<?xml version="1.0" encoding="UTF-8" standalone="no"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD Journal Publishing DTD v2.3 20070202//EN" "journalpublishing.dtd">
<article xml:lang="EN" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" article-type="research-article">
<front>
<journal-meta>
<journal-id journal-id-type="publisher-id">Front. Neurorobot.</journal-id>
<journal-title>Frontiers in Neurorobotics</journal-title>
<abbrev-journal-title abbrev-type="pubmed">Front. Neurorobot.</abbrev-journal-title>
<issn pub-type="epub">1662-5218</issn>
<publisher>
<publisher-name>Frontiers Media S.A.</publisher-name>
</publisher>
</journal-meta>
<article-meta>
<article-id pub-id-type="doi">10.3389/fnbot.2024.1379906</article-id>
<article-categories>
<subj-group subj-group-type="heading">
<subject>Neuroscience</subject>
<subj-group>
<subject>Original Research</subject>
</subj-group>
</subj-group>
</article-categories>
<title-group>
<article-title>Cardioid oscillator-based pattern generator for imitating the time-ratio-asymmetrical behavior of the lower limb exoskeleton</article-title>
</title-group>
<contrib-group>
<contrib contrib-type="author">
<name><surname>Fu</surname> <given-names>Qiang</given-names></name>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/writing-review-editing/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/writing-original-draft/"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author" corresp="yes">
<name><surname>Luo</surname> <given-names>Tianhong</given-names></name>
<uri xlink:href="http://loop.frontiersin.org/people/2645339/overview"/>
<xref ref-type="corresp" rid="c001"><sup>&#x0002A;</sup></xref>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/writing-review-editing/"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name><surname>Cui</surname> <given-names>TingQiong</given-names></name>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/writing-review-editing/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/formal-analysis/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/data-curation/"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name><surname>Ma</surname> <given-names>Xiangyu</given-names></name>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/writing-review-editing/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/validation/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/project-administration/"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name><surname>Liang</surname> <given-names>Shuang</given-names></name>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/writing-review-editing/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/resources/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/formal-analysis/"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name><surname>Huang</surname> <given-names>Yi</given-names></name>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/writing-review-editing/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/data-curation/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/conceptualization/"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name><surname>Wang</surname> <given-names>Shengxue</given-names></name>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/writing-review-editing/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/resources/"/>
</contrib>
</contrib-group>
<aff><institution>School of Intelligent Manufacturing Engineering, Chongqing University of Arts and Sciences</institution>, <addr-line>Chongqing</addr-line>, <country>China</country></aff>
<author-notes>
<fn fn-type="edited-by"><p>Edited by: Hassene Seddik, The National Higher Engineering School of Tunis (ENSIT)-University of Tunis/RIFTSI Laboratory (Smart Robotic, Friability and Signal and Image Processing Research Laboratory), Tunisia</p></fn>
<fn fn-type="edited-by"><p>Reviewed by: Ahmad Hably, Grenoble Institute of Technology, France</p>
<p>Wassim Arfa, Carthage University, Tunisia</p></fn>
<corresp id="c001">&#x0002A;Correspondence: Tianhong Luo <email>tianhong.luo&#x00040;163.com</email></corresp>
</author-notes>
<pub-date pub-type="epub">
<day>27</day>
<month>03</month>
<year>2024</year>
</pub-date>
<pub-date pub-type="collection">
<year>2024</year>
</pub-date>
<volume>18</volume>
<elocation-id>1379906</elocation-id>
<history>
<date date-type="received">
<day>31</day>
<month>01</month>
<year>2024</year>
</date>
<date date-type="accepted">
<day>11</day>
<month>03</month>
<year>2024</year>
</date>
</history>
<permissions>
<copyright-statement>Copyright &#x000A9; 2024 Fu, Luo, Cui, Ma, Liang, Huang and Wang.</copyright-statement>
<copyright-year>2024</copyright-year>
<copyright-holder>Fu, Luo, Cui, Ma, Liang, Huang and Wang</copyright-holder>
<license xlink:href="http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/"><p>This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (CC BY). The use, distribution or reproduction in other forums is permitted, provided the original author(s) and the copyright owner(s) are credited and that the original publication in this journal is cited, in accordance with accepted academic practice. No use, distribution or reproduction is permitted which does not comply with these terms.</p></license>
</permissions>
<abstract>
<sec>
<title>Introduction</title>
<p>Periodicity, self-excitation, and time ratio asymmetry are the fundamental characteristics of the human gait. In order to imitate these mentioned characteristics, a pattern generator with four degrees of freedom is proposed based on cardioid oscillators developed by the authors.</p>
</sec>
<sec>
<title>Method</title>
<p>The proposed pattern generator is composed of four coupled cardioid oscillators, which are self-excited and have asymmetric time ratios. These oscillators are connected with other oscillators through coupled factors. The dynamic behaviors of the proposed oscillators, such as phase locking, time ratio, and self-excitation, are analyzed via simulations by employing the harmonic balance method. Moreover, for comparison, the simulated trajectories are compared with the natural joint trajectories measured in experiments.</p>
</sec>
<sec>
<title>Results and discussion</title>
<p>Simulation and experimental results show that the behaviors of the proposed pattern generator are similar to those of the natural lower limb. It means the simulated trajectories from the generator are self-excited without any additional inputs and have asymmetric time ratios. Their phases are locked with others. Moreover, the proposed pattern generator can be applied as the reference model for the lower limb exoskeleton controlling algorithm to produce self-adjusted reference trajectories.</p>
</sec></abstract>
<kwd-group>
<kwd>cardioid oscillators</kwd>
<kwd>asymmetric time ratio</kwd>
<kwd>pattern generator</kwd>
<kwd>lower limb exoskeleton</kwd>
<kwd>invariant set</kwd>
</kwd-group>
<counts>
<fig-count count="13"/>
<table-count count="0"/>
<equation-count count="28"/>
<ref-count count="29"/>
<page-count count="11"/>
<word-count count="5623"/>
</counts>
</article-meta>
</front>
<body>
<sec id="s1">
<title>1 Introduction</title>
<p>Lower limb exoskeletons (LLEs) are significant assist devices that can be used to improve the movement ability of people with walking disabilities by controlling the movement of exoskeleton joints in reference to the trajectories of the healthy human lower limbs (Wu et al., <xref ref-type="bibr" rid="B25">2018</xref>; Pamungkas et al., <xref ref-type="bibr" rid="B18">2019</xref>; Xue et al., <xref ref-type="bibr" rid="B28">2019</xref>; Glowinski et al., <xref ref-type="bibr" rid="B9">2020</xref>; Wei et al., <xref ref-type="bibr" rid="B23">2020</xref>; Yihun et al., <xref ref-type="bibr" rid="B29">2020</xref>; Ma et al., <xref ref-type="bibr" rid="B12">2021</xref>). As the fitted trajectories from the gait data of the healthy human are invariant and non-adjustable, LLEs that are developed using trajectory tracking control methods cannot adjust their reference swing angle curves according to the environment changes (Nandi et al., <xref ref-type="bibr" rid="B17">2008</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B16">2009</xref>; Guo et al., <xref ref-type="bibr" rid="B10">2010</xref>; Ekkachai and Nilkhamhang, <xref ref-type="bibr" rid="B5">2016</xref>; Xu et al., <xref ref-type="bibr" rid="B27">2016</xref>; Fu et al., <xref ref-type="bibr" rid="B7">2017</xref>). On the contrary, the reference trajectory generated by the central pattern generators (CPGs), a biological neural circuit that generates rhythmic behaviors in animals, is periodical and self-excited. It is important to note that these trajectories possess the locked phase relationships and can be adjusted according to environment changes, thereby attracting significant research attention (Conradt, <xref ref-type="bibr" rid="B2">2003</xref>; Acebr&#x000F3;n et al., <xref ref-type="bibr" rid="B1">2005</xref>; de Pina Filho et al., <xref ref-type="bibr" rid="B3">2005</xref>; Morimoto et al., <xref ref-type="bibr" rid="B15">2008</xref>; Saito et al., <xref ref-type="bibr" rid="B21">2009</xref>; Katayama, <xref ref-type="bibr" rid="B11">2012</xref>; Mora et al., <xref ref-type="bibr" rid="B14">2012</xref>; Dingguo et al., <xref ref-type="bibr" rid="B4">2017</xref>; Ferrario et al., <xref ref-type="bibr" rid="B6">2018</xref>; Fu et al., <xref ref-type="bibr" rid="B8">2018</xref>; Payam et al., <xref ref-type="bibr" rid="B20">2018</xref>; Xie et al., <xref ref-type="bibr" rid="B26">2019</xref>; Mokhtari et al., <xref ref-type="bibr" rid="B13">2020</xref>; Pasandi et al., <xref ref-type="bibr" rid="B19">2022</xref>; Wei et al., <xref ref-type="bibr" rid="B24">2022</xref>).</p>
