<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD Journal Publishing DTD v2.3 20070202//EN" "journalpublishing.dtd">
<article article-type="research-article" dtd-version="2.3" xml:lang="EN" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink">
<front>
<journal-meta>
<journal-id journal-id-type="publisher-id">Front. Phys.</journal-id>
<journal-title>Frontiers in Physics</journal-title>
<abbrev-journal-title abbrev-type="pubmed">Front. Phys.</abbrev-journal-title>
<issn pub-type="epub">2296-424X</issn>
<publisher>
<publisher-name>Frontiers Media S.A.</publisher-name>
</publisher>
</journal-meta>
<article-meta>
<article-id pub-id-type="publisher-id">1253642</article-id>
<article-id pub-id-type="doi">10.3389/fphy.2023.1253642</article-id>
<article-categories>
<subj-group subj-group-type="heading">
<subject>Physics</subject>
<subj-group>
<subject>Original Research</subject>
</subj-group>
</subj-group>
</article-categories>
<title-group>
<article-title>A neural state-space-based model predictive technique for effective vibration control in nano-beams</article-title>
<alt-title alt-title-type="left-running-head">Alsubaie</alt-title>
<alt-title alt-title-type="right-running-head">
<ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.3389/fphy.2023.1253642">10.3389/fphy.2023.1253642</ext-link>
</alt-title>
</title-group>
<contrib-group>
<contrib contrib-type="author" corresp="yes">
<name>
<surname>Alsubaie</surname>
<given-names>Hajid</given-names>
</name>
<xref ref-type="corresp" rid="c001">&#x2a;</xref>
<uri xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/2368595/overview"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/writing-original-draft/"/>
</contrib>
</contrib-group>
<aff>
<institution>Department of Mechanical Engineering</institution>, <institution>College of Engineering</institution>, <institution>Taif University</institution>, <addr-line>Taif</addr-line>, <country>Saudi Arabia</country>
</aff>
<author-notes>
<fn fn-type="edited-by">
<p>
<bold>Edited by:</bold> <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/978065/overview">Viet-Thanh Pham</ext-link>, Ton Duc Thang University, Vietnam</p>
</fn>
<fn fn-type="edited-by">
<p>
<bold>Reviewed by:</bold> <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/2263522/overview">Samaneh Soradi-zeid</ext-link>, University of Sistan and Baluchestan, Iran</p>
<p>
<ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/2187345/overview">Oscar Castillo</ext-link>, Instituto Tecnol&#xf3;gico de Tijuana, Mexico</p>
<p>
<ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/2369947/overview">Fernando Serrano</ext-link>, National Autonomous University of Honduras, Honduras, in collaboration with reviewer OC</p>
</fn>
<corresp id="c001">&#x2a;Correspondence: Hajid Alsubaie, <email>h.alsubaie@tu.edu.sa</email>
</corresp>
</author-notes>
<pub-date pub-type="epub">
<day>23</day>
<month>08</month>
<year>2023</year>
</pub-date>
<pub-date pub-type="collection">
<year>2023</year>
</pub-date>
<volume>11</volume>
<elocation-id>1253642</elocation-id>
<history>
<date date-type="received">
<day>05</day>
<month>07</month>
<year>2023</year>
</date>
<date date-type="accepted">
<day>07</day>
<month>08</month>
<year>2023</year>
</date>
</history>
<permissions>
<copyright-statement>Copyright &#xa9; 2023 Alsubaie.</copyright-statement>
<copyright-year>2023</copyright-year>
<copyright-holder>Alsubaie</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>
<p>Model predictive control (MPC) is a cutting-edge control technique, but its susceptibility to inaccuracies in the model remains a challenge for embedded systems. In this study, we propose a data-driven MPC framework to address this issue and achieve robust and adaptable performance. Our framework involves systematically identifying system dynamics and learning the MPC policy through function approximations. Specifically, we introduce a system identification method based on the Deep neural network (DNN) and integrate it with MPC. The function approximation capability of DNN enables the controller to learn the nonlinear dynamics of the system then the MPC policy is established based on the identified model. Also, through an added control term the robustness and convergence of the closed-loop system are guaranteed. Then the governing equation of a non-local strain gradient (NSG) nano-beam is presented. Finally, the proposed control scheme is used for vibration suppression in the NSG nano-beam. To validate the effectiveness of our approach, the controller is applied to the unknown system, meaning that solely during the training phase of the neural state-space-based model we relied on the data extracted from the time history of the beam&#x2019;s deflection. The simulation results conclusively demonstrate the remarkable performance of our proposed approach in effectively suppressing vibrations.</p>
</abstract>
<kwd-group>
<kwd>model predictive control</kwd>
<kwd>data-driven MPC</kwd>
<kwd>nano system</kwd>
<kwd>robust control</kwd>
<kwd>NSG theorem</kwd>
</kwd-group>
<custom-meta-wrap>
<custom-meta>
<meta-name>section-at-acceptance</meta-name>
<meta-value>Interdisciplinary Physics</meta-value>
</custom-meta>
</custom-meta-wrap>
</article-meta>
</front>
<body>
<sec id="s1">
<title>1 Introduction</title>
<p>Neural networks have brought about substantial changes in the handling of nonlinear systems, holding immense potential to revolutionize the control field. Their unique ability to model and interpret complex, high-dimensional dynamics positions them as key contributors in areas where traditional mathematical models typically face challenges [<xref ref-type="bibr" rid="B1">1</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B2">2</xref>]. State-space models based on neural networks are capable of mapping the intricate relationships between the inputs, outputs, and internal states of nonlinear systems, using their capacity to approximate any continuous function [<xref ref-type="bibr" rid="B3">3</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B4">4</xref>]. They utilize past and current data, learning the nonlinear dynamics, to predict the future states of a system based on the present state and control inputs.</p>
<p>MPC is a highly effective control approach widely employed in diverse engineering domains to achieve superior control performance compared to conventional methods [<xref ref-type="bibr" rid="B5">5</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B6">6</xref>]. By utilizing a predictive model of the system, MPC optimizes control actions over a finite time horizon. MPC enables the consideration of future system behavior and constraints, allowing for more precise and robust control actions [<xref ref-type="bibr" rid="B7">7</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B8">8</xref>]. Hence, to now, MPC has been widely used in various engineering domains to achieve superior control performance compared to conventional methods [<xref ref-type="bibr" rid="B9">9</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="B12">12</xref>].</p>
<p>Nanostructures, including nano-beams, have generated considerable attention across a range of disciplines due to their superior mechanical attributes and the profound potential they possess for advancements in nanotechnology applications. Up to this point, an expansive corpus of research has been established within this particular field of study. Undeniably, it is of utmost importance to sustain these scholarly pursuits. Doing so will not only enhance our comprehension but will also enable us to leverage these findings more effectively for the greater benefit. For example, the study by Ohashi et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B13">13</xref>] underscores the necessity for the stable delivery of nano-beams in facilitating advanced nanoscale analyses. However, the diminutive dimensions of these structures pose unique challenges pertaining to their dynamic behavior, notably when exposed to vibrational forces [<xref ref-type="bibr" rid="B14">14</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B15">15</xref>].</p>
<p>Given the escalating demand for nanotechnology across diverse sectors, from medicine to information technology, it is clear that this area of research requires continued exploration and development [<xref ref-type="bibr" rid="B16">16</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="B18">18</xref>]. However, the miniaturized scale of these structures brings forth distinct challenges related to their dynamic behavior, especially when exposed to vibrations. Consequently, the study and control of nano-beams have emerged as an integral field of study, aiming to ensure the reliability and operational efficacy of nano-devices. This focus is evident in the comprehensive review by Roudbari et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B19">19</xref>], which emphasizes the significance of size-dependent continuum mechanics models for micro and nano-structures. Similarly, the research by Miandoab et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B20">20</xref>] offers a nonlocal and strain gradient-based model for electrostatically actuated silicon nano-beams, thereby addressing specific control issues inherent in such structures.</p>
<p>Sliding mode controllers [<xref ref-type="bibr" rid="B21">21</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B22">22</xref>] and other robust controllers [<xref ref-type="bibr" rid="B23">23</xref>] have been extensively investigated and suggested for nano and microsystems. However, when it comes to control in nano and microsystems, the application of MPC has not been adequately proposed. The main reason behind this limitation is the substantial amount of uncertainties present in these systems. Unlike other control methods, MPC relies on having an accurate model of the system, which is practically impossible to obtain in real-world nano and microsystems. Therefore, despite the potential advantages of MPC, its practical implementation in this domain remains unfeasible. As researchers continue to explore novel control approaches, finding ways to overcome these challenges and devise MPC strategies for nano and microsystems will be essential.</p>
<p>The quest for optimally controlling nonlinear and uncertain systems is a formidable challenge in modern control theory, where traditional methods like MPC and robust control present significant advantages but also face limitations. MPC&#x2019;s high computational costs and reliance on accurate system models make it less suited for real-time applications and systems with complex, uncertain dynamics. On the other hand, robust control handles uncertainties [<xref ref-type="bibr" rid="B24">24</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B25">25</xref>] but often leads to suboptimal performance and does not directly account for state and control constraints. For example, in [<xref ref-type="bibr" rid="B26">26</xref>], MPC was suggested as a method for atomic force microscopy. However, this control strategy relies on the assumption that a complete and perfectly accurate system model is available, which is often not a reality in actual practice due to the unpredictability and complexity inherent in real-world scenarios.</p>
<p>In practice, obtaining a fully accurate model of the system is challenging due to inherent uncertainties and practical limitations. Thus, the assumptions made in the design of the controller do not hold true in practical applications. This emphasizes the need to develop control strategies that can effectively handle the uncertainties and limitations present in nano and microsystems without relying on perfect system models.</p>
<p>Recently, data-driven methods, as presented in studies such as [<xref ref-type="bibr" rid="B27">27</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="B29">29</xref>] promise a more efficient and adaptive approach. These methods leverage machine learning to learn system dynamics and control policies, reduce the computational burden, and adapt to system changes. For instance, Li and Tong [<xref ref-type="bibr" rid="B30">30</xref>] applied an encoder-decoder neural network model for developing an MPC. Their focus was on the efficient control of an HVAC system, and their results showcased promising convergence. Also, in a more recent study, Bonassi et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B31">31</xref>] offered a comprehensive discussion on the integration and evaluation of various recurrent neural network structures within the framework of MPC.</p>
<p>Despite the aforementioned advancements, some problems persist in the majority of studies within this field. Most notably, there is a consistent lack of guaranteed convergence and stability, which presents significant challenges for the advancement of machine learning-based MPC solutions. Hence, more research is needed to refine data-driven approaches for optimal control of nonlinear and uncertain systems, focusing on their performance, computational efficiency, robustness, convergence, generalizability, and data requirements. This challenge has served as a significant motivation for our current study. Recognizing the limitations of existing control techniques, particularly in the context of nano and microsystems, we are driven to explore innovative approaches that can overcome the hurdles associated with uncertainties in these systems. Through our study, we aspire to pave the way for practical implementation and real-world applications of advanced control methods in the realm of nano and microsystems.</p>
