> 
<surname>Batzdorfer</surname></string-name>, <string-name>
<given-names>M.</given-names> 
<surname>Bobbe</surname></string-name>, <string-name>
<given-names>M.</given-names> 
<surname>Becker</surname></string-name>, <string-name>
<given-names>H.</given-names> 
<surname>Harms</surname></string-name> and <string-name>
<given-names>U.</given-names> 
<surname>Bestmann</surname></string-name>
</person-group>, &#x201C;
<article-title>Multisensor equipped UAV/UGV for automated exploration</article-title>,&#x201D; 
<source>The International Archives of Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences</source>, vol. 
<volume>42</volume>, pp. 
<fpage>33</fpage>&#x2013;
<lpage>41</lpage>, 
<year>2017</year>.</mixed-citation>
</ref>
<ref id="ref-39">
<label>39</label><mixed-citation publication-type="conf-proc">
<person-group person-group-type="author"><string-name>
<given-names>M.</given-names> 
<surname>Defoort</surname></string-name>, <string-name>
<given-names>J.</given-names> 
<surname>Palos</surname></string-name>, <string-name>
<given-names>A.</given-names> 
<surname>Kokosy</surname></string-name>, <string-name>
<given-names>T.</given-names> 
<surname>Floquet</surname></string-name>, <string-name>
<given-names>W.</given-names> 
<surname>Perruquetti</surname></string-name> <etal>et al.</etal>
</person-group><italic>,</italic> &#x201C;
<article-title>Experimental motion planning and control for an autonomous nonholonomic mobile robot</article-title>,&#x201D; in <conf-name>Proc. IEEE Int. Conf. on Robotics and Automation</conf-name>, 
<publisher-loc>Roma</publisher-loc>, pp. 
<fpage>2221</fpage>&#x2013;
<lpage>2226</lpage>, 
<year>2007</year>. </mixed-citation>
</ref>
<ref id="ref-40">
<label>40</label><mixed-citation publication-type="journal">
<person-group person-group-type="author"><string-name>
<given-names>M.</given-names> 
<surname>Asif</surname></string-name>, <string-name>
<given-names>A. Y.</given-names> 
<surname>Memon</surname></string-name> and <string-name>
<given-names>M. J.</given-names> 
<surname>Khan</surname></string-name>
</person-group>, &#x201C;
<article-title>Output feedback control for trajectory tracking of wheeled mobile robot</article-title>,&#x201D; 
<source>Intelligent Automation &#x0026; Soft Computing</source>, vol. 
<volume>22</volume>, no. 
<issue>1</issue>, pp. 
<fpage>75</fpage>&#x2013;
<lpage>87</lpage>, 
<year>2015</year>.</mixed-citation>
</ref>
<ref id="ref-41">
<label>41</label><mixed-citation publication-type="journal">
<person-group person-group-type="author"><string-name>
<given-names>J. A.</given-names> 
<surname>Ruz-Hernandez</surname></string-name>, <string-name>
<given-names>E. N.</given-names> 
<surname>Sanchez</surname></string-name> and <string-name>
<given-names>M.</given-names> 
<surname>Saad</surname></string-name>
</person-group>, &#x201C;
<article-title>Real-time decentralized neural control for a five Dof redundant robot</article-title>,&#x201D; 
<source>Intelligent Automation &#x0026; Soft Computing</source>, vol. 
<volume>19</volume>, no. 
<issue>1</issue>, pp. 
<fpage>23</fpage>&#x2013;
<lpage>37</lpage>, 
<year>2013</year>.</mixed-citation>
</ref>
<ref id="ref-42">
<label>42</label><mixed-citation publication-type="journal">
<person-group person-group-type="author"><string-name>
<given-names>L. E.</given-names> 
<surname>Z&#x00E1;rate</surname></string-name> and <string-name>
<given-names>P.</given-names> 
<surname>Resende</surname></string-name>
</person-group>, &#x201C;
<article-title>Fuzzy sliding mode controller for a PH process in stirred tanks</article-title>,&#x201D; 
<source>Intelligent Automation &#x0026; Soft Computing</source>, vol. 
<volume>18</volume>, no. 
<issue>4</issue>, pp. 