<p>Recently, CPG models, such as neuron-based CPG model (Saito et al., <xref ref-type="bibr" rid="B21">2009</xref>; Katayama, <xref ref-type="bibr" rid="B11">2012</xref>; Dingguo et al., <xref ref-type="bibr" rid="B4">2017</xref>; Ferrario et al., <xref ref-type="bibr" rid="B6">2018</xref>; Payam et al., <xref ref-type="bibr" rid="B20">2018</xref>; Xie et al., <xref ref-type="bibr" rid="B26">2019</xref>; Mokhtari et al., <xref ref-type="bibr" rid="B13">2020</xref>; Pasandi et al., <xref ref-type="bibr" rid="B19">2022</xref>; Wei et al., <xref ref-type="bibr" rid="B24">2022</xref>) and oscillator-based CPG model (Conradt, <xref ref-type="bibr" rid="B2">2003</xref>; Acebr&#x000F3;n et al., <xref ref-type="bibr" rid="B1">2005</xref>; de Pina Filho et al., <xref ref-type="bibr" rid="B3">2005</xref>; Morimoto et al., <xref ref-type="bibr" rid="B15">2008</xref>; Mora et al., <xref ref-type="bibr" rid="B14">2012</xref>; Fu et al., <xref ref-type="bibr" rid="B8">2018</xref>), are used for imitating the swing angles of human lower limbs. The former utilizes an oscillator to imitate the functions of neural cells, while the latter utilizes an oscillator to imitate periodic motions/torques. Therefore, the CPG models based on non-linear oscillators are more widely used for describing human walking than those based on neurons because of their simpler structure. Conradt (<xref ref-type="bibr" rid="B2">2003</xref>) proposed a CPG model based on the Kuramoto oscillator for a serpentine robot and achieved walking control during various environments. Morimoto et al. (<xref ref-type="bibr" rid="B15">2008</xref>) designed a CPG model of a humanoid robot and was able to simulate biped walking. Mora et al. (<xref ref-type="bibr" rid="B14">2012</xref>) designed a rhythmic gait generator for a mechanical walking apparatus by establishing a CPG model based on the van der Pol (VDP) oscillator and imitated hip and knee motions during walking. Nandi et al. (<xref ref-type="bibr" rid="B17">2008</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B16">2009</xref>) proposed a CPG method for modeling a biped robot. de Pina Filho et al. (<xref ref-type="bibr" rid="B3">2005</xref>) applied a CPG model based on the Rayleigh oscillator for prosthesis control. However, the abovementioned CPG models are unable to precisely imitate asymmetric time ratios of human hip motions in their sagittal plane because they generate trajectories with a symmetrical time ratio. The asymmetric time ratios of hip joint mean that the duty of the forward progress is different from the duty of the backward progress within one period.</p>
<p>In this article, to achieve the asymmetric time ratio of the trajectories of human hip joints and to simulate the coupling relationship between human hip motion and knee motion, a cardioid oscillator based on a cardioid oscillator-based CPG (COCPG) model is designed by the authors (Fu et al., <xref ref-type="bibr" rid="B8">2018</xref>) to imitate the swing angles of human lower limbs. The dynamic characteristics, such as the symmetry, self-excitation, astringency, and anti-interference of the COCPG, are numerically analyzed. Furthermore, the influence of the COCPG model&#x00027;s parameters on the frequency, amplitude, and offset are also numerically simulated and analyzed. Additionally, the trajectories generated by the COCPG model are compared with those experimentally measured from a tester in experiments and generated by the CPG model based on the Rayleigh oscillator.</p>
</sec>
<sec id="s2">
<title>2 Cardioid oscillator-based CPG model of lower limbs</title>
<sec>
<title>2.1 Principle of the central pattern generator for lower limb exoskeleton</title>
<p>For convenience, human lower limbs are usually considered as two double pendulums with four degrees of freedom (DOF) as shown in <xref ref-type="fig" rid="F1">Figure 1A</xref>. As <xref ref-type="fig" rid="F1">Figure 1A</xref> shows, the motions of the lower limbs include the swing angles of two hip joints and two knee joints, which are marked as <italic>Ang</italic>_<italic>H</italic>_<italic>Right</italic>, <italic>Ang</italic>_<italic>H</italic>_<italic>Left</italic>, <italic>Ang</italic>_<italic>K</italic>_<italic>Right</italic>, and <italic>Ang</italic>_<italic>K</italic>_<italic>Left</italic>, respectively. The motions of the lower limbs are asymmetric and coordinated, which means that four swing angles have asymmetric time ratios and pairwise coupling. Therefore, to imitate the motion of lower limbs, the COCPG model, whose principle is shown in <xref ref-type="fig" rid="F1">Figure 1B</xref>, is proposed in this article.</p>
<fig id="F1" position="float">
<label>Figure 1</label>
<caption><p>COCPG model for imitating the motions of lower limbs: <bold>(A)</bold> the simplified model of lower limbs and <bold>(B)</bold> the principle of the COCPG model.</p></caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tiff" xlink:href="fnbot-18-1379906-g0001.tif"/>
</fig>
<p>As shown in <xref ref-type="fig" rid="F1">Figure 1B</xref>, the proposed COCPG model is composed of a hip motion generator and a knee motion generator for imitating the motions of two hip joints and two knee joints, respectively. In particular, to imitate the behaviors of the Hip_Left joint and the Hip_Right joint, which are coupled with another, a hip motion generator is designed using two coupled cardioid oscillators (COs) through the oscillating terms <italic>L</italic><sub>1</sub> and <italic>L</italic><sub>2</sub> to generate the trajectories of <italic>Ang</italic>_<italic>H</italic>_<italic>Right</italic> and <italic>Ang</italic>_<italic>H</italic>_<italic>Left</italic> with locked phases. The cardioid oscillator shown in <xref ref-type="fig" rid="F1">Figure 1B</xref> is an oscillator with an asymmetric limit cycle about the center proposed by the authors in a previous study (Fu et al., <xref ref-type="bibr" rid="B8">2018</xref>). Correspondingly, the knee motion generator established by two mapping functions <italic>G</italic><sub>1</sub> and <italic>G</italic><sub>2</sub> generates two swing angles of the knee joints, <italic>Ang</italic>_<italic>K</italic>_<italic>Right</italic> and <italic>Ang</italic>_<italic>K</italic>_<italic>Left</italic>. Since the two mapping functions <italic>G</italic><sub>1</sub> and <italic>G</italic><sub>2</sub> are introduced from the Hip_Left CO and the Hip_Right CO, which are coupled, the functions <italic>G</italic><sub>1</sub> and <italic>G</italic><sub>2</sub> are coupled with one another.</p>
</sec>
<sec>
<title>2.2 Cardioid oscillator</title>
<p>The CO shown in <xref ref-type="fig" rid="F1">Figure 1B</xref> is a non-linear oscillator whose limit cycle is a cardioid curve. Since the cardioid curve is a kind of asymmetric curve about its center, the CO can generate the trajectories with asymmetric time ratios.</p>
<sec>
<title>2.2.1 Designing of the cardioid oscillator</title>
<p>A dynamic system <italic>A</italic> can be written as</p>
<disp-formula id="E1"><label>(1)</label><mml:math id="M1"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x01E8B;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x01E8B;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where <italic>x</italic><sub>1</sub> and <italic>x</italic><sub>2</sub> are the states of the system <italic>A</italic>, <italic>g</italic><sub>1</sub>(<italic>x</italic><sub>1</sub>, <italic>x</italic><sub>2</sub>) <italic>and</italic> <italic>g</italic><sub>2</sub>(<italic>x</italic><sub>1</sub>, <italic>x</italic><sub>2</sub>) are the state equations on its states <italic>x</italic><sub>1</sub> and <italic>x</italic><sub>2</sub>.</p>
<p>Assume that the set &#x003A9; is a non-zero set of the system <italic>A</italic>, which is given by</p>
<disp-formula id="E2"><label>(2)</label><mml:math id="M2"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x003A9;</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where</p>
<disp-formula id="E3"><label>(3)</label><mml:math id="M3"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo>:</mml:mo><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>is a closed cure of the system <italic>A</italic>.</p>
<p>According to the definition of the invariant set, we have</p>
<disp-formula id="E4"><label>(4)</label><mml:math id="M4"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x01E1E;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>|</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:mo>&#x003A9;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Rewriting <xref ref-type="disp-formula" rid="E4">Equation (4)</xref> as</p>