<p>We propose a neural state space-based model predictive control by integration of DNN with MPC. DNNs have the remarkable ability to learn complex patterns and capture intricate relationships from data [<xref ref-type="bibr" rid="B32">32</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B33">33</xref>]. Therefore, we utilize Deep Neural Networks (DNNs) as neural state space models for the systems. Through training on accessible data, DNNs can construct nonlinear models that effectively approximate the system&#x2019;s behavior, even when uncertainties and disturbances are present. This provides a valuable advantage when dealing with nano-beam vibrations, where comprehensive knowledge of the system&#x2019;s dynamics may be elusive. The integration of DNNs with MPC enables the development of an intelligent control framework that effectively compensates for the limitations of MPC and suppresses vibrations in NSG nano-beams. In this study, we enhance the control strategy by integrating an additional control term, ensuring the robustness of the controller and promoting the convergence of the closed-loop system to the desired value. This synergistic combination of DNNs and MPC acts as a corrective component, elevating the stability and performance of the control system.</p>
<p>The structure of this paper is as follows: <xref ref-type="sec" rid="s2">Section 2</xref> offers a comprehensive introduction to the fundamental concepts and principles, setting the groundwork for our proposed framework. Subsequently, we present and validate our framework in subsequent sections. <xref ref-type="sec" rid="s3">Section 3</xref> focuses on the governing equations of the NSG nano-beam, taking into account its unique characteristics. In <xref ref-type="sec" rid="s4">Section 4</xref>, we apply the proposed controller to the nano-beam and thoroughly investigate its performance through simulations. Finally, in <xref ref-type="sec" rid="s5">Section 5</xref>, we present the concluding remarks summarizing the key findings and suggest areas for further improvements.</p>
</sec>
<sec id="s2">
<title>2 The proposed control scheme</title>
<p>In this section, we present some preliminaries and our control approach. Firstly, in <xref ref-type="sec" rid="s2-1">Section 2.1</xref> we describe the methodology used to construct a neural state-space-based model that captures the dynamics of the system accurately. Subsequently, in <xref ref-type="sec" rid="s2-2">Section 2.2</xref>, we delineate the MPC policy employed in our framework. We outline the optimization problem formulation and the steps involved in generating control actions over a finite time horizon. Furthermore, in <xref ref-type="sec" rid="s2-3">Section 2.3</xref>, we introduce the robustness term that is added to enhance the controller&#x2019;s stability and performance. Additionally, we depict the control scheme, illustrating how the neural state-space-based MPC policy and robustness term are integrated to form a cohesive control framework.</p>
<sec id="s2-1">
<title>2.1 Neural state-space models</title>
<p>Neural state-space models encompass a category of models that employ neural networks to depict the functions that define the nonlinear state-space representation of a system. In traditional control theory, state-space models are used to describe the behavior of dynamic systems by representing the relationship between the system&#x2019;s inputs, outputs, and internal states. Suppose a general state-space form with the following mathematical representation. The mathematical form of the system is given by<disp-formula id="e1">
<mml:math id="m1">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d9;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(1)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf1">
<mml:math id="m2">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the state vector, and the input vector is represented by <inline-formula id="inf2">
<mml:math id="m3">
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Also, <inline-formula id="inf3">
<mml:math id="m4">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf4">
<mml:math id="m5">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are two static non-linear mappings. The discrete-time formulation is given by<disp-formula id="e2">
<mml:math id="m6">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(2)</label>
</disp-formula>in linear systems, these equations are typically represented by linear functions.</p>
<p>Assumption 1. The system dynamics functions <inline-formula id="inf5">
<mml:math id="m7">
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf6">
<mml:math id="m8">
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are assumed to be Lipschitz continuous, indicating that there exists a Lipschitz constant that governs the behavior of <inline-formula id="inf7">
<mml:math id="m9">
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf8">
<mml:math id="m10">
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> as follows<disp-formula id="e3">
<mml:math id="m11">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2225;</mml:mo>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2225;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2225;</mml:mo>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2225;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2225;</mml:mo>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mo>&#x2225;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(3)</label>
</disp-formula>in which <inline-formula id="inf9">
<mml:math id="m12">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2265;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are constants values.</p>
<p>However, in many real-world scenarios, systems exhibit nonlinear behavior that cannot be accurately captured by linear models. Neural networks offer a powerful framework for representing and learning nonlinear relationships [<xref ref-type="bibr" rid="B34">34</xref>] making them well-suited for constructing state-space models for such systems. Here, we introduce a neural state-space model, where the state equation is represented by neural networks. The neural network represents the function that describes the behavior of the system&#x2019;s states, although here we used DNN, these networks can be designed as recurrent neural networks (such as LSTM or GRU), or other types of architectures depending on the characteristics of the system being modeled.</p>
<p>The DNN in the neural state-space model is trained using data from the system. This training involves optimizing the network parameters to minimize the discrepancy between the model&#x2019;s predictions and the observed behavior of the system. Various techniques, such as gradient descent or backpropagation, can be employed for this purpose. Once trained, the neural state-space model is used to simulate the behavior of the system, estimate its internal states based on available inputs and outputs, and predict future system responses. The mathematical form of the learned state space is given by<disp-formula id="e4">
<mml:math id="m13">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(4)</label>
</disp-formula>where the variables <inline-formula id="inf10">
<mml:math id="m14">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf11">
<mml:math id="m15">
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> correspond to the baseline state and control input, respectively, for the baseline model. The function <inline-formula id="inf12">
<mml:math id="m16">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> represents the baseline model dynamics (here is the neural network).</p>
<p>It is noteworthy that the learned state space model as represented in Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e4">4</xref> can be backpropagated, and its derivatives are computable through the application of automatic differentiation. Here we assume <inline-formula id="inf13">
<mml:math id="m17">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf14">
<mml:math id="m18">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> satisfy the conditions of Lipschitz continuity and general continuity. This assumption of Lipschitz continuity and general continuity for the dynamic functions is widely recognized in the field. The current study also acknowledges and incorporates this fundamental premise.</p>
</sec>
<sec id="s2-2">
<title>2.2 Nonlinear MPC for the baseline model</title>
<p>By data-driven NMPC we refer to establishing MPC policies based on the learned neural state space-based model.</p>
<p>The cost function of MPC associated with the neural state space model 4) is defined as follows<disp-formula id="e5">
<mml:math id="m19">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
</mml:mstyle>
<mml:mrow>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(5)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>The cost function for plant 1) is determined by considering several factors. It incorporates the stage cost, represented by <inline-formula id="inf15">
<mml:math id="m20">
<mml:mrow>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, which takes into account the current state <inline-formula id="inf16">
<mml:math id="m21">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and control input <inline-formula id="inf17">
<mml:math id="m22">
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> at each stage. Additionally, there is a terminal cost component denoted by <inline-formula id="inf18">
<mml:math id="m23">
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, which captures the cost associated with the final state. In the current study, the terminal cost was not applied, despite its mention within the theoretical formulations. This was intended to preserve the generality of the presentation. Also, The cost function is defined over a prediction horizon N, encompassing the control inputs <inline-formula id="inf19">
<mml:math id="m24">
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mn>0,1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, state variables <inline-formula id="inf20">
<mml:math id="m25">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mn>0,1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e5">5</xref> illustrates the system in its general form; however, the controller proposed in this study has been specifically designed for affine systems. By employing the baseline model 4) and initiating from an initial state <inline-formula id="inf21">
<mml:math id="m26">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, the data-driven NMPC is introduced. This approach aims to minimize the cost function 5) with respect to the baseline model 4) which ius given by<disp-formula id="e6">
<mml:math id="m27">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mi>arg</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>min</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">s</mml:mi>
<mml:mo>.</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">t</mml:mi>
<mml:mo>.</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(6)</label>
</disp-formula>the augmented cost function, denoted as <inline-formula id="inf22">
<mml:math id="m28">
<mml:mrow>
<mml:mi>J</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, expands the original cost function 5) to include the constraints and Lagrange multipliers. It is obtained by integrating the Hamiltonian function across the prediction horizon N. Therefore, the augmented cost function can be expressed as:<disp-formula id="e7">
<mml:math id="m29">
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
</mml:mstyle>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(7)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>In this context, <inline-formula id="inf23">
<mml:math id="m30">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> represents the Lagrange multiplier associated with the dynamics of the baseline model 4). It is worth noting that these Lagrange multipliers, also known as co-states, play a significant role. By solving the NMPC problem (Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e6">6</xref>), we obtain the optimal trajectories for the baseline denoted as <inline-formula id="inf24">
<mml:math id="m31">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf25">
<mml:math id="m32">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. During this optimization process, the Karush-Kuhn-Tucker (KKT) conditions are employed to derive the necessary optimality conditions, ensuring that the augmented cost function 7) is effectively minimized. These optimality conditions can be expressed as follows:<disp-formula id="e8_a">
<mml:math id="m33">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0,1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(8-a)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e8_b">
<mml:math id="m34">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0,1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(8-b)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e8_c">