<fpage>349</fpage>&#x2013;
<lpage>367</lpage>, 
<year>2012</year>.</mixed-citation>
</ref>
<ref id="ref-43">
<label>43</label><mixed-citation publication-type="journal">
<person-group person-group-type="author"><string-name>
<given-names>M. H.</given-names> 
<surname>Casado</surname></string-name> and <string-name>
<given-names>F. J.</given-names> 
<surname>Velasco</surname></string-name>
</person-group>, &#x201C;
<article-title>Thruster control based on the shunt DC motors for a precise positioning of the marine vehicles</article-title>,&#x201D; 
<source>Intelligent Automation &#x0026; Soft Computing</source>, vol. 
<volume>15</volume>, no. 
<issue>3</issue>, pp. 
<fpage>425</fpage>&#x2013;
<lpage>438</lpage>, 
<year>2009</year>.</mixed-citation>
</ref>
<ref id="ref-44">
<label>44</label><mixed-citation publication-type="journal">
<person-group person-group-type="author"><string-name>
<given-names>S.</given-names> 
<surname>Bogosyan</surname></string-name>
</person-group>, &#x201C;
<article-title>A sliding mode based neural network for data fusion and estimation using multiple sensors</article-title>,&#x201D; 
<source>Intelligent Automation &#x0026; Soft Computing</source>, vol. 
<volume>17</volume>, no. 
<issue>4</issue>, pp. 
<fpage>477</fpage>&#x2013;
<lpage>493</lpage>, 
<year>2011</year>.</mixed-citation>
</ref>
<ref id="ref-45">
<label>45</label><mixed-citation publication-type="journal">
<person-group person-group-type="author"><string-name>
<given-names>Z. P.</given-names> 
<surname>Jiang</surname></string-name>, <string-name>
<given-names>E.</given-names> 
<surname>Lefeber</surname></string-name> and <string-name>
<given-names>H.</given-names> 
<surname>Nijmeijer</surname></string-name>
</person-group>, &#x201C;
<article-title>Saturated stabilization and tracking of a nonholonomic mobile robot</article-title>,&#x201D; 
<source>Systems &#x0026; Control Letters</source>, vol. 
<volume>42</volume>, no. 
<issue>5</issue>, pp. 
<fpage>327</fpage>&#x2013;
<lpage>332</lpage>, 
<year>2001</year>.</mixed-citation>
</ref>
<ref id="ref-46">
<label>46</label><mixed-citation publication-type="other">
<person-group person-group-type="author"><string-name>
<given-names>M.</given-names> 
<surname>Defoort</surname></string-name>, <string-name>
<given-names>T.</given-names> 
<surname>Floquet</surname></string-name> and <string-name>
<given-names>A.</given-names> 
<surname>Kokosy</surname></string-name>
</person-group>, &#x201C;
<article-title>Integral sliding mode control for trajectory tracking of a unicycle type mobile robot,&#x201D; Integrated Computer-Aided Engineering</article-title>, vol. 
<volume>13, no. 3</volume>, pp. 
<fpage>277</fpage>&#x2013;
<lpage>288</lpage>, 
<year>Jul. 2006</year>.</mixed-citation>
</ref>
<ref id="ref-47">
<label>47</label><mixed-citation publication-type="conf-proc">
<person-group person-group-type="author"><string-name>
<given-names>R.</given-names> 
<surname>Abbas</surname></string-name> and <string-name>
<given-names>Q.</given-names> 
<surname>Wu</surname></string-name>
</person-group>, &#x201C;
<article-title>Formation tracking for multiple quadrotor based on sliding mode and fixed communication topology</article-title>,&#x201D; in <conf-name>Proc. 5th Int. Conf. on Intelligent Human-Machine Systems and Cybernetics</conf-name>, 
<publisher-loc>Hangzhou</publisher-loc>, pp. 
<fpage>233</fpage>&#x2013;
<lpage>238</lpage>, 
<year>2013</year>. </mixed-citation>
</ref>
<ref id="ref-48">
<label>48</label><mixed-citation publication-type="journal">
<person-group person-group-type="author"><string-name>
<given-names>M. P.</given-names> 
<surname>Aghababa</surname></string-name> and <string-name>
<given-names>M. E.</given-names> 
<surname>Akbari</surname></string-name>
</person-group>, &#x201C;
<article-title>A chattering-free robust adaptive sliding mode controller for synchronization of two different chaotic systems with unknown uncertainties and external disturbances</article-title>,&#x201D; 
<source>Applied Mathematics and Computation</source>, vol. 
<volume>218</volume>, no. 
<issue>9</issue>, pp. 