<disp-formula id="E5"><label>(5)</label><mml:math id="M5"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>&#x01E1E;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x01E8B;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x01E8B;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Substituting <xref ref-type="disp-formula" rid="E1">Equation (1)</xref> into <xref ref-type="disp-formula" rid="E5">Equation (5)</xref> leads to</p>
<disp-formula id="E6"><label>(6)</label><mml:math id="M6"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Rewriting <xref ref-type="disp-formula" rid="E2">Equation (2)</xref> as</p>
<disp-formula id="E7"><label>(7)</label><mml:math id="M7"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>7</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where <italic>a</italic>, <italic>b</italic>, <italic>c</italic> are the parameters for adjusting the asymmetric of the curve.</p>
<p>When <italic>a</italic>, <italic>b</italic>, and <italic>c</italic> are equal to 5, 200, and &#x02212;4, respectively, curve C in phase plane is shown in <xref ref-type="fig" rid="F2">Figure 2</xref>.</p>
<fig id="F2" position="float">
<label>Figure 2</label>
<caption><p>Cardioid curve with <italic>a</italic> &#x0003D; 5, <italic>b</italic> &#x0003D; 200, and <italic>c</italic> &#x0003D; &#x02212;4.</p></caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tiff" xlink:href="fnbot-18-1379906-g0002.tif"/>
</fig>
<p>Substituting <xref ref-type="disp-formula" rid="E7">Equation (7)</xref> into <xref ref-type="disp-formula" rid="E3">Equation (3)</xref> leads to</p>
<disp-formula id="E8"><label>(8)</label><mml:math id="M8"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x003A9;</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext></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:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>According to <xref ref-type="disp-formula" rid="E8">Equation (8)</xref>, defining <italic>g</italic><sub>1</sub>(<italic>x</italic><sub>1</sub>, <italic>x</italic><sub>2</sub>) and <italic>g</italic><sub>2</sub>(<italic>x</italic><sub>1</sub>, <italic>x</italic><sub>2</sub>) in <xref ref-type="disp-formula" rid="E1">Equation (1)</xref> as</p>
<disp-formula id="E9"><label>(9)</label><mml:math id="M10"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where <italic>g</italic><sub>11</sub>, <italic>g</italic><sub>12</sub>, <italic>g</italic><sub>21</sub>, and <italic>g</italic><sub>22</sub> are the state equation of <italic>x</italic><sub>1</sub> and <italic>x</italic><sub>2</sub>, &#x003B3; is a positive constant for the convergence rate.</p>
<p>Substituting <xref ref-type="disp-formula" rid="E9">Equation (9)</xref> into <xref ref-type="disp-formula" rid="E6">Equation (6)</xref> gives</p>
<disp-formula id="E10"><label>(10)</label><mml:math id="M11"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>&#x01E1E;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Since <italic>F</italic>(<italic>x</italic><sub>1</sub>, <italic>x</italic><sub>2</sub>) is equal to zero when (<italic>x</italic><sub>1</sub>, <italic>x</italic><sub>2</sub>) &#x02208; &#x003A9;, then <xref ref-type="disp-formula" rid="E10">Equation (10)</xref> can be rewritten as</p>
<disp-formula id="E11"><label>(11)</label><mml:math id="M13"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>The Lyapunov function <italic>V</italic> of the system <italic>A</italic> is given by</p>
<disp-formula id="E12"><label>(12)</label><mml:math id="M14"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Differentiating <xref ref-type="disp-formula" rid="E12">Equation (12)</xref> and substituting <xref ref-type="disp-formula" rid="E1">Equations (1</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="E9">9)</xref> lead to</p>
<disp-formula id="E13"><label>(13)</label><mml:math id="M15"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>According to <xref ref-type="disp-formula" rid="E11">Equations (11</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="E13">13)</xref>, we have</p>
<disp-formula id="E14"><label>(14)</label><mml:math id="M17"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>From <xref ref-type="disp-formula" rid="E12">Equation (12)</xref>, it can be seen that when state (<italic>x</italic><sub>1</sub>, <italic>x</italic><sub>2</sub>) converges to infinity, <italic>V</italic> correspondingly converges to infinity.</p>
<p>When</p>
<disp-formula id="E15"><label>(15)</label><mml:math id="M18"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p><inline-formula><mml:math id="M19"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> as <italic>t</italic> &#x02192; &#x0221E;.</p>
<p>Substituting <xref ref-type="disp-formula" rid="E14">Equation (14)</xref> into <xref ref-type="disp-formula" rid="E15">Equation (15)</xref> leads to</p>
<disp-formula id="E16"><label>(16)</label><mml:math id="M20"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>According to <xref ref-type="disp-formula" rid="E11">Equations (11</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="E16">16)</xref>, <italic>g</italic><sub>11</sub>, <italic>g</italic><sub>12</sub>, <italic>g</italic><sub>21</sub>, and <italic>g</italic><sub>22</sub> can be given by</p>
<disp-formula id="E17"><label>(17)</label><mml:math id="M21"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Substituting <xref ref-type="disp-formula" rid="E17">Equation (17)</xref> into <xref ref-type="disp-formula" rid="E9">Equation (9)</xref>, the system <italic>A</italic> can be written as</p>
<disp-formula id="E18"><label>(18)</label><mml:math id="M22"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x01E8B;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>c</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mi>c</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x01E8B;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mi>c</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>c</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Consequently, the curve C is the invariant set of the system <italic>A</italic> expressed by <xref ref-type="disp-formula" rid="E18">Equation (18)</xref>.</p>
</sec>
<sec>
<title>2.2.2 Coupling of cardioid oscillators</title>
<p>Two cardioid oscillators can be coupled via the coupling terms, which are represented by the following equations:</p>
<disp-formula id="E19"><label>(19)</label><mml:math id="M23"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x01E8B;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mstyle><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x01E8B;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mstyle><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where <italic>i</italic> and <italic>j</italic> are the sequences of the coupled oscillator; <italic>N</italic> is the count of the coupled COs; &#x003C3;<sup><italic>i</italic></sup> is the gain of the <italic>i</italic>th oscillator related to the coupling time; <inline-formula><mml:math id="M24"><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the coupling gain between the state <inline-formula><mml:math id="M25"><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> of the <italic>i</italic>th oscillator and the state <inline-formula><mml:math id="M26"><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> of the <italic>j</italic>th oscillator, <inline-formula><mml:math id="M27"><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the coupling gain between the state <inline-formula><mml:math id="M28"><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> of the <italic>i</italic>th oscillator and the state <inline-formula><mml:math id="M29"><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> of the <italic>j</italic>th oscillator, which are expressed by</p>
<disp-formula id="E20"><label>(20)</label><mml:math id="M30"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
</sec>
</sec>
<sec>
<title>2.3 CPG model for the lower limb exoskeleton</title>
<p>Coordinate transformation of <xref ref-type="disp-formula" rid="E18">Equation (18)</xref> yields</p>
<disp-formula id="E21"><label>(21)</label><mml:math id="M31"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></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 style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where <inline-formula><mml:math id="M32"><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></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:math></inline-formula> is the homogeneous transfer matrix, <italic>D</italic><sub>11</sub> and <italic>D</italic><sub>22</sub> are the scale coefficients, and <italic>P</italic><sub>1</sub> and <italic>P</italic><sub>2</sub> are the translate coefficients. We have</p>
<disp-formula id="E22"><label>(22)</label><mml:math id="M33"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></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:msub><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Substituting <xref ref-type="disp-formula" rid="E21">Equations (21</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="E22">22)</xref> into <xref ref-type="disp-formula" rid="E18">Equations (18</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="E19">19</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="E20">20)</xref>, and separating the frequency parameter &#x003C9; yields</p>