<mml:math id="m35">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0,1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(8-c)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>By utilizing the KKT conditions and the Lagrange multipliers <inline-formula id="inf26">
<mml:math id="m36">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> as well as the baseline optimal solution <inline-formula id="inf27">
<mml:math id="m37">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf28">
<mml:math id="m38">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> can be computed online. Taking into account the KKT conditions, we have the following expressions:<disp-formula id="e9_a">
<mml:math id="m39">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>Q</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(9-a)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e9_b">
<mml:math id="m40">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(9-b)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e9_c">
<mml:math id="m41">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(9-c)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>By considering Eqs 8, 9, the Lagrange multipliers <inline-formula id="inf29">
<mml:math id="m42">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> can be obtained through the following calculations:<disp-formula id="e10">
<mml:math id="m43">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(10)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Additionally, the Lagrange multipliers (10) are considered to be the baseline optimal Lagrange multipliers denoted as <inline-formula id="inf30">
<mml:math id="m44">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
<p>Consider the scenario involving system 1), baseline model 4), and data-driven NMPC 6). The data-driven NMPC yields an optimal solution denoted by <inline-formula id="inf31">
<mml:math id="m45">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf32">
<mml:math id="m46">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, which serves as the baseline solution. However, due to an error between the real systems and the baseline systems a perturbation <inline-formula id="inf33">
<mml:math id="m47">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x223c;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> may arise as a result. If this perturbation does not affect the status of the constraints, the optimal solution for system 1) can be adjusted as <inline-formula id="inf34">
<mml:math id="m48">
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. The focus now lies on devising a robust NMPC framework capable of effectively addressing the challenges arising from unknown bounded disturbances and errors in the neural state space model. This objective is explicitly articulated in the following part.</p>
</sec>
<sec id="s2-3">
<title>2.3 Robust NMPC with guaranteed convergence</title>
<p>We define the error of the system as <inline-formula id="inf35">
<mml:math id="m49">
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, where <inline-formula id="inf36">
<mml:math id="m50">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> represents the desired reference trajectory. The robust control tracking control law can be expressed as follows:<disp-formula id="e11">
<mml:math id="m51">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>&#x223c;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d9;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(11)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>&#x223c;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>
</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Here, <inline-formula id="inf37">
<mml:math id="m52">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf38">
<mml:math id="m53">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are user-defined parameters that need to be positive.</p>
<p>Theorem 1. Assuming that the compound uncertainty remains within established boundaries, the proposed control law, as described in Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e12">12</xref>, in conjunction with the MPC defined in Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e6">6</xref> and derived from the neural state-space model in Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e4">4</xref> handles residual errors in the tracking control, and guarantees the convergence of the states in the state-space model 1) towards the desired values.</p>
<p>Proof. Suppose that the error arising from the estimation of the system&#x2019;s dynamics and the error in the baseline initial condition can be combined into a single term denoted as <inline-formula id="inf39">
<mml:math id="m54">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x223c;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. By substituting Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e11">11</xref> and Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e1">1</xref> in the time derivative of the defined error, we achieve:<disp-formula id="e12">
<mml:math id="m55">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d9;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d9;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d9;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d9;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d9;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x223c;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d9;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(12)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Now due to the optimality of <inline-formula id="inf40">
<mml:math id="m56">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> we know after a shoer period of time <inline-formula id="inf41">
<mml:math id="m57">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> also we know <inline-formula id="inf42">
<mml:math id="m58">
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>&#x223c;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>&#x223c;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>&#x223c;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> Therefore we have<disp-formula id="e13">
<mml:math id="m59">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d9;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d9;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d9;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>&#x223c;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>&#x223c;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x223c;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(13)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>We define <inline-formula id="inf43">
<mml:math id="m60">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>&#x223c;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>&#x223c;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>&#x223c;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and substitute in Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e13">13</xref> which results in<disp-formula id="e14">
<mml:math id="m61">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d9;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d9;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d9;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>&#x223c;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x223c;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(14)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Now, let us consider a Lyapunov function candidate denoted as <inline-formula id="inf44">
<mml:math id="m62">
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> which is expressed as:<disp-formula id="e15">
<mml:math id="m63">
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</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:mi>e</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2265;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(15)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>The derivative of the Lyapunov function <inline-formula id="inf45">
<mml:math id="m64">
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> with respect to time is expressed as<disp-formula id="e16">
<mml:math id="m65">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d9;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d9;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>&#x223c;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x223c;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>&#x223c;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x223c;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="|" close="|" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(16)</label>
</disp-formula>parameters <inline-formula id="inf46">
<mml:math id="m66">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> should be selected in a way that <inline-formula id="inf47">
<mml:math id="m67">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3e;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="|" close="|" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>&#x223c;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x223c;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> as a result, we have<disp-formula id="e17">
<mml:math id="m68">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d9;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d9;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>&#x223c;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3d1;</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x223c;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(17)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>By utilizing Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e17">17</xref>, we can validate that the convergence of the states of the closed-loop system towards the equilibrium point is assured, in accordance with the Lyapunov stability theorem. This result completes the proof.</p>
<p>
<statement content-type="remark" id="Remark_1">
<label>Remark 1</label>
<p>The parameters <inline-formula id="inf48">
<mml:math id="m69">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf49">
<mml:math id="m70">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, defined by the user, must adhere to predefined constraints in order to ensure the validity of the results and the stability of the model. Specifically, the parameter <inline-formula id="inf50">
<mml:math id="m71">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is required to maintain a positive value. Furthermore, the parameter <inline-formula id="inf51">
<mml:math id="m72">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, besides being positive, should satisfy an additional condition, namely, that <inline-formula id="inf52">
<mml:math id="m73">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3e;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="|" close="|" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>&#x223c;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x223c;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. This criterion is of paramount importance for maintaining Lyapunov stability, as elucidated in Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e17">17</xref>.</p>
</statement>
</p>
<p>
<statement content-type="remark" id="Remark_2">
<label>Remark 2</label>
<p>The deployment of the sign function in the controller design can give rise to non-smooth control inputs, leading to undesirable chattering. A prevalent and efficacious strategy to counteract such instances involves employing a continuous approximation instead of the sign function. In this context, the arctangent (atan) function emerges as a fitting option and can be used to result in smooth control inputs.</p>
<p>The block diagram presented in <xref ref-type="fig" rid="F1">Figure 1</xref> illustrates the proposed control technique. It incorporates robust control in Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e11">11</xref>, allowing for the inclusion of disturbances in the model. This design choice ensures that the controller is well-suited and resilient for controlling nanobeams.</p>
</statement>
</p>
<fig id="F1" position="float">
<label>FIGURE 1</label>
<caption>
<p>The proposed neural state-space-based model MPC.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fphy-11-1253642-g001.tif"/>
</fig>
</sec>
</sec>
<sec id="s3">
<title>3 NSG nano-beams</title>
<p>The Euler-Bernoulli displacement components of a hinged-hinged nanobeam are expressed as follows:<disp-formula id="e18">
<mml:math id="m74">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(18)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>
</label>
</disp-formula>
</p>
<p>The nanobeam&#x2019;s <inline-formula id="inf53">
<mml:math id="m75">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and <inline-formula id="inf54">
<mml:math id="m76">
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> displacements are symbolized by <inline-formula id="inf55">
<mml:math id="m77">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">x</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">y</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and <inline-formula id="inf56">