<fpage>5757</fpage>&#x2013;
<lpage>5768</lpage>, 
<year>2012</year>.</mixed-citation>
</ref>
<ref id="ref-49">
<label>49</label><mixed-citation publication-type="journal">
<person-group person-group-type="author"><string-name>
<given-names>X. R.</given-names> 
<surname>Li</surname></string-name> and <string-name>
<given-names>V. P.</given-names> 
<surname>Jilkov</surname></string-name>
</person-group>, &#x201C;
<article-title>Survey of maneuvering target tracking: Dynamic models</article-title>,&#x201D; 
<source>Signal and Data Processing of Small Targets</source>, vol. 
<volume>4048</volume>, pp. 
<fpage>212</fpage>&#x2013;
<lpage>236</lpage>, 
<year>2000</year>.</mixed-citation>
</ref>
<ref id="ref-50">
<label>50</label><mixed-citation publication-type="other">
<person-group person-group-type="author"><string-name>
<given-names>S.</given-names> 
<surname>Bouabdallah</surname></string-name>
</person-group>, &#x201C;
<article-title>Design and control of quadrotors with application to autonomous flying</article-title>,&#x201D; 
<comment>Ph.D dissertation</comment>. 
<publisher-name>&#x00C9;cole Polytechnique F&#x00E9;d&#x00E9;rale de Lausanne (EPFL)</publisher-name>, 
<publisher-loc>Lausanne</publisher-loc>, 
<year>2007</year>. </mixed-citation>
</ref>
<ref id="ref-51">
<label>51</label><mixed-citation publication-type="journal">
<person-group person-group-type="author"><string-name>
<given-names>R.</given-names> 
<surname>Mahony</surname></string-name>, <string-name>
<given-names>V.</given-names> 
<surname>Kumar</surname></string-name> and <string-name>
<given-names>P.</given-names> 
<surname>Corke</surname></string-name>
</person-group>, &#x201C;
<article-title>Multirotor aerial vehicles: Modeling, estimation, and control of quadrotor</article-title>,&#x201D; 
<source>IEEE Robotics &#x0026; Automation Magazine</source>, vol. 
<volume>19</volume>, no. 
<issue>3</issue>, pp. 
<fpage>20</fpage>&#x2013;
<lpage>32</lpage>, 
<year>2012</year>.</mixed-citation>
</ref>
<ref id="ref-52">
<label>52</label><mixed-citation publication-type="journal">
<person-group person-group-type="author"><string-name>
<given-names>H.</given-names> 
<surname>Khebbache</surname></string-name>, <string-name>
<given-names>B.</given-names> 
<surname>Sait</surname></string-name>, <string-name>
<given-names>Na&#x00E2;mane</given-names> 
<surname>Bounar</surname></string-name> <etal>et al.</etal>
</person-group><italic>,</italic> &#x201C;
<article-title>Robust stabilization of a quadrotor UAV in presence of actuator and sensor faults</article-title>,&#x201D; 
<source>International Journal of Instrumentation and Control Systems</source>, vol. 
<volume>2</volume>, no. 
<issue>2</issue>, pp. 
<fpage>53</fpage>&#x2013;
<lpage>67</lpage>, 
<year>2012</year>.</mixed-citation>
</ref>
<ref id="ref-53">
<label>53</label><mixed-citation publication-type="journal">
<person-group person-group-type="author"><string-name>
<given-names>F.</given-names> 
<surname>Yacef</surname></string-name>, <string-name>
<given-names>O.</given-names> 
<surname>Bouhali</surname></string-name>, <string-name>
<given-names>M.</given-names> 
<surname>Hamerlain</surname></string-name> and <string-name>
<given-names>N.</given-names> 
<surname>Rizoug</surname></string-name>
</person-group>, &#x201C;
<article-title>Observer-based adaptive fuzzy backstepping tracking control of quadrotor unmanned aerial vehicle powered by Li-ion battery</article-title>,&#x201D; 
<source>Journal of Intelligent &#x0026; Robotic Systems</source>, vol. 
<volume>84</volume>, no. 
<issue>1&#x2013;4</issue>, pp. 
<fpage>179</fpage>&#x2013;
<lpage>197</lpage>, 
<year>2016</year>.</mixed-citation>
</ref>
<ref id="ref-54">
<label>54</label><mixed-citation publication-type="other">
<person-group person-group-type="author"><string-name>
<given-names>E. C.</given-names> 
<surname>Sui&#x00E7;mez</surname></string-name>
</person-group>, &#x201C;
<article-title>Trajectory tracking of a quadrotor unmanned aerial vehicle (UAV) via attitude and position control</article-title>,&#x201D; 
<comment>Ph.D. dissertation</comment>. 