<disp-formula id="E23"><label>(23)</label><mml:math id="M34"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>c</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mi>c</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:msup><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mi>c</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>c</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:msup><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Considering the states <inline-formula><mml:math id="M35"><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M36"><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> of the CO as the hip angle and velocity of the CPG model, respectively, we have</p>
<disp-formula id="E24"><label>(24)</label><mml:math id="M37"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>g</mml:mi><mml:mtext>_</mml:mtext><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E25"><label>(25)</label><mml:math id="M38"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi><mml:mtext>_</mml:mtext><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Fitting the hip angle and the knee angle of a natural gait, the mapping function <italic>G</italic> between the hip motion and the knee motion can be defined as</p>
<disp-formula id="E26"><label>(26)</label><mml:math id="M39"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>G</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>g</mml:mi><mml:mtext>_</mml:mtext><mml:mi>H</mml:mi><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi><mml:mtext>_</mml:mtext><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi><mml:mtext>_</mml:mtext><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>g</mml:mi><mml:mtext>_</mml:mtext><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where &#x003B8; is a constant.</p>
<p>From <xref ref-type="disp-formula" rid="E22">Equations (22</xref>&#x02013;<xref ref-type="disp-formula" rid="E26">26)</xref>, the COCPG model can be expressed as</p>
<disp-formula id="E27"><label>(27)</label><mml:math id="M40"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>c</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mi>c</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mi>c</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>c</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>c</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mi>c</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mi>c</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>c</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>g</mml:mi><mml:mtext>_</mml:mtext><mml:mi>H</mml:mi><mml:mtext>_</mml:mtext><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>g</mml:mi><mml:mi>h</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>g</mml:mi><mml:mtext>_</mml:mtext><mml:mi>K</mml:mi><mml:mtext>_</mml:mtext><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>g</mml:mi><mml:mi>h</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>05</mml:mn><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>8</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>g</mml:mi><mml:mtext>_</mml:mtext><mml:mi>H</mml:mi><mml:mtext>_</mml:mtext><mml:mi>L</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>g</mml:mi><mml:mtext>_</mml:mtext><mml:mi>K</mml:mi><mml:mtext>_</mml:mtext><mml:mi>L</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>05</mml:mn><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>8</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>As <xref ref-type="disp-formula" rid="E11">Equations (11</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="E22">22</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="E27">27)</xref> show, the parameters <italic>a</italic>, <italic>b</italic>, and <italic>c</italic> of the COCPG model can be used to adjust the shape of the limit cycle, &#x003B3; can be used to adjust the convergence rate of the trajectory generated by the COCPG model, &#x003C9; can be used to adjust the frequency, <italic>D</italic><sub>11</sub> and <italic>D</italic><sub>22</sub> are used to adjust the amplitude, and <italic>P</italic><sub>1</sub> and <italic>P</italic><sub>3</sub> can be used to adjust the offset. Therefore, by choosing appropriate values of the mentioned parameters, the rhythmic motions of lower limbs with different frequencies and amplitudes can be imitated by the proposed COCPG model given by <xref ref-type="disp-formula" rid="E21">Equations (21</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="E22">22</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="E27">27</xref>).</p>
</sec>
</sec>
<sec id="s3">
<title>3 Numerical simulations and analyses</title>
<sec>
<title>3.1 Behaviors of the cardioid oscillator</title>
<p>In this section, the behaviors of the CO, such as asymmetry, self-excited oscillation, anti-interference, and convergence, are analyzed using numerical simulations.</p>
<sec>
<title>3.1.1 Asymmetry</title>
<p>From <xref ref-type="disp-formula" rid="E18">Equation (18)</xref>, it is clear that the shape of the CO can be adjusted through parameters <italic>a</italic> and <italic>b</italic>. When <italic>a</italic> equal to 5, <italic>c</italic> equal to &#x02212;4, and <italic>b</italic> equal to &#x02212;50, &#x02212;5, 5, 50, respectively, the graphs and phase planes are shown in <xref ref-type="fig" rid="F3">Figure 3</xref>. It can be seen from <xref ref-type="fig" rid="F3">Figure 3A</xref> that as <italic>b</italic> increases from &#x02212;50 to 50, the proportion of the forward progress significantly increases by 24%. Meanwhile, the shape of the limit cycle becomes increasingly asymmetric, as shown in <xref ref-type="fig" rid="F3">Figure 3B</xref>.</p>
<fig id="F3" position="float">
<label>Figure 3</label>
<caption><p>The cardioid oscillator with verified <italic>b</italic>: <bold>(A)</bold> the graphs and <bold>(B)</bold> the limit cycles.</p></caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tiff" xlink:href="fnbot-18-1379906-g0003.tif"/>
</fig>
</sec>
<sec>
<title>3.1.2 Anti-interference and self-excitement</title>
<p><xref ref-type="fig" rid="F4">Figures 4A</xref>, <xref ref-type="fig" rid="F4">B</xref> show the phase plane and graph of the CO, which is perturbed by a disturbance signal with the amplitude of 45. From <xref ref-type="fig" rid="F4">Figure 4</xref>, it is clear that the states of the CO deviate from the limit cycle when the CO is disturbed by the pulse signal and return to the limit cycle in a short time. From <xref ref-type="fig" rid="F5">Figure 5</xref>, it can be seen that when the initial conditions of the CO equal to (&#x02212;14, 152), (10, 90), and (19,&#x02212;120), their states autonomously converge to the limit cycle, even though these initial conditions deviate from the limit cycle.</p>
<fig id="F4" position="float">
<label>Figure 4</label>
<caption><p>Limit cycles and graphs of the CO: <bold>(A)</bold> the limit cycles and <bold>(B)</bold> the graphs.</p></caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tiff" xlink:href="fnbot-18-1379906-g0004.tif"/>
</fig>
<fig id="F5" position="float">
<label>Figure 5</label>
<caption><p>Limit cycles of the CO with different initial conditions.</p></caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tiff" xlink:href="fnbot-18-1379906-g0005.tif"/>
</fig>
<p>The results indicate that the CO has a stable limit circle to lead a stable trajectory of the lower limb.</p>
</sec>
<sec>
<title>3.1.3 Convergence rate of the cardioid oscillator</title>
<p>According to <xref ref-type="disp-formula" rid="E18">Equation (18)</xref>, when an initial condition is (30, 0), <italic>a</italic> &#x0003D; 5, <italic>b</italic> &#x0003D; 200, and <italic>c</italic> &#x0003D; &#x02212;4, <xref ref-type="fig" rid="F6">Figure 6</xref> shows the partial graphs of the CO with &#x003B3; of 0.005, 0.02, and 0.05. When &#x003B3; is equal to 0.005, it takes 15 ms for state <italic>x</italic><sub>1</sub> converging from the initial condition where <italic>x</italic><sub>1</sub>=30 to the limit cycle where <italic>x</italic><sub>1</sub>=20. As &#x003B3; increases to 0.02, the required time of the converging process decreases to 5 ms. Furthermore, when &#x003B3; is increases to 0.05, the required time of the converging process decreases to 2 ms.</p>
<fig id="F6" position="float">
<label>Figure 6</label>
<caption><p>Partial graphs of the CO with different &#x003B3;<italic> values</italic>.</p></caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tiff" xlink:href="fnbot-18-1379906-g0006.tif"/>
</fig>
<p>The results indicate that the COCPG model provides a strong response to the environment changes.</p>
</sec>
</sec>
<sec>
<title>3.2 Numerical simulations and analyses of the COCPG model</title>