<mml:math id="m78">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">z</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> correspondingly. The axial and transverse deflections of any point on the neutral axis are represented by <inline-formula id="inf57">
<mml:math id="m79">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf58">
<mml:math id="m80">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, respectively. The independent spatial and time variables are denoted by <inline-formula id="inf59">
<mml:math id="m81">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf60">
<mml:math id="m82">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, respectively.</p>
<p>Here we use the NSG theorem to present the governing equation of nanobeam. Strain gradients refer to the variation of strain within a material [<xref ref-type="bibr" rid="B35">35</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B36">36</xref>]. In traditional continuum mechanics, the strain is assumed to be constant throughout the material. However, at small scales, such as in microstructures or near material boundaries, the strain may vary significantly. Strain gradients take into account this variation and introduce additional terms to the constitutive equations to capture the effect. Nonlocal effects refer to the fact that the behavior of a material at a particular point depends not only on its immediate surroundings but also on a larger region. In other words, the material&#x2019;s response is influenced by the overall deformation state of the neighboring points. Nonlocal effects are particularly important in materials with characteristic length scales, such as granular materials or materials with microstructural features. When both strain gradients and nonlocal effects are considered together, the resulting theory is referred to as NSG theory. It provides a more accurate description of the mechanical behavior of materials at small scales and can be used to analyze phenomena such as size-dependent plasticity, fracture, and creep in microstructures [<xref ref-type="bibr" rid="B37">37</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B38">38</xref>]. The formulation for the strain energy (<inline-formula id="inf61">
<mml:math id="m83">
<mml:mrow>
<mml:mi>U</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>) of an isotropic linear elastic material, as provided by the NSG theory, can be expressed in the following manner:<disp-formula id="e19">
<mml:math id="m84">
<mml:mrow>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</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:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munder>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:munder>
</mml:mstyle>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close="" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(19)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf62">
<mml:math id="m85">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> denotes the classical stress, <inline-formula id="inf63">
<mml:math id="m86">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf64">
<mml:math id="m87">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> represent the stress and the normal strain. The differential operator is denoted by &#x2207; which is equivalent to the partial derivative with respect to <inline-formula id="inf65">
<mml:math id="m88">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Additionally, <inline-formula id="inf66">
<mml:math id="m89">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf67">
<mml:math id="m90">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are defined as follows.<disp-formula id="e20_a">
<mml:math id="m91">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:munderover>
</mml:mstyle>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mn>11</mml:mn>
<mml:mi>&#x2032;</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(20-a)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e20_b">
<mml:math id="m92">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:munderover>
</mml:mstyle>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mn>11</mml:mn>
<mml:mi>&#x2032;</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(20-b)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e20_c">
<mml:math id="m93">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(20-c)</label>
</disp-formula>where the length of the nanobeam is symbolized by <inline-formula id="inf68">
<mml:math id="m94">
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf69">
<mml:math id="m95">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> represent the principal attenuation kernel function, which combines the constitutive equations describing the nonlocal effects. <inline-formula id="inf70">
<mml:math id="m96">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the strain gradient length scale parameter, Alongside, we have <inline-formula id="inf71">
<mml:math id="m97">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, an additional kernel function that relates specifically to the nonlocal effect. Young&#x2019;s modulus, denoted as <inline-formula id="inf72">
<mml:math id="m98">
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, is also a key factor in the equation. The underlying assumption of nonlocal elasticity theory is that the stress at a point in a body does not only depend on the strain at that point but also depends on the strain at other points. The use of the integral in Eq. 20 represents this nonlocal behavior. The integral sums up the contributions of the strain at all points (from 0 to L, the length of the nanobeam) in the body to the stress at a particular point.</p>
<p>The constitutive behavior of NSG can be described by the following general equation:<disp-formula id="e21">
<mml:math id="m99">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(21)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf73">
<mml:math id="m100">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is Laplacian operator and the nonlocal parameters <inline-formula id="inf74">
<mml:math id="m101">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf75">
<mml:math id="m102">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are incorporated to acknowledge the significance of the nonlocal elastic stress field. These nonlocal parameters, modulate the influence of the stress field at distant points. They are typically chosen based on experimental observations or are calibrated using numerical methods to match the predictions of the nonlocal theory with the observed material behavior. Let <inline-formula id="inf76">
<mml:math id="m103">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (this is a valid assumption, for more detailed information and clarification, see [<xref ref-type="bibr" rid="B39">39</xref>], Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e21">21</xref> can be reformulated as<disp-formula id="e22">
<mml:math id="m104">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(22)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Assuming <inline-formula id="inf77">
<mml:math id="m105">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">l</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">s</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, it leads to the formulation of local elasticity theory as follows:<disp-formula id="e23">
<mml:math id="m106">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(23)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>By setting <inline-formula id="inf78">
<mml:math id="m107">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> to zero, the strain gradient theory can be represented as follows:<disp-formula id="e24">
<mml:math id="m108">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(24)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Remark 3: It should be underscored that the assumptions of <inline-formula id="inf79">
<mml:math id="m109">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf80">
<mml:math id="m110">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are not adopted in the present study. Their inclusion here is merely illustrative, employed with the explicit intent of elucidating the interconnections between nonlocal strain gradients, strain gradients, and local elasticity. When analyzing a straight Euler-Bernoulli nanobeam under the assumptions of large deflection and small slope, the nonlinear strain relationship derived from Von Karman&#x2019;s theory can be represented in the following manner:<disp-formula id="e25">
<mml:math id="m111">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</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:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(25)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf81">
<mml:math id="m112">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> represents the longitudinal strain, consequently one can achieve:<disp-formula id="e26">
<mml:math id="m113">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:munderover>
</mml:mstyle>
<mml:mrow>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:munderover>
</mml:mstyle>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:munderover>
</mml:mstyle>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="" close="|" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:munderover>
</mml:mstyle>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(26)</label>
</disp-formula>in which <inline-formula id="inf82">
<mml:math id="m114">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf83">
<mml:math id="m115">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf84">
<mml:math id="m116">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are given by<disp-formula id="e27">
<mml:math id="m117">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munder>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:munder>
</mml:mstyle>
<mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munder>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:munder>
</mml:mstyle>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munder>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:munder>
</mml:mstyle>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munder>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:munder>
</mml:mstyle>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(27)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf85">
<mml:math id="m118">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> represents the classical normal moment, <inline-formula id="inf86">
<mml:math id="m119">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> represents the classical force, <inline-formula id="inf87">
<mml:math id="m120">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> represents the non-classical normal moment, and <inline-formula id="inf88">
<mml:math id="m121">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> represents the non-classical force. Furthermore, the work of the applied external forces is given by<disp-formula id="e28">
<mml:math id="m122">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:munderover>
</mml:mstyle>
<mml:mrow>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:munderover>
</mml:mstyle>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munder>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:munder>
</mml:mstyle>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(28)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>In the provided equation, <inline-formula id="inf89">
<mml:math id="m123">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf90">
<mml:math id="m124">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> denote the distributed axial and transverse loads, respectively. Additionally, the expression for the first variation of kinetic energy (<inline-formula id="inf91">
<mml:math id="m125">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>) is given as follows:<disp-formula id="e29">
<mml:math id="m126">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:munderover>
</mml:mstyle>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:munderover>
</mml:mstyle>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:munderover>
</mml:mstyle>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(29)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf92">
<mml:math id="m127">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>12</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Note that this formulation is based on several common assumptions, which include: 1) The principle of virtual work holds true, which means that the virtual work done by the applied forces is equal to the change in kinetic and potential energy 2) The quantities <inline-formula id="inf93">
<mml:math id="m128">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf94">
<mml:math id="m129">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are assumed to be differentiable functions of time. 3) The moment of inertia <inline-formula id="inf95">
<mml:math id="m130">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is constant across the length of the system. This would imply a uniform mass distribution along the system.</p>
<p>The given expression for Hamilton&#x2019;s principle, which is employed to derive the equations of motion, is as follows:<disp-formula id="e30">