<publisher-name>Middle East Technical University</publisher-name>, 
<publisher-loc>Ankara</publisher-loc>, 
<year>2014</year>. </mixed-citation>
</ref>
<ref id="ref-55">
<label>55</label><mixed-citation publication-type="other">
<person-group person-group-type="author"><string-name>
<given-names>W.</given-names> 
<surname>Gawronski</surname></string-name>
</person-group>, &#x201C;
<article-title>Three models of wind-gust disturbances for the analysis of antenna pointing accuracy,&#x201D; Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology</article-title>, vol. 
<volume>42</volume>, no. 
<issue>149</issue>, 
<comment>IPN progress report</comment>, 
<year>2002</year>.</mixed-citation>
</ref>
<ref id="ref-56">
<label>56</label><mixed-citation publication-type="conf-proc">
<person-group person-group-type="author"><string-name>
<given-names>J.</given-names> 
<surname>Wang</surname></string-name>, <string-name>
<given-names>M.</given-names> 
<surname>Geamanu</surname></string-name>, <string-name>
<given-names>A.</given-names> 
<surname>Cela</surname></string-name>, <string-name>
<given-names>H.</given-names> 
<surname>Mounier</surname></string-name> and <string-name>
<given-names>S.</given-names> 
<surname>Niculescu</surname></string-name>
</person-group>, &#x201C;
<article-title>Event driven model free control of quadrotor</article-title>,&#x201D; in <conf-name>Proc. IEEE Int. Conf. on Control Applications (CCA)</conf-name>, 
<publisher-loc>Hyderabad</publisher-loc>, pp. 
<fpage>722</fpage>&#x2013;
<lpage>727</lpage>, 
<year>2013</year>. </mixed-citation>
</ref>
<ref id="ref-57">
<label>57</label><mixed-citation publication-type="conf-proc">
<person-group person-group-type="author"><string-name>
<given-names>T.</given-names> 
<surname>Bandyopadhyay</surname></string-name>, <string-name>
<given-names>N.</given-names> 
<surname>Rong</surname></string-name>, <string-name>
<given-names>M.</given-names> 
<surname>Ang</surname></string-name>, <string-name>
<given-names>D.</given-names> 
<surname>Hsu</surname></string-name> and <string-name>
<given-names>W. S.</given-names> 
<surname>Lee</surname></string-name>
</person-group>, &#x201C;
<article-title>Motion planning for people tracking in uncertain and dynamic environments</article-title>,&#x201D; in <conf-name>Proc. Workshop on People Detection and Tracking, IEEE Int. Conf. on Robotics and Automation</conf-name>, 
<publisher-loc>Kobe</publisher-loc>, pp. 
<fpage>1935</fpage>&#x2013;
<lpage>1943</lpage>, 
<year>2009</year>. </mixed-citation>
</ref>
<ref id="ref-58">
<label>58</label><mixed-citation publication-type="journal">
<person-group person-group-type="author"><string-name>
<given-names>S. J.</given-names> 
<surname>Godsill</surname></string-name>, <string-name>
<given-names>J.</given-names> 
<surname>Vermaak</surname></string-name>, <string-name>
<given-names>W.</given-names> 
<surname>Ng</surname></string-name> and <string-name>
<given-names>J. F.</given-names> 
<surname>Li</surname></string-name>
</person-group>, &#x201C;
<article-title>Models and algorithms for tracking of maneuvering objects using variable rate particle filters</article-title>,&#x201D; 
<source>Proceedings of the IEEE</source>, vol. 
<volume>95</volume>, no. 
<issue>5</issue>, pp. 
<fpage>925</fpage>&#x2013;
<lpage>952</lpage>, 
<year>2007</year>.</mixed-citation>
</ref>
<ref id="ref-59">
<label>59</label><mixed-citation publication-type="conf-proc">
<person-group person-group-type="author"><string-name>
<given-names>A.</given-names> 
<surname>Gadsden</surname></string-name> and <string-name>
<given-names>S.</given-names> 
<surname>Habibi</surname></string-name>
</person-group>, &#x201C;
<article-title>Target tracking using the smooth variable structure filter</article-title>,&#x201D; in <conf-name>Proc. ASME Dynamic Systems and Control Conf.</conf-name>, 
<publisher-loc>Hollywood</publisher-loc>, pp. 