<p>In this section, when modeling the motions of lower limbs with different frequencies and amplitudes, the influence of the parameters of the COCPG model on the frequency, amplitude, and offset of the trajectories generated by the COCPG model are numerically simulated and analyzed. When modeling the motions of lower limbs, the parameters <italic>a</italic>, <italic>b</italic>, and <italic>c</italic> in <xref ref-type="disp-formula" rid="E27">Equation (27)</xref> are equal to 5, 200, and 2, respectively, <italic>k</italic> is 0.64, and &#x003B3; is 0.02.</p>
<sec>
<title>3.2.1 Frequency</title>
<p>As <xref ref-type="disp-formula" rid="E27">Equation (27)</xref> shows, the frequency of the COCPG model is determined by &#x003C9;. <xref ref-type="fig" rid="F7">Figure 7</xref> depicts the trajectories of the hip and knee joints generated by the COCPG model with &#x003C9; of 1, 2, and 3 Hz, respectively. From <xref ref-type="fig" rid="F7">Figure 7</xref>, it is obvious that the frequency of the COCPG model increases with increasing &#x003C9;. Therefore, the frequency of the COCPG model is determined by the value of &#x003C9;.</p>
<fig id="F7" position="float">
<label>Figure 7</label>
<caption><p>Trajectories of the joints of the lower limb generated by the COCPG model with different &#x003C9;: <bold>(A)</bold> the hip joint and <bold>(B)</bold> the knee joint.</p></caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tiff" xlink:href="fnbot-18-1379906-g0007.tif"/>
</fig>
</sec>
<sec>
<title>3.2.2 Amplitude</title>
<p>From <xref ref-type="disp-formula" rid="E27">Equation (27)</xref>, it can be inferred that the angle amplitude of the hip joint of the COCPG model is only determined by <italic>D</italic><sub>11</sub>, and the angle amplitude of the knee joint of the COCPG model is determined by <italic>D</italic><sub>11</sub> and <italic>D</italic><sub>22</sub>. <xref ref-type="fig" rid="F8">Figure 8</xref> shows the trajectories of the joints of the lower limb generated by the COCPG model with different <italic>D</italic><sub>11</sub> and <italic>D</italic><sub>22</sub>. <xref ref-type="fig" rid="F8">Figure 8A</xref> shows the trajectories of the hip joint generated by the COCPG model when <italic>D</italic><sub>11</sub> is equal to 0.2267, 0.17, and 0.136, respectively. <xref ref-type="fig" rid="F8">Figure 8B</xref> shows the trajectories of the knee joint generated by the model with <italic>D</italic><sub>11</sub> of 0.17 when <italic>D</italic><sub>22</sub> is equal to 0.028, 0.021, and 0.0168, respectively. From <xref ref-type="fig" rid="F8">Figure 8</xref>, it is obvious that the amplitudes of the trajectories generated by the COCPG model decrease with increasing <italic>D</italic><sub>11</sub> and <italic>D</italic><sub>22</sub>. Therefore, the trajectories of the joints of the lower limb with different amplitudes can be achieved by adjusting <italic>D</italic><sub>11</sub> and <italic>D</italic><sub>22</sub>.</p>
<fig id="F8" position="float">
<label>Figure 8</label>
<caption><p>Trajectories of the hip and knee joints generated by the COCPG model with different <italic>D</italic><sub>11</sub> and <italic>D</italic><sub>22</sub>: <bold>(A)</bold> the hip joint and <bold>(B)</bold> the knee joint.</p></caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tiff" xlink:href="fnbot-18-1379906-g0008.tif"/>
</fig>
</sec>
<sec>
<title>3.2.3 Offset</title>
<p>Going by <xref ref-type="disp-formula" rid="E27">Equation (27)</xref>, the offset of the trajectories generated by the COCPG model are determined by <italic>P</italic><sub>1</sub> and <italic>P</italic><sub>3</sub>. <xref ref-type="fig" rid="F9">Figure 9</xref> shows the trajectories of the joints of the lower limb generated by the COCPG model with different <italic>P</italic><sub>1</sub> and <italic>P</italic><sub>3</sub>, respectively. <xref ref-type="fig" rid="F9">Figure 9A</xref> shows the trajectories of the hip joint generated by the COCPG model with <italic>P</italic><sub>1</sub> of 1, 2, and 3, and <xref ref-type="fig" rid="F9">Figure 9B</xref> shows the trajectories of the knee joint generated by the COCPG model with <italic>P</italic><sub>3</sub> of &#x02212;10, 0, and 10. It is clearly seen from <xref ref-type="fig" rid="F9">Figure 9</xref> that the offsets of the trajectories of the joints of the lower limb generated by the COCPG model increases along with the increase in the absolute value of <italic>P</italic><sub>1</sub> and <italic>P</italic><sub>3</sub>.</p>
<fig id="F9" position="float">
<label>Figure 9</label>
<caption><p>Trajectories of the hip and knee joints generated by the COCPG model with different <italic>P</italic><sub>1</sub> and <italic>P</italic><sub>3</sub>: <bold>(A)</bold> the hip joint and <bold>(B)</bold> the knee joint.</p></caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tiff" xlink:href="fnbot-18-1379906-g0009.tif"/>
</fig>
</sec>
</sec>
</sec>
<sec id="s4">
<title>4 Experiments and results</title>
<sec>
<title>4.1 Experimental setup</title>
<p>In order to evaluate the modeling accuracy of the COCPG model proposed in this article, the trajectories of the joints of the lower limb during walking are measured on an experimental setup, which is a test platform for prosthetic knees built by the authors (Wang et al., <xref ref-type="bibr" rid="B22">2013</xref>). The test platform is presented in <xref ref-type="fig" rid="F10">Figure 10</xref>. As shown in <xref ref-type="fig" rid="F10">Figure 10</xref>, the experimental setup comprises a treadmill, two angle sensors, a data acquisition unit, and a tester. Two angle potentiometers, which are attached on the hip joint and the knee joint of the tester by three linkages, are used for measuring the angular displacements of the hip and knee joints. The host computer interrogates the voltage signals from the potentiometers via the data acquisition unit (type: DS1103, from the dSPACE GmbH, Germany) with a sampling frequency of 1 kHz.</p>
<fig id="F10" position="float">
<label>Figure 10</label>
<caption><p>Test platform updated from Wang et al. (<xref ref-type="bibr" rid="B22">2013</xref>) [1-angle sensor (AS3); 2-angle sensor (AS4); 3-treadmill; 4-PC; 5-dSPACE DS1103].</p></caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tiff" xlink:href="fnbot-18-1379906-g0010.tif"/>
</fig>
</sec>
<sec>
<title>4.2 Results and analysis</title>
<p><xref ref-type="fig" rid="F11">Figures 11A</xref>, <xref ref-type="fig" rid="F11">B</xref> show the limit cycles and trajectories of the hip joint generated by the COCPG model (<xref ref-type="disp-formula" rid="E27">Equation 27</xref>) and measured from the tester on the test platform. For comparison, the limit cycle and trajectory of the hip joint generated by the CPG model based on the Rayleigh oscillator (ROCPG) are simultaneously provided. The Rayleigh oscillator is expressed as (de Pina Filho et al., <xref ref-type="bibr" rid="B3">2005</xref>)</p>
<disp-formula id="E28"><label>(28)</label><mml:math id="M41"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>&#x000FF;</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x01E8F;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>&#x01E8B;</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where <italic>y</italic> is the output of the Rayleigh oscillator, <italic>d</italic>, <italic>l</italic>, and <italic>k</italic> are the parameters of the Rayleigh oscillator. In this article, the ROCPG model is based on <xref ref-type="disp-formula" rid="E28">Equation (28)</xref> with <italic>d</italic> &#x0003D; 0.14, <italic>l</italic> &#x0003D; 0.013, and <italic>k</italic> &#x0003D; 1.</p>
<fig id="F11" position="float">
<label>Figure 11</label>
<caption><p>Hip motions measured from the tester on the test platform and generated by the COCPG model and the ROCPG model: <bold>(A)</bold> the limit cycles and <bold>(B)</bold> the trajectories.</p></caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tiff" xlink:href="fnbot-18-1379906-g0011.tif"/>
</fig>
<p><xref ref-type="fig" rid="F11">Figure 11A</xref> shows that the limit cycle of the COCPG model is an asymmetric closed curve about its center, which is consistent with the measured limit cycle of the hip joint of the tester. However, the limit cycle of the ROCPG model is a symmetrical closed curve about its center, which differs from the measured limit cycle of the hip joint of the tester. Additionally, as shown in <xref ref-type="fig" rid="F11">Figure 11B</xref>, the forward trajectory of the hip joint of the COCPG model accounts for 60% of one period and the forward progress of the hip joint generated by the ROCPG model accounts for 50%. Thus, the trajectory of the hip joint of the COCPG model is closer to that of the natural gait than that of the ROCPG model. Therefore, compared with the ROCPG model, the COCPG model is able to accurately imitate the rhythmic motions of the hip joints.</p>
<p><xref ref-type="fig" rid="F12">Figure 12</xref> shows the differences between the measured trajectory of the hip joint of the tester and the trajectories of the hip joints generated by the COCPG and the ROCPG models. These differences can be defined as modeling errors. As shown in <xref ref-type="fig" rid="F12">Figure 12</xref>, the maximum modeling error of the motion trajectory of the hip joint of the COCPG model is about 5&#x000B0;. Meanwhile, the maximum modeling error of the ROCPG model is about 15&#x000B0;, which is three times that of the COCPG model. The main source of the modeling error of the COCPG model is the flexible binding method of the measure unit. On the contrary, the main source of the modeling error of the ROCPG model is the asymmetry of the limit circle of the Rayleigh oscillator. As a result, the modeling accuracy of the output trajectories of the hip joint of the COCPG model is higher than that of the ROCPG model.</p>