<mml:math id="m131">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:munderover>
</mml:mstyle>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(30)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>By applying Hamilton&#x2019;s principle (30) and considering the rotational inertia of the beam to be negligible, we obtain the governing equation for the nanobeam according to the NSG theory. The aforementioned equation can be represented in the following manner:<disp-formula id="e31">
<mml:math id="m132">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msubsup>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:msubsup>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close="" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mfrac>
<mml:msup>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(31)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>To render Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e31">31</xref> in a dimensionless manner, the subsequent variables are introduced:<disp-formula id="e32">
<mml:math id="m133">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mover accent="true">
<mml:msub>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>&#xaf;</mml:mi>
</mml:mover>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:msqrt>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:msqrt>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(32)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>By substituting t <inline-formula id="inf96">
<mml:math id="m134">
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msqrt>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, the resulting equation becomes dimensionless, and the governing equation can be expressed as follows.<disp-formula id="e33">
<mml:math id="m135">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mover accent="true">
<mml:msub>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>&#xaf;</mml:mi>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mover accent="true">
<mml:msub>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>&#xaf;</mml:mi>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msubsup>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mover accent="true">
<mml:msub>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>&#xaf;</mml:mi>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mover accent="true">
<mml:msub>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>&#xaf;</mml:mi>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mover accent="true">
<mml:msub>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>&#xaf;</mml:mi>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mover accent="true">
<mml:msub>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>&#xaf;</mml:mi>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mfrac>
<mml:msubsup>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mover accent="true">
<mml:msub>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>&#xaf;</mml:mi>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mover accent="true">
<mml:msub>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>&#xaf;</mml:mi>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mover accent="true">
<mml:msub>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>&#xaf;</mml:mi>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mover accent="true">
<mml:msub>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>&#xaf;</mml:mi>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mover accent="true">
<mml:msub>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>&#xaf;</mml:mi>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(33)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Given that we are dealing with a homogeneous nanobeam, it can be demonstrated that <inline-formula id="inf97">
<mml:math id="m136">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold-italic">A</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn mathvariant="bold">11</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn mathvariant="bold">1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf98">
<mml:math id="m137">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold-italic">D</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn mathvariant="bold">11</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn mathvariant="bold">1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and <inline-formula id="inf99">
<mml:math id="m138">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold-italic">I</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">A</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn mathvariant="bold">1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (see [<xref ref-type="bibr" rid="B40">40</xref>] for detailed information). Now, we can employ the Galerkin approach to convert the partial differential equation into a nonlinear ordinary differential equation. This procedure entails separating the temporal and spatial components of <inline-formula id="inf100">
<mml:math id="m139">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">d</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">t</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>&#xaf;</mml:mi>
</mml:mover>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold-italic">t</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> as outlined in [<xref ref-type="bibr" rid="B41">41</xref>].<disp-formula id="e34">
<mml:math id="m140">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:msub>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>&#xaf;</mml:mi>
</mml:mover>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3f1;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi>&#x3f1;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="italic">sin</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(34)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Within the provided context, <inline-formula id="inf101">
<mml:math id="m141">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> signifies the temporal component that is yet to be determined, whereas <inline-formula id="inf102">
<mml:math id="m142">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f1;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> represents the spatial component of the transverse deflection. Note that the mode shape <inline-formula id="inf103">
<mml:math id="m143">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f1;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="italic">sin</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, is a common choice for a beam that is hinged, or simply supported, at both ends. The primary rationale behind this selection is based on the boundary conditions of a simply supported beam and the mathematical properties of the sine function. Additionally, the concentrated force <inline-formula id="inf104">
<mml:math id="m144">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is defined as follows.<disp-formula id="e35">
<mml:math id="m145">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mo>&#x2212;</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:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(35)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>By combining Eqs <xref ref-type="disp-formula" rid="e32">32</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="e33">33</xref> with Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e32">38</xref>, and subsequently multiplying both sides of Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e32">38</xref> by the spatial component <inline-formula id="inf105">
<mml:math id="m146">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f1;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and integrating over the length of the beam, an intriguing transformation is obtained. This transformation leads us to an ordinary differential equation as follows<disp-formula id="e36">
<mml:math id="m147">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
<mml:mo>&#xa8;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(36)</label>
</disp-formula>while the coefficients <inline-formula id="inf106">
<mml:math id="m148">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf107">
<mml:math id="m149">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are determined by the following expressions<disp-formula id="e37">
<mml:math id="m150">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:munderover>
</mml:mstyle>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3f1;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3f1;</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:munderover>
</mml:mstyle>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3f1;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3f1;</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:munderover>
</mml:mstyle>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3f1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2033;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3f1;</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:munderover>
</mml:mstyle>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3f1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:munderover>
</mml:mstyle>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3f1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mo>.</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:munderover>
</mml:mstyle>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3f1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2033;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mi>&#x3f1;</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:munderover>
</mml:mstyle>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3f1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2034;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3f1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mo>.</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:munderover>
</mml:mstyle>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3f1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2033;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mi>&#x3f1;</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:munderover>
</mml:mstyle>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3f1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2033;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mo>.</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:munderover>
</mml:mstyle>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3f1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2033;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mi>&#x3f1;</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:munderover>
</mml:mstyle>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3f1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2033;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mi>&#x3f1;</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:munderover>
</mml:mstyle>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:munderover>
</mml:mstyle>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3f1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mo>.</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:munderover>
</mml:mstyle>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3f1;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mi>&#x3f1;</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:munderover>
</mml:mstyle>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3f1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2034;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3f1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mo>.</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:munderover>
</mml:mstyle>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3f1;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mi>&#x3f1;</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:munderover>
</mml:mstyle>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3f1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2033;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mo>.</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:munderover>
</mml:mstyle>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3f1;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mi>&#x3f1;</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:munderover>
</mml:mstyle>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3f1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2033;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mi>&#x3f1;</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:munderover>
</mml:mstyle>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(37)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>In the given context, <inline-formula id="inf108">
<mml:math id="m151">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3f1;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> represent the <inline-formula id="inf109">
<mml:math id="m152">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> derivative of &#x3f1; with respect to time. On the other hand, <inline-formula id="inf110">