<fpage>187</fpage>&#x2013;
<lpage>193</lpage>, 
<year>2009</year>. </mixed-citation>
</ref>
<ref id="ref-60">
<label>60</label><mixed-citation publication-type="other">
<person-group person-group-type="author"><string-name>
<given-names>S. A.</given-names> 
<surname>Gadsden</surname></string-name>
</person-group>, &#x201C;
<article-title>Smooth variable structure filtering: Theory and applications</article-title>,&#x201D; 
<comment>Ph.D. dissertation</comment>. 
<publisher-name>McMaster University</publisher-name>, 
<publisher-loc>Hamilton</publisher-loc>, 
<year>2011</year>. </mixed-citation>
</ref>
<ref id="ref-61">
<label>61</label><mixed-citation publication-type="journal">
<person-group person-group-type="author"><string-name>
<given-names>S.</given-names> 
<surname>Habibi</surname></string-name>
</person-group>, &#x201C;
<article-title>The smooth variable structure filter</article-title>,&#x201D; 
<source>Proceedings of the IEEE</source>, vol. 
<volume>95</volume>, no. 
<issue>5</issue>, pp. 
<fpage>1026</fpage>&#x2013;
<lpage>1059</lpage>, 
<year>2007</year>.</mixed-citation>
</ref>
<ref id="ref-62">
<label>62</label><mixed-citation publication-type="conf-proc">
<person-group person-group-type="author"><string-name>
<given-names>S. R.</given-names> 
<surname>Habibi</surname></string-name> and <string-name>
<given-names>R.</given-names> 
<surname>Burton</surname></string-name>
</person-group>, &#x201C;
<article-title>The variable structure filter</article-title>,&#x201D; in <conf-name>Proc. ASME Int. Mechanical Engineering Congress and Exposition</conf-name>, 
<publisher-loc>New Orleans</publisher-loc>, pp. 
<fpage>157</fpage>&#x2013;
<lpage>165</lpage>, 
<year>2002</year>. </mixed-citation>
</ref>
<ref id="ref-63">
<label>63</label><mixed-citation publication-type="conf-proc">
<person-group person-group-type="author"><string-name>
<given-names>M.</given-names> 
<surname>Al-Shabi</surname></string-name>, <string-name>
<given-names>A.</given-names> 
<surname>Saleem</surname></string-name> and <string-name>
<given-names>T. A.</given-names> 
<surname>Tutunji</surname></string-name>
</person-group>, &#x201C;
<article-title>Smooth variable structure filter for pneumatic system identification</article-title>,&#x201D; in <conf-name>Proc. IEEE Jordan Conf. on Applied Electrical Engineering and Computing Technologies (AEECT)</conf-name>, 
<publisher-loc>Amman</publisher-loc>, pp. 
<fpage>1</fpage>&#x2013;
<lpage>6</lpage>, 
<year>2011</year>. </mixed-citation>
</ref>
<ref id="ref-64">
<label>64</label><mixed-citation publication-type="journal">
<person-group person-group-type="author"><string-name>
<given-names>S. R.</given-names> 
<surname>Habibi</surname></string-name> and <string-name>
<given-names>R.</given-names> 
<surname>Burton</surname></string-name>
</person-group>, &#x201C;
<article-title>Parameter identification for a high-performance hydrostatic actuation system using the variable structure filter concept</article-title>,&#x201D; 
<source>Journal of Dynamic Systems, Measurement, and Control</source>, vol. 
<volume>129</volume>, no. 
<issue>2</issue>, pp. 
<fpage>229</fpage>&#x2013;
<lpage>235</lpage>, 
<year>2007</year>.</mixed-citation>
</ref>
<ref id="ref-65">
<label>65</label><mixed-citation publication-type="other">
<person-group person-group-type="author"><string-name>
<given-names>M.</given-names> 
<surname>Attari</surname></string-name>
</person-group>, &#x201C;
<article-title>SVSF estimation for target tracking with measurement origin uncertainty</article-title>,&#x201D; 
<comment>Ph.D. dissertation</comment>. 