<fig id="F12" position="float">
<label>Figure 12</label>
<caption><p>Differences between the measured trajectory of the hip joint of the tester and the trajectories of the hip joint of the COCPG model and the ROCPG model.</p></caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tiff" xlink:href="fnbot-18-1379906-g0012.tif"/>
</fig>
<p><xref ref-type="fig" rid="F13">Figure 13</xref> shows the time histories of the multi-periodic trajectories of the lower limb generated by the COCPG model and measured from the tester on the test platform. <xref ref-type="fig" rid="F13">Figure 13A</xref> shows the trajectories of the hip joint and <xref ref-type="fig" rid="F13">Figure 13B</xref> shows the trajectories of the knee joint. <xref ref-type="fig" rid="F13">Figure 13C</xref> shows the differences between the measured trajectories of the tester and generated trajectories of the COCPG model. The maximum error between the hip joint trajectories and the models is 5&#x000B0;, while the maximum error between the knee joint trajectories and the models is 15&#x000B0;. The maximum error of the hip joint appears at the backward of the swing phase, and the maximum error of the knee joint appears at the stance phase. From <xref ref-type="fig" rid="F13">Figure 13</xref>, it is clear that the trajectories of the COCPG model are consistent with those of the measured trajectories. Therefore, the COCPG model is suitable for imitating the rhythmic motions of the hip joint of the lower limb. However, the modeling error of the trajectory of the knee joint with the COCPG model still exists, which may be because the posture of the tester is deformed while walking on the treadmill and/or the angle potentiometers are not assembled on the sagittal plane.</p>
<fig id="F13" position="float">
<label>Figure 13</label>
<caption><p>Time histories of the multi-period trajectories of the lower limb generated by the COCPG model and measured from the tester on the test platform: <bold>(A)</bold> the trajectories of the hip joint, <bold>(B)</bold> the trajectories of the knee joint, and <bold>(C)</bold> differences between the measured trajectories of the tester and the COCPG model.</p></caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tiff" xlink:href="fnbot-18-1379906-g0013.tif"/>
</fig>
</sec>
</sec>
<sec id="s5">
<title>5 Conclusions</title>
<p>In this article, to achieve the asymmetric time ratio of the trajectories of human hip joints and to simulate the coupling relationship between hip motions and knee motions, based on the CO with a central asymmetric limit cycle, the COCPG model for simulating asymmetric swing angles of lower limbs is proposed and developed. Based on the proposed method, the behaviors, such as frequency, amplitude, and offset, are analyzed by simulations. Additionally, in order to verify the accuracy of the COCPG model, experiments are conducted for comparing the outputs of the COCPG model with the measured trajectories from the tester on the test platform. The research results show that the trajectories of the hip joint generated by the COCPG model proposed in this article follow the asymmetric time ratio. The time ratios of the trajectories of the COCPG varied from 38 to 62%. Meanwhile, the time ration of the trajectories of the ROCPG are invariable. Compared with the ROCPG model, the COCPG model can imitate the hip motion with higher accuracy and the trajectories of the knee joint generated by the COCPG model is coupled with the hip motion. The maximum modeling error of the COCPG is 5&#x000B0;, which is introduced from the binding method of the measure unit. On the contrary, as a result of the symmetric limit circle, the maximum modeling error of the ROCPG increases to 15&#x000B0;. Moreover, the motion of the lower limb with different frequencies and amplitudes can be achieved by adjusting the parameters of the COCPG model. Therefore, the proposed pattern generator can be applied as the reference model for the lower limb exoskeleton controlling algorithm to produce the self-adjusted reference trajectories.</p>
<p>Although the proposed COCPG is an effective model for imitating the asymmetric and coupled behaviors of the lower limb, the coupling between the COCPG model and humans should be studied to promote its application in controlling a lower limb exoskeleton.</p>
</sec>
<sec sec-type="data-availability" id="s6">
<title>Data availability statement</title>
<p>The original contributions presented in the study are included in the article/supplementary material, further inquiries can be directed to the corresponding author.</p>
</sec>
<sec sec-type="author-contributions" id="s7">
<title>Author contributions</title>
<p>QF: Writing &#x02013; review &#x00026; editing, Writing &#x02013; original draft. TL: Writing &#x02013; review &#x00026; editing. TC: Writing &#x02013; review &#x00026; editing, Formal analysis, Data curation. XM: Writing &#x02013; review &#x00026; editing, Validation, Project administration. SL: Writing &#x02013; review &#x00026; editing, Resources, Formal analysis. YH: Writing &#x02013; review &#x00026; editing, Data curation, Conceptualization. SW: Writing &#x02013; review &#x00026; editing, Resources.</p>
</sec>
</body>
<back>
<sec sec-type="funding-information" id="s8">
<title>Funding</title>
<p>The author(s) declare financial support was received for the research, authorship, and/or publication of this article. This work has been supported by Scientific and Technological Research Program of Chongqing Science and Technology Bureau (Project No. cstc2020jcyj-msxm2322), National Natural Science Foundation of China (52175215), and Chongqing Talent Program Project (cstc2021ycjh-bgzxm0279), and Scientific and Technological Research Program of Chongqing University of Arts and Sciences (Project No. R2018JD03).</p>
</sec>
<sec sec-type="COI-statement" id="conf1">
<title>Conflict of interest</title>
<p>The authors declare that the research was conducted in the absence of any commercial or financial relationships that could be construed as a potential conflict of interest.</p>
</sec>
<sec sec-type="disclaimer" id="s9">
<title>Publisher&#x00027;s note</title>
<p>All claims expressed in this article are solely those of the authors and do not necessarily represent those of their affiliated organizations, or those of the publisher, the editors and the reviewers. Any product that may be evaluated in this article, or claim that may be made by its manufacturer, is not guaranteed or endorsed by the publisher.</p>
</sec>
<ref-list>
<title>References</title>
<ref id="B1">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Acebr&#x000F3;n</surname> <given-names>J. A.</given-names></name> <name><surname>Bonilla</surname> <given-names>L. L.</given-names></name> <name><surname>P&#x000E9;rez Vicente</surname> <given-names>C. J.</given-names></name> <name><surname>Ritort</surname> <given-names>F.</given-names></name> <name><surname>Spigler</surname> <given-names>R.</given-names></name></person-group> (<year>2005</year>). <article-title>The Kuramoto model: a simple paradigm for synchronization phenomena</article-title>. <source>Rev. Mod. Phys</source>. <volume>77</volume>, <fpage>137</fpage>&#x02013;<lpage>185</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/RevModPhys.77.137</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B2">
<citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Conradt</surname> <given-names>J.</given-names></name></person-group> (<year>2003</year>). <article-title>Distributed central pattern generator control for a serpentine robot</article-title>, in <source>Proceedings of the International Conference on Artificial Neural Networks</source> (<publisher-loc>Istanbul</publisher-loc>), <fpage>338</fpage>&#x02013;<lpage>341</lpage>.</citation>
</ref>
<ref id="B3">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>de Pina Filho</surname> <given-names>A. C.</given-names></name> <name><surname>Dutra</surname> <given-names>M. S.</given-names></name> <name><surname>Raptopoulos</surname> <given-names>L. S. C.</given-names></name></person-group> (<year>2005</year>). <article-title>Modeling of a bipedal robot using mutually coupled Rayleigh oscillators</article-title>. <source>Biol. Cybern</source>. <volume>92</volume>, <fpage>1</fpage>&#x02013;<lpage>7</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s00422-004-0531-1</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">15580522</pub-id></citation></ref>