<mml:math id="m153">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3f1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> refers to the first derivative of &#x3f1; with respect to <inline-formula id="inf111">
<mml:math id="m154">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Taking into account that <inline-formula id="inf112">
<mml:math id="m155">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d9;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d9;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, we derive the following non-dimensional state-space equation of motion:<disp-formula id="e38">
<mml:math id="m156">
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="{" close="" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d9;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d9;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(38)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf113">
<mml:math id="m157">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> denotes the non-dimensional deflection of the beam and <inline-formula id="inf114">
<mml:math id="m158">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> represents its derivative.</p>
</sec>
<sec id="s4">
<title>4 Numerical results</title>
<p>Herein, we present the numerical simulation showcasing the stabilization of a nanobeam through the implementation of the proposed control scheme. The parameters used for the simulation of the nanobeam are <inline-formula id="inf115">
<mml:math id="m159">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Considering the formulation in Appendix, we obtain the corresponding values of <inline-formula id="inf116">
<mml:math id="m160">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>97.4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf117">
<mml:math id="m161">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>19.97</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and <inline-formula id="inf118">
<mml:math id="m162">
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1.09</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, based on the given <inline-formula id="inf119">
<mml:math id="m163">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf120">
<mml:math id="m164">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> values. The criteria for the design parameters of the controller are detailed in <xref ref-type="statement" rid="Remark_1">Remark 1</xref>. For the numerical simulations here, we have chosen the parameters such that <inline-formula id="inf121">
<mml:math id="m165">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> equals 10 and <inline-formula id="inf122">
<mml:math id="m166">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> equals 1.</p>
<p>To generate training data, we employed random inputs to stimulate the system, measuring and recording both the deflection and its derivative. Subsequently, the collected training data was used to train the neural network offline. For training, we employed 200-time histories of deflection and its corresponding derivative. An example of this 200-time history samples used in the training phase can be seen in <xref ref-type="fig" rid="F2">Figure 2</xref>. In this study, random inputs have been utilized to facilitate the learning of the neural state space representation of the model. The core rationale behind this selection pertains to the enhancement of the model&#x2019;s generalization capabilities. By deploying random inputs, we can expose the model to a more extensive and varied spectrum of data, thereby augmenting the robustness of the learning process. This strategy ensures that the model experiences a wide variety of situations during the training phase, equipping it with the ability to better adapt to unforeseen scenarios when it is subsequently implemented in a real-world context. Utilizing a specific or limited type of input data for training could lead to the development of a bias in the model towards this data. This bias could adversely affect the model&#x2019;s performance when presented with diverse data or scenarios. To circumvent this potential bias and guarantee the broad generalizability of our model, we have chosen to employ random inputs.</p>
<fig id="F2" position="float">
<label>FIGURE 2</label>
<caption>
<p>A training time history used for training of state space neural network.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fphy-11-1253642-g002.tif"/>
</fig>
<p>The software used for the simulations is MATLAB 2022a. In the initial phase of model learning, the computational cost is primarily dependent on the number of training samples. However, considering the low-dimensional nature of the system, these costs are relatively moderate compared to typical regression and classification problems tackled by feed-forward neural networks. Once the state-space model has been learned, the computational expenditure for implementing the controller aligns with that of a typical MPC application. Hence, while the pre-training phase causes additional computational costs, the operational costs of the controller do not significantly deviate from conventional MPC approaches.</p>
<p>
<xref ref-type="fig" rid="F3">Figure 3</xref> illustrates the loss function of the neural network training for the neural state-space model representation of the system. This loss function provides insight into the optimization process of the neural network. By monitoring the loss function, we can assess the progress and convergence of the training process, ensuring that the neural network captures the essential dynamics of the system accurately.</p>
<fig id="F3" position="float">
<label>FIGURE 3</label>
<caption>
<p>The loss function of neural state space model during training.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fphy-11-1253642-g003.tif"/>
</fig>
<p>In what follows, two distinct situations have been taken into account, and the proposed controller has been implemented for each. The reasoning behind having chosen two different initial conditions &#x2014; <inline-formula id="inf123">
<mml:math id="m167">
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mn>0.5,0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf124">
<mml:math id="m168">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.5,0.1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> &#x2014; has been to accommodate a wide range of situations. By selecting these initial conditions, we have been able to comprehensively explore both positive and negative initial positions. Furthermore, these conditions have also allowed us to investigate the impact of zero and non-zero speeds at the starting point.</p>
<p>
<xref ref-type="fig" rid="F4">Figure 4</xref> display the outcomes of the stabilization process for the nanobeam, employing the suggested control technique with the initial states of the system set as <inline-formula id="inf125">
<mml:math id="m169">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mn>0.5,0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. These figures vividly exhibit the remarkable capability of the proposed robust adaptive controller to effectively counteract and completely reject disturbances. Additionally, <xref ref-type="fig" rid="F5">Figure 5</xref> showcases the temporal evolution of the nanobeam&#x2019;s deflection when utilizing the proposed control scheme. The figures demonstrate that the controller, which integrates a neural state-space model equipped with a robust term estimator, adeptly addresses control problems of the unknown system. This particular ability to handle uncertainties plays a crucial role in controlling nano systems.</p>
<fig id="F4" position="float">
<label>FIGURE 4</label>
<caption>
<p>Time history of states and control input of the system while <inline-formula id="inf126">
<mml:math id="m170">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mn>0.5,0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fphy-11-1253642-g004.tif"/>
</fig>
<fig id="F5" position="float">
<label>FIGURE 5</label>
<caption>
<p>The deflection of NSG nano-beam while <inline-formula id="inf127">
<mml:math id="m171">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mn>0.5,0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fphy-11-1253642-g005.tif"/>
</fig>
<p>To evaluate the effectiveness of our proposed controller, we performed an additional test by varying the initial values of the system&#x2019;s states. Specifically, we selected <inline-formula id="inf128">
<mml:math id="m172">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<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:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.5</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>0.1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> <xref ref-type="fig" rid="F6">Figure 6</xref> illustrates the controller&#x2019;s performance in achieving system stabilization under these modified conditions. The figure demonstrates that the proposed controller operates within an acceptable range, ensuring feasible control signal values. Notably, despite the system&#x2019;s dynamics being completely unknown, the proposed controller exhibits outstanding performance, achieving state stabilization in less than 2 time units. <xref ref-type="fig" rid="F7">Figure 7</xref> illustrates the deflection of the system, clearly indicating that the suggested controller facilitates rapid vibration suppression in the nano beam.</p>
<fig id="F6" position="float">
<label>FIGURE 6</label>
<caption>
<p>Time history of states and control input of the system while <inline-formula id="inf129">
<mml:math id="m173">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.5,0.1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fphy-11-1253642-g006.tif"/>
</fig>
<fig id="F7" position="float">
<label>FIGURE 7</label>
<caption>
<p>The deflection of NSG nano-beam while <inline-formula id="inf130">
<mml:math id="m174">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.5,0.1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fphy-11-1253642-g007.tif"/>
</fig>
<p>To facilitate a more in-depth assessment of the proposed controller&#x2019;s efficacy, <xref ref-type="table" rid="T1">Table 1</xref> outlines the settling time, as well as the maximum and norm of control signals for both numerical instances illustrated in this section.</p>
<table-wrap id="T1" position="float">
<label>TABLE 1</label>
<caption>
<p>Settling time and control signal properties.</p>
</caption>
<table>
<thead valign="top">
<tr>
<th align="left">Example</th>
<th align="left">Settling time</th>
<th align="left">Maximum of the control signal</th>
<th align="left">Norm of the control signal</th>
</tr>
</thead>
<tbody valign="top">
<tr>
<td align="left">Example 1, <inline-formula id="inf131">
<mml:math id="m175">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi>
<mml:mn mathvariant="bold">1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi>
<mml:mn mathvariant="bold">2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mn mathvariant="bold">0.5,0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="left">1.350</td>
<td align="left">5.07</td>
<td align="left">75.06</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">Example 2, <inline-formula id="inf132">
<mml:math id="m176">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi>
<mml:mn mathvariant="bold">1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi>
<mml:mn mathvariant="bold">2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn mathvariant="bold">0.5,0.1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="left">1.551</td>
<td align="left">5.25</td>
<td align="left">76.57</td>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
<p>In summary, the simulations and numerical results presented in <xref ref-type="table" rid="T1">Table 1</xref> clearly demonstrate that the proposed control scheme excels in vibration suppression in the nanobeam with completely unknown dynamics, ensuring the stability and robustness of the system. Compared to conventional MPC and robust controls [<xref ref-type="bibr" rid="B42">42</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B43">43</xref>], our method provides significant advantages in handling nano-beam vibrations, especially when full knowledge of the system&#x2019;s dynamics is not readily available. By combining DNNs with MPC, we develop an intelligent control framework that effectively mitigates MPC&#x2019;s limitations and reduces vibrations in NSG nano-beams. We further enhance the control strategy by introducing an extra control term for robustness and improved system convergence. However, it is important to note that our method requires pre-processing and data collection for training the model before real-world deployment, unlike traditional approaches.</p>
</sec>
<sec sec-type="conclusion" id="s5">
<title>5 Conclusion</title>