<publisher-name>McMaster University</publisher-name>, 
<publisher-loc>Hamilton</publisher-loc>, 
<year>2016</year>. </mixed-citation>
</ref>
<ref id="ref-66">
<label>66</label><mixed-citation publication-type="conf-proc">
<person-group person-group-type="author"><string-name>
<given-names>S. A.</given-names> 
<surname>Gadsden</surname></string-name> and <string-name>
<given-names>S. R.</given-names> 
<surname>Habibi</surname></string-name>
</person-group>, &#x201C;
<article-title>A new form of the smooth variable structure filter with a covariance derivation</article-title>,&#x201D; in <conf-name>Proc. 49th IEEE Conf. on Decision and Control (CDC)</conf-name>, 
<publisher-loc>Atlanta, GA</publisher-loc>, pp. 
<fpage>7389</fpage>&#x2013;
<lpage>7394</lpage>, 
<year>2010</year>. </mixed-citation>
</ref>
<ref id="ref-67">
<label>67</label><mixed-citation publication-type="journal">
<person-group person-group-type="author"><string-name>
<given-names>M.</given-names> 
<surname>Bouchoucha</surname></string-name>, <string-name>
<given-names>S.</given-names> 
<surname>Seghour</surname></string-name>, <string-name>
<given-names>H.</given-names> 
<surname>Osmani</surname></string-name> and <string-name>
<given-names>M.</given-names> 
<surname>Bouri</surname></string-name>
</person-group>, &#x201C;
<article-title>Integral backstepping for attitude tracking of a quadrotor system</article-title>,&#x201D; 
<source>Elektronika ir Elektrotechnika</source>, vol. 
<volume>116</volume>, no. 
<issue>10</issue>, pp. 
<fpage>75</fpage>&#x2013;
<lpage>80</lpage>, 
<year>2011</year>.</mixed-citation>
</ref>
<ref id="ref-68">
<label>68</label><mixed-citation publication-type="journal">
<person-group person-group-type="author"><string-name>
<given-names>M.</given-names> 
<surname>Tahar</surname></string-name>, <string-name>
<given-names>K. M.</given-names> 
<surname>Zemalache</surname></string-name> and <string-name>
<given-names>A.</given-names> 
<surname>Omari</surname></string-name>
</person-group>, &#x201C;
<article-title>Control of an under-actuated X4-flyer using integral backstepping controller</article-title>,&#x201D; 
<source>Przegl&#x0105;d Elektrotechniczny</source>, vol. 
<volume>87</volume>, no. 
<issue>10</issue>, pp. 
<fpage>251</fpage>&#x2013;
<lpage>256</lpage>, 
<year>2011</year>.</mixed-citation>
</ref>
<ref id="ref-69">
<label>69</label><mixed-citation publication-type="conf-proc">
<person-group person-group-type="author"><string-name>
<given-names>R.</given-names> 
<surname>Rashad</surname></string-name>, <string-name>
<given-names>A.</given-names> 
<surname>Aboudonia</surname></string-name> and <string-name>
<given-names>A.</given-names> 
<surname>El-Badawy</surname></string-name>
</person-group>, &#x201C;
<article-title>Backstepping trajectory tracking control of a quadrotor with disturbance rejection</article-title>,&#x201D; in <conf-name>Proc. XXV Int. Conf. on Information, Communication and Automation Technologies (ICAT)</conf-name>, 
<publisher-loc>Sarajevo</publisher-loc>, pp. 
<fpage>1</fpage>&#x2013;
<lpage>7</lpage>, 
<year>2015</year>. </mixed-citation>
</ref>
<ref id="ref-70">
<label>70</label><mixed-citation publication-type="conf-proc">
<person-group person-group-type="author"><string-name>
<given-names>F.</given-names> 
<surname>Yacef</surname></string-name>, <string-name>
<given-names>O.</given-names> 
<surname>Bouhali</surname></string-name>, <string-name>
<given-names>M.</given-names> 
<surname>Hamerlain</surname></string-name> and <string-name>
<given-names>A.</given-names> 
<surname>Rezoug</surname></string-name>
</person-group>, &#x201C;
<article-title>PSO optimization of integral backstepping controller for quadrotor attitude stabilization</article-title>,&#x201D; in <conf-name>Proc. 3rd Int. Conf. on Systems and Control</conf-name>, 
<publisher-loc>Algiers</publisher-loc>, pp. 
<fpage>462</fpage>&#x2013;
<lpage>466</lpage>, 
<year>2013</year>. </mixed-citation>
</ref>
</ref-list>
</back>
</article>