<ref id="B4">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Dingguo</surname> <given-names>Z.</given-names></name> <name><surname>Yong</surname> <given-names>R.</given-names></name> <name><surname>Kai</surname> <given-names>G.</given-names></name> <name><surname>Jia</surname> <given-names>J.</given-names></name> <name><surname>Xu</surname> <given-names>W.</given-names></name></person-group> (<year>2017</year>). <article-title>Cooperative control for a hybrid rehabilitation system combining functional electrical stimulation and robotic exoskeleton</article-title>. <source>Front. Neurorobot</source>. <volume>11</volume>:<fpage>725</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.3389/fnins.2017.00725</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">29311798</pub-id></citation></ref>
<ref id="B5">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Ekkachai</surname> <given-names>K.</given-names></name> <name><surname>Nilkhamhang</surname> <given-names>I.</given-names></name></person-group> (<year>2016</year>). <article-title>Swing phase control of semi-active prosthetic knee using neural network predictive control with particle swarm optimization</article-title>. <source>IEEE T. Neur. Sys. Reh</source>. <volume>24</volume>, <fpage>1169</fpage>&#x02013;<lpage>1178</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/TNSRE.2016.2521686</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">26829798</pub-id></citation></ref>
<ref id="B6">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Ferrario</surname> <given-names>A.</given-names></name> <name><surname>Merrison-Hort</surname> <given-names>R.</given-names></name> <name><surname>Soffe</surname> <given-names>S. R.</given-names></name> <name><surname>Li</surname> <given-names>W. C.</given-names></name> <name><surname>Borisyuk</surname> <given-names>R.</given-names></name></person-group> (<year>2018</year>). <article-title>Bifurcations of limit cycles in a reduced model of the xenopus tadpole central pattern generator</article-title>. <source>J. Math. Neurosci</source>. <volume>8</volume>:<fpage>9</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1186/s13408-018-0065-9</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">30022326</pub-id></citation></ref>
<ref id="B7">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Fu</surname> <given-names>Q.</given-names></name> <name><surname>Wang</surname> <given-names>D. H.</given-names></name> <name><surname>Xu</surname> <given-names>L.</given-names></name> <name><surname>Yuan</surname> <given-names>G.</given-names></name></person-group> (<year>2017</year>). <article-title>A magnetorheological damper based prosthetic knee (MRPK) and sliding mode tracking control method for an MRPK-based lower-limb prosthesis</article-title>. <source>Smart Mater. Struct</source>. <volume>26</volume>:<fpage>e045030</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/1361-665X/aa61f1</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B8">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Fu</surname> <given-names>Q.</given-names></name> <name><surname>Wang</surname> <given-names>D. H.</given-names></name> <name><surname>Xu</surname> <given-names>L.</given-names></name> <name><surname>Yuan</surname> <given-names>G.</given-names></name></person-group> (<year>2018</year>). <article-title>A cardioid oscillator with asymmetric time ratio for establishing CPG models</article-title>. <source>Biol. Cybern</source>. <volume>112</volume>, <fpage>227</fpage>&#x02013;<lpage>235</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s00422-018-0746-1</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">29332230</pub-id></citation></ref>
<ref id="B9">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Glowinski</surname> <given-names>S.</given-names></name> <name><surname>Krzyzynski</surname> <given-names>T.</given-names></name> <name><surname>Bryndal</surname> <given-names>A.</given-names></name> <name><surname>Maciejewski</surname> <given-names>I. A.</given-names></name></person-group> (<year>2020</year>). <article-title>Kinematic model of a humanoid lower limb exoskeleton with hydraulic actuators</article-title>. <source>Sensors</source> <volume>20</volume>:<fpage>6116</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.3390/s20216116</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">33121194</pub-id></citation></ref>
<ref id="B10">
<citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Guo</surname> <given-names>X.</given-names></name> <name><surname>Chen</surname> <given-names>L.</given-names></name> <name><surname>Zhang</surname> <given-names>Y.</given-names></name> <name><surname>Yang</surname> <given-names>P.</given-names></name> <name><surname>Zhang</surname> <given-names>L.</given-names></name></person-group> (<year>2010</year>). <article-title>A study on control mechanism of above knee robotic prosthesis based on CPG model</article-title>, in <source>Proceedings of the 2010 IEEE International Conference on Robotics and Biomimetics (ROBIO)</source> (<publisher-loc>Tianjin</publisher-loc>), <fpage>283</fpage>&#x02013;<lpage>287</lpage>.</citation>
</ref>
<ref id="B11">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Katayama</surname> <given-names>S. I.</given-names></name></person-group> (<year>2012</year>). <article-title>Biomimetics micro robot with active hardware neural networks locomotion control and insect-like switching behaviour</article-title>. <source>Int. J. Adv. Robot. Syst</source>. <volume>9</volume>:<fpage>54129</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.5772/54129</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B12">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Ma</surname> <given-names>Y.</given-names></name> <name><surname>Wu</surname> <given-names>X.</given-names></name> <name><surname>Yang</surname> <given-names>S. X.</given-names></name> <name><surname>Dang</surname> <given-names>C.</given-names></name> <name><surname>Liu</surname> <given-names>D. X.</given-names></name> <name><surname>Wang</surname> <given-names>C.</given-names></name> <etal/></person-group>. (<year>2021</year>). <article-title>Online gait planning of lower-limb exoskeleton robot for paraplegic rehabilitation considering weight transfer process</article-title>. <source>IEEE T. Autom. Sci. Eng</source>. <volume>18</volume>, <fpage>414</fpage>&#x02013;<lpage>425</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/TASE.2020.2964807</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B13">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Mokhtari</surname> <given-names>M.</given-names></name> <name><surname>Taghizadeh</surname> <given-names>M.</given-names></name> <name><surname>Mazare</surname> <given-names>M.</given-names></name></person-group> (<year>2020</year>). <article-title>Hybrid adaptive robust control based on CPG and ZMP for a lower limb exoskeleton</article-title>. <source>Robotica</source> <volume>39</volume>, <fpage>182</fpage>&#x02013;<lpage>199</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1017/S0263574720000260</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B14">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Mora</surname> <given-names>G.</given-names></name> <name><surname>Torrealba</surname> <given-names>R. R.</given-names></name> <name><surname>Cappelletto</surname> <given-names>J.</given-names></name> <name><surname>Ferm&#x000ED;n</surname> <given-names>L.</given-names></name> <name><surname>Fern&#x000E1;ndez-L&#x000F3;pez</surname> <given-names>G.</given-names></name> <name><surname>Grieco</surname> <given-names>J. C.</given-names></name></person-group> (<year>2012</year>). <article-title>Cybernetic knee prosthesis: application of an adaptive central pattern generator</article-title>. <source>Kybernetes</source> <volume>4</volume>, <fpage>192</fpage>&#x02013;<lpage>205</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1108/03684921211213034</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B15">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Morimoto</surname> <given-names>J.</given-names></name> <name><surname>Endo</surname> <given-names>G.</given-names></name> <name><surname>Nakanishi</surname> <given-names>J.</given-names></name> <name><surname>Cheng</surname> <given-names>G. A.</given-names></name></person-group> (<year>2008</year>). <article-title>biologically inspired biped locomotion strategy for humanoid robots: modulation of sinusoidal patterns by a coupled oscillator model</article-title>. <source>IEEE T. Robot</source>. <volume>24</volume>, <fpage>185</fpage>&#x02013;<lpage>191</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/TRO.2008.915457</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B16">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Nandi</surname> <given-names>G. C.</given-names></name> <name><surname>Ijspeert</surname> <given-names>A. J.</given-names></name> <name><surname>Chakraborty</surname> <given-names>P.</given-names></name> <name><surname>Nandi</surname> <given-names>A.</given-names></name></person-group> (<year>2009</year>). <article-title>Development of Adaptive Modular Active Leg (AMAL) using bipedal robotics technology</article-title>. <source>Robot. Auton. Syst</source>. <volume>57</volume>, <fpage>603</fpage>&#x02013;<lpage>616</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.robot.2009.02.002</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B17">
<citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Nandi</surname> <given-names>G. C.</given-names></name> <name><surname>Ijspeert</surname> <given-names>A. J.</given-names></name> <name><surname>Nandi</surname> <given-names>A.</given-names></name></person-group> (<year>2008</year>). <article-title>Biologically inspired CPG based above knee active prosthesis</article-title>, in <source>Proceedings of the 2008 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems</source> (<publisher-loc>Nice</publisher-loc>), <fpage>2368</fpage>&#x02013;<lpage>2373</lpage>.</citation>
</ref>
<ref id="B18">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Pamungkas</surname> <given-names>D. S.</given-names></name> <name><surname>Caesarendra</surname> <given-names>W.</given-names></name> <name><surname>Soebakti</surname> <given-names>H.</given-names></name> <name><surname>Analia</surname> <given-names>R.</given-names></name> <name><surname>Susanto</surname> <given-names>S.</given-names></name></person-group> (<year>2019</year>). <article-title>Overview: types of lower limb exoskeletons</article-title>. <source>Electronics</source> <volume>8</volume>:<fpage>1283</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.3390/electronics8111283</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B19">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Pasandi</surname> <given-names>V.</given-names></name> <name><surname>Sadeghian</surname> <given-names>H.</given-names></name> <name><surname>Keshmiri</surname> <given-names>M.</given-names></name> <name><surname>Karimpour</surname> <given-names>H.</given-names></name></person-group> (<year>2022</year>). <article-title>A novel central pattern generator for cyclic motions including impact</article-title>. <source>Int. J. Robot. Autom</source>. <volume>37</volume>, <fpage>280</fpage>&#x02013;<lpage>287</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.2316/J.2022.206-0544</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B20">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Payam</surname> <given-names>A.</given-names></name> <name><surname>Hamker</surname> <given-names>F. H.</given-names></name> <name><surname>John</surname> <given-names>N.</given-names></name></person-group> (<year>2018</year>). <article-title>Learning of central pattern generator coordination in robot drawing</article-title>. <source>Front. Neurorobot</source>. <volume>12</volume>:<fpage>44</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.3389/fnbot.2018.00044</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">30083100</pub-id></citation></ref>
<ref id="B21">
<citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Saito</surname> <given-names>K.</given-names></name> <name><surname>Matsuda</surname> <given-names>A.</given-names></name> <name><surname>Saeki</surname> <given-names>K.</given-names></name> <name><surname>Uchikoba</surname> <given-names>F.</given-names></name> <name><surname>Sekine</surname> <given-names>Y.</given-names></name></person-group> (<year>2009</year>). <article-title>Synchronization of coupled pulse-type hardware neuron models for CPG model</article-title>, in <source>Conference on Proceedings of International Joint Conference on Neural Networks</source> (<publisher-loc>Georgia</publisher-loc>), <fpage>2748</fpage>&#x02013;<lpage>2755</lpage>.</citation>
</ref>
<ref id="B22">
<citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Wang</surname> <given-names>D. H.</given-names></name> <name><surname>Xu</surname> <given-names>L.</given-names></name> <name><surname>Fu</surname> <given-names>Q.</given-names></name> <name><surname>Yuan</surname> <given-names>G.</given-names></name></person-group> (<year>2013</year>). <article-title>A bio-inspired test system for bionic above-knee prosthetic knees</article-title>, in <source>Proceedings of SPIE: Conference on Active and Passive Smart Structures and Integrated Systems</source> (<publisher-loc>San Diego</publisher-loc>), <fpage>8688</fpage>.</citation>
</ref>
<ref id="B23">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Wei</surname> <given-names>Q.</given-names></name> <name><surname>Li</surname> <given-names>Z.</given-names></name> <name><surname>Zhao</surname> <given-names>K.</given-names></name> <name><surname>Kang</surname> <given-names>Y.</given-names></name> <name><surname>Su</surname> <given-names>C. Y.</given-names></name></person-group> (<year>2020</year>). <article-title>Synergy-based control of assistive lower-limb exoskeletons by skill transfer</article-title>. <source>IEEE-ASME T. Mech</source>. <volume>25</volume>, <fpage>705</fpage>&#x02013;<lpage>715</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/TMECH.2019.2961567</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B24">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Wei</surname> <given-names>S. X.</given-names></name> <name><surname>Wu</surname> <given-names>H.</given-names></name> <name><surname>Liu</surname> <given-names>L.</given-names></name> <name><surname>Zhang</surname> <given-names>Y.</given-names></name> <name><surname>Chen</surname> <given-names>J.</given-names></name> <name><surname>Li</surname> <given-names>Q.</given-names></name></person-group> (<year>2022</year>). <article-title>A CPG-based gait planning and motion performance analysis for quadruped robot</article-title>. <source>Ind. Robot</source>. <volume>4</volume>, <fpage>779</fpage>&#x02013;<lpage>797</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1108/IR-08-2021-0181</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B25">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Wu</surname> <given-names>X.</given-names></name> <name><surname>Liu</surname> <given-names>D. X.</given-names></name> <name><surname>Liu</surname> <given-names>M.</given-names></name> <name><surname>Chen</surname> <given-names>C.</given-names></name> <name><surname>Guo</surname> <given-names>H.</given-names></name></person-group> (<year>2018</year>). <article-title>Individualized gait pattern generation for sharing lower limb exoskeleton robot</article-title>. <source>I. IEEE T. Autom. Sci. Eng</source>. <volume>15</volume>, <fpage>1459</fpage>&#x02013;<lpage>1470</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/TASE.2018.2841358</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B26">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Xie</surname> <given-names>F. G.</given-names></name> <name><surname>Zhong</surname> <given-names>Y.</given-names></name> <name><surname>Du</surname> <given-names>R. X.</given-names></name> <name><surname>Li</surname> <given-names>Z.</given-names></name></person-group> (<year>2019</year>). <article-title>Central Pattern Generator (CPG) control of a biomimetic robot fish for multimodal swimming</article-title>. <source>J. Bionic. Eng</source>. <volume>16</volume>, <fpage>222</fpage>&#x02013;<lpage>234</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s42235-019-0019-2</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B27">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Xu</surname> <given-names>L.</given-names></name> <name><surname>Wang</surname> <given-names>D. H.</given-names></name> <name><surname>Fu</surname> <given-names>Q.</given-names></name> <name><surname>Yuan</surname> <given-names>G.</given-names></name> <name><surname>Hu</surname> <given-names>L. Z.</given-names></name></person-group> (<year>2016</year>). <article-title>A novel four-bar linkage prosthetic knee based on magnetorheological effect: principle, structure, simulation and control</article-title>. <source>Smart Mater. Struct</source>. <volume>25</volume>:<fpage>115007</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/0964-1726/25/11/115007</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B28">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Xue</surname> <given-names>T.</given-names></name> <name><surname>Wang</surname> <given-names>Z.</given-names></name> <name><surname>Zhang</surname> <given-names>T.</given-names></name> <name><surname>Zhang</surname> <given-names>M.</given-names></name></person-group> (<year>2019</year>). <article-title>Adaptive oscillator-based robust control for flexible hip assistive exoskeleton</article-title>. <source>IEEE Robot. Autom. Let</source>. <volume>4</volume>, <fpage>3318</fpage>&#x02013;<lpage>3323</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/LRA.2019.2926678</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B29">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Yihun</surname> <given-names>Y. S.</given-names></name> <name><surname>Adhikari</surname> <given-names>V.</given-names></name> <name><surname>Majidirad</surname> <given-names>A.</given-names></name> <name><surname>Desai</surname> <given-names>J.</given-names></name></person-group> (<year>2020</year>). <article-title>Task-based knee rehabilitation with assist-as-needed control strategy and recovery tracking system</article-title>. <source>ASME J. Med. Diagnost</source>. <volume>3</volume>:<fpage>e021110</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1115/1.4046400</pub-id></citation>
</ref>
</ref-list>
</back>
</article>