<p>The present study introduced a neural state-space-based MPC framework with guaranteed convergence. The framework entailed a systematic identification of system dynamics and the learning of the MPC policy through function approximations. Specifically, the system dynamics were captured utilizing DNN, and the MPC policy was established based on the identified model. Additionally, the robustness and convergence of the closed-loop system were guaranteed by incorporating an additional control term. Subsequently, the governing equation of motion for NSG nano-beams was presented and derived. Then, the proposed control technique was validated by applying it to NSG nano-beams. The obtained results exhibited exceptional performance, confirming the efficacy of the proposed method. In this study, the robust control term has been consistently applied in conjunction with the optimal control term at all stages. Nevertheless, there are ways to further streamline the system without compromising accuracy. Incorporating event-triggered approaches could be beneficial in this regard. These strategies would enable the controller to be deployed only as required and then deactivated afterward, creating a more optimal control. Therefore, a potential area for future research in this domain would be to enhance the proposed controller&#x2019;s efficiency through the integration of event-trigger mechanisms.</p>
</sec>
</body>
<back>
<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 id="s7">
<title>Author contributions</title>
<p>HA: Writing&#x2013;original draft.</p>
</sec>
<sec sec-type="COI-statement" id="s8">
<title>Conflict of interest</title>
<p>The author declares 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&#x2019;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">
<label>1.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Zhu</surname>
<given-names>Q</given-names>
</name>
<name>
<surname>Liu</surname>
<given-names>Y</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wen</surname>
<given-names>G</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Adaptive neural network control for time-varying state constrained nonlinear stochastic systems with input saturation</article-title>. <source>Inf Sci</source> (<year>2020</year>) <volume>527</volume>:<fpage>191</fpage>&#x2013;<lpage>209</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.ins.2020.03.055</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B2">
<label>2.</label>
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Ge</surname>
<given-names>SS</given-names>
</name>
<name>
<surname>Hang</surname>
<given-names>CC</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lee</surname>
<given-names>TH</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhang</surname>
<given-names>T</given-names>
</name>
</person-group>. <source>Stable adaptive neural network control</source>. <publisher-name>Springer Science and Business Media</publisher-name> (<year>2013</year>).</citation>
</ref>
<ref id="B3">
<label>3.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Wu</surname>
<given-names>Q</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>Y</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>H</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>An extended linearized neural state space based modeling and control</article-title>. <source>IFAC Proc Volumes</source> (<year>2014</year>) <volume>35</volume>:<fpage>975</fpage>&#x2013;<lpage>80</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.3182/20020721-6-ES-1901.00977</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B4">
<label>4.</label>
<citation citation-type="confproc">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Sun</surname>
<given-names>W</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>X</given-names>
</name>
<name>
<surname>Cheng</surname>
<given-names>Y</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Reinforcement learning method for continuous state space based on dynamic neural network</article-title>. <conf-name>2008 7th World Congress on Intelligent Control and Automation</conf-name>. <publisher-name>IEEE</publisher-name> (<year>2008</year>). p. <fpage>750</fpage>&#x2013;<lpage>4</lpage>.</citation>
</ref>
<ref id="B5">
<label>5.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Afram</surname>
<given-names>A</given-names>
</name>
<name>
<surname>Janabi-Sharifi</surname>
<given-names>F</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Theory and applications of HVAC control systems&#x2013;A review of model predictive control (MPC)</article-title>. <source>Building Environ</source> (<year>2014</year>) <volume>72</volume>:<fpage>343</fpage>&#x2013;<lpage>55</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.buildenv.2013.11.016</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B6">
<label>6.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Camacho</surname>
<given-names>E</given-names>
</name>
<name>
<surname>Alba</surname>
<given-names>C</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Model predictive control [sl]: Springer science and business media</article-title>. <source>Citado</source> (<year>2013</year>) <volume>2</volume>:<fpage>79</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/978-0-85729-398-5</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B7">
<label>7.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Guo</surname>
<given-names>N</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lenzo</surname>
<given-names>B</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhang</surname>
<given-names>X</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zou</surname>
<given-names>Y</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhai</surname>
<given-names>R</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhang</surname>
<given-names>T</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>A real-time nonlinear model predictive controller for yaw motion optimization of distributed drive electric vehicles</article-title>. <source>IEEE Trans Vehicular Technol</source> (<year>2020</year>) <volume>69</volume>:<fpage>4935</fpage>&#x2013;<lpage>46</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/tvt.2020.2980169</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B8">
<label>8.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Shen</surname>
<given-names>C</given-names>
</name>
<name>
<surname>Shi</surname>
<given-names>Y</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Distributed implementation of nonlinear model predictive control for AUV trajectory tracking</article-title>. <source>Automatica</source> (<year>2020</year>) <volume>115</volume>:<fpage>108863</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.automatica.2020.108863</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B9">
<label>9.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Woo</surname>
<given-names>D-O</given-names>
</name>
<name>
<surname>Junghans</surname>
<given-names>L</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Framework for model predictive control (MPC)-based surface condensation prevention for thermo-active building systems (TABS)</article-title>. <source>Energy and Buildings</source> (<year>2020</year>) <volume>215</volume>:<fpage>109898</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.enbuild.2020.109898</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B10">
<label>10.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Karamanakos</surname>
<given-names>P</given-names>
</name>
<name>
<surname>Liegmann</surname>
<given-names>E</given-names>
</name>
<name>
<surname>Geyer</surname>
<given-names>T</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kennel</surname>
<given-names>R</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Model predictive control of power electronic systems: Methods, results, and challenges</article-title>. <source>IEEE Open J Industry Appl</source> (<year>2020</year>) <volume>1</volume>:<fpage>95</fpage>&#x2013;<lpage>114</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/ojia.2020.3020184</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B11">
<label>11.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Arroyo</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
<name>
<surname>Manna</surname>
<given-names>C</given-names>
</name>
<name>
<surname>Spiessens</surname>
<given-names>F</given-names>
</name>
<name>
<surname>Helsen</surname>
<given-names>L</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Reinforced model predictive control (RL-MPC) for building energy management</article-title>. <source>Appl Energ</source> (<year>2022</year>) <volume>309</volume>:<fpage>118346</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.apenergy.2021.118346</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B12">
<label>12.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Schwenzer</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ay</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
<name>
<surname>Bergs</surname>
<given-names>T</given-names>
</name>
<name>
<surname>Abel</surname>
<given-names>D</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Review on model predictive control: An engineering perspective</article-title>. <source>Int J Adv Manufacturing Technol</source> (<year>2021</year>) <volume>117</volume>:<fpage>1327</fpage>&#x2013;<lpage>49</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s00170-021-07682-3</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B13">
<label>13.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Ohashi</surname>
<given-names>H</given-names>
</name>
<name>
<surname>Yamazaki</surname>
<given-names>H</given-names>
</name>
<name>
<surname>Yumoto</surname>
<given-names>H</given-names>
</name>
<name>
<surname>Koyama</surname>
<given-names>T</given-names>
</name>
<name>
<surname>Senba</surname>
<given-names>Y</given-names>
</name>
<name>
<surname>Takeuchi</surname>
<given-names>T</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> <article-title>Stable delivery of nano-beams for advanced nano-scale analyses</article-title>. <source>J Phys Conf Ser</source> (<year>2013</year>) <volume>425</volume>:<fpage>052018</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/1742-6596/425/5/052018</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B14">
<label>14.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Arefi</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
<name>
<surname>Pourjamshidian</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
<name>
<surname>Arani</surname>
<given-names>AG</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Free vibration analysis of a piezoelectric curved sandwich nano-beam with FG-CNTRCs face-sheets based on various high-order shear deformation and nonlocal elasticity theories</article-title>. <source>The Eur Phys J Plus</source> (<year>2018</year>) <volume>133</volume>:<fpage>193</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1140/epjp/i2018-12015-1</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B15">
<label>15.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Sheykhi</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
<name>
<surname>Eskandari</surname>
<given-names>A</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ghafari</surname>
<given-names>D</given-names>
</name>
<name>
<surname>Arpanahi</surname>
<given-names>RA</given-names>
</name>
<name>
<surname>Mohammadi</surname>
<given-names>B</given-names>
</name>
<name>
<surname>Hashemi</surname>
<given-names>SH</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Investigation of fluid viscosity and density on vibration of nano beam submerged in fluid considering nonlocal elasticity theory</article-title>. <source>Alexandria Eng J</source> (<year>2023</year>) <volume>65</volume>:<fpage>607</fpage>&#x2013;<lpage>14</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.aej.2022.10.016</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B16">
<label>16.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Bhatt</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
<name>
<surname>Shende</surname>
<given-names>P</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Surface patterning techniques for proteins on nano-and micro-systems: A modulated aspect in hierarchical structures</article-title>. <source>J Mater Chem B</source> (<year>2022</year>) <volume>10</volume>:<fpage>1176</fpage>&#x2013;<lpage>95</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1039/d1tb02455h</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B17">
<label>17.</label>
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Lyshevski</surname>
<given-names>SE</given-names>
</name>
</person-group>. <source>Nano-and micro-electromechanical systems: Fundamentals of nano-and microengineering</source>. <publisher-name>CRC Press</publisher-name> (<year>2018</year>).</citation>
</ref>
<ref id="B18">
<label>18.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Sabarianand</surname>
<given-names>D</given-names>
</name>
<name>
<surname>Karthikeyan</surname>
<given-names>P</given-names>
</name>
<name>
<surname>Muthuramalingam</surname>
<given-names>T</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>A review on control strategies for compensation of hysteresis and creep on piezoelectric actuators based micro systems</article-title>. <source>Mech Syst Signal Process</source> (<year>2020</year>) <volume>140</volume>:<fpage>106634</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.ymssp.2020.106634</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B19">
<label>19.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Roudbari</surname>
<given-names>MA</given-names>
</name>
<name>
<surname>Jorshari</surname>
<given-names>TD</given-names>
</name>
<name>
<surname>L&#xfc;</surname>
<given-names>C</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ansari</surname>
<given-names>R</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kouzani</surname>
<given-names>AZ</given-names>
</name>
<name>
<surname>Amabili</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>A review of size-dependent continuum mechanics models for micro-and nano-structures</article-title>. <source>Thin-Walled Structures</source> (<year>2022</year>) <volume>170</volume>:<fpage>108562</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.tws.2021.108562</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B20">
<label>20.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Miandoab</surname>
<given-names>EM</given-names>
</name>
<name>
<surname>Yousefi-Koma</surname>
<given-names>A</given-names>
</name>
<name>
<surname>Pishkenari</surname>
<given-names>HN</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Nonlocal and strain gradient based model for electrostatically actuated silicon nano-beams</article-title>. <source>Microsystem Tech</source> (<year>2015</year>) <volume>21</volume>:<fpage>457</fpage>&#x2013;<lpage>64</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s00542-014-2110-2</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B21">
<label>21.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Cao</surname>
<given-names>Q</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wei</surname>
<given-names>DQ</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Dynamic surface sliding mode control of chaos in the fourth-order power system</article-title>. <source>Chaos, Solitons and Fractals</source> (<year>2023</year>) <volume>170</volume>:<fpage>113420</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.chaos.2023.113420</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B22">
<label>22.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Jahanshahi</surname>
<given-names>H</given-names>
</name>
<name>
<surname>Rajagopal</surname>
<given-names>K</given-names>
</name>
<name>
<surname>Akgul</surname>
<given-names>A</given-names>
</name>
<name>
<surname>Sari</surname>
<given-names>NN</given-names>
</name>
<name>
<surname>Namazi</surname>
<given-names>H</given-names>
</name>
<name>
<surname>Jafari</surname>
<given-names>S</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Complete analysis and engineering applications of a megastable nonlinear oscillator</article-title>. <source>Int J Non-Linear Mech</source> (<year>2018</year>) <volume>107</volume>:<fpage>126</fpage>&#x2013;<lpage>36</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.ijnonlinmec.2018.08.020</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B23">
<label>23.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Vagia</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>How to extend the travel range of a nanobeam with a robust adaptive control scheme: A dynamic surface design approach</article-title>. <source>ISA Trans</source> (<year>2013</year>) <volume>52</volume>:<fpage>78</fpage>&#x2013;<lpage>87</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.isatra.2012.09.001</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B24">
<label>24.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Jahanshahi</surname>
<given-names>H</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zambrano-Serrano</surname>
<given-names>E</given-names>
</name>
<name>
<surname>Bekiros</surname>
<given-names>S</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wei</surname>
<given-names>Z</given-names>
</name>
<name>
<surname>Volos</surname>
<given-names>C</given-names>
</name>
<name>
<surname>Castillo</surname>
<given-names>O</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> <article-title>On the dynamical investigation and synchronization of variable-order fractional neural networks: The hopfield-like neural network model</article-title>. <source>Eur Phys J Spec Top</source> (<year>2022</year>) <volume>231</volume>:<fpage>1757</fpage>&#x2013;<lpage>69</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1140/epjs/s11734-022-00450-8</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B25">
<label>25.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Jahanshahi</surname>
<given-names>H</given-names>
</name>
<name>
<surname>Yao</surname>
<given-names>Q</given-names>
</name>
<name>
<surname>Khan</surname>
<given-names>MI</given-names>
</name>
<name>
<surname>Moroz</surname>
<given-names>I</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Unified neural output-constrained control for space manipulator using tan-type barrier Lyapunov function</article-title>. <source>Adv Space Res</source> (<year>2023</year>) <volume>71</volume>:<fpage>3712</fpage>&#x2013;<lpage>22</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.asr.2022.11.015</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B26">
<label>26.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Keighobadi</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
<name>
<surname>Faraji</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
<name>
<surname>Rafatnia</surname>
<given-names>S</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Chaos control of atomic force microscope system using nonlinear model predictive control</article-title>. <source>J Mech</source> (<year>2017</year>) <volume>33</volume>:<fpage>405</fpage>&#x2013;<lpage>15</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1017/jmech.2016.89</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B27">
<label>27.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Long</surname>
<given-names>X</given-names>
</name>
<name>
<surname>He</surname>
<given-names>Z</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>Z</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Online optimal control of robotic systems with single critic NN-based reinforcement learning</article-title>. <source>Complexity</source> (<year>2021</year>) <volume>2021</volume>:<fpage>1</fpage>&#x2013;<lpage>7</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1155/2021/8839391</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B28">
<label>28.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Chen</surname>
<given-names>Y</given-names>
</name>
<name>
<surname>Tong</surname>
<given-names>Z</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zheng</surname>
<given-names>Y</given-names>
</name>
<name>
<surname>Samuelson</surname>
<given-names>H</given-names>
</name>
<name>
<surname>Norford</surname>
<given-names>L</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Transfer learning with deep neural networks for model predictive control of HVAC and natural ventilation in smart buildings</article-title>. <source>J Clean Prod</source> (<year>2020</year>) <volume>254</volume>:<fpage>119866</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.jclepro.2019.119866</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B29">
<label>29.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Carlet</surname>
<given-names>PG</given-names>
</name>
<name>
<surname>Favato</surname>
<given-names>A</given-names>
</name>
<name>
<surname>Bolognani</surname>
<given-names>S</given-names>
</name>
<name>
<surname>D&#xf6;rfler</surname>
<given-names>F</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Data-driven continuous-set predictive current control for synchronous motor drives</article-title>. <source>IEEE Trans Power Electron</source> (<year>2022</year>) <volume>37</volume>:<fpage>6637</fpage>&#x2013;<lpage>46</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/tpel.2022.3142244</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B30">
<label>30.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Li</surname>
<given-names>Y</given-names>
</name>
<name>
<surname>Tong</surname>
<given-names>Z</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Model predictive control strategy using encoder-decoder recurrent neural networks for smart control of thermal environment</article-title>. <source>J Building Eng</source> (<year>2021</year>) <volume>42</volume>:<fpage>103017</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.jobe.2021.103017</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B31">
<label>31.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Bonassi</surname>
<given-names>F</given-names>
</name>
<name>
<surname>Farina</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
<name>
<surname>Xie</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
<name>
<surname>Scattolini</surname>
<given-names>R</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>On recurrent neural networks for learning-based control: Recent results and ideas for future developments</article-title>. <source>J Process Control</source> (<year>2022</year>) <volume>114</volume>:<fpage>92</fpage>&#x2013;<lpage>104</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.jprocont.2022.04.011</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B32">
<label>32.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Khan</surname>
<given-names>A</given-names>
</name>
<name>
<surname>Sohail</surname>
<given-names>A</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zahoora</surname>
<given-names>U</given-names>
</name>
<name>
<surname>Qureshi</surname>
<given-names>AS</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>A survey of the recent architectures of deep convolutional neural networks</article-title>. <source>Artif intelligence Rev</source> (<year>2020</year>) <volume>53</volume>:<fpage>5455</fpage>&#x2013;<lpage>516</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s10462-020-09825-6</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B33">
<label>33.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Stanley</surname>
<given-names>KO</given-names>
</name>
<name>
<surname>Clune</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lehman</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
<name>
<surname>Miikkulainen</surname>
<given-names>R</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Designing neural networks through neuroevolution</article-title>. <source>Nat Machine Intelligence</source> (<year>2019</year>) <volume>1</volume>:<fpage>24</fpage>&#x2013;<lpage>35</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1038/s42256-018-0006-z</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B34">
<label>34.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Jahanshahi</surname>
<given-names>H</given-names>
</name>
<name>
<surname>Shahriari-Kahkeshi</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
<name>
<surname>Alcaraz</surname>
<given-names>R</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>X</given-names>
</name>
<name>
<surname>Singh</surname>
<given-names>VP</given-names>
</name>
<name>
<surname>Pham</surname>
<given-names>V-T</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Entropy analysis and neural network-based adaptive control of a non-equilibrium four-dimensional chaotic system with hidden attractors</article-title>. <source>Entropy</source> (<year>2019</year>) <volume>21</volume>:<fpage>156</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.3390/e21020156</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B35">
<label>35.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Hutchinson</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
<name>
<surname>Fleck</surname>
<given-names>N</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Strain gradient plasticity</article-title>. <source>Adv Appl Mech</source> (<year>1997</year>) <volume>33</volume>:<fpage>295</fpage>&#x2013;<lpage>361</lpage>.</citation>
</ref>
<ref id="B36">
<label>36.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Fleck</surname>
<given-names>N</given-names>
</name>
<name>
<surname>Muller</surname>
<given-names>G</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ashby</surname>
<given-names>MF</given-names>
</name>
<name>
<surname>Hutchinson</surname>
<given-names>JW</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Strain gradient plasticity: Theory and experiment</article-title>. <source>Acta Metallurgica et materialia</source> (<year>1994</year>) <volume>42</volume>:<fpage>475</fpage>&#x2013;<lpage>87</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/0956-7151(94)90502-9</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B37">
<label>37.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Li</surname>
<given-names>X</given-names>
</name>
<name>
<surname>Li</surname>
<given-names>L</given-names>
</name>
<name>
<surname>Hu</surname>
<given-names>Y</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ding</surname>
<given-names>Z</given-names>
</name>
<name>
<surname>Deng</surname>
<given-names>W</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Bending, buckling and vibration of axially functionally graded beams based on nonlocal strain gradient theory</article-title>. <source>Compos Structures</source> (<year>2017</year>) <volume>165</volume>:<fpage>250</fpage>&#x2013;<lpage>65</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.compstruct.2017.01.032</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B38">
<label>38.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Ebrahimi</surname>
<given-names>F</given-names>
</name>
<name>
<surname>Barati</surname>
<given-names>MR</given-names>
</name>
<name>
<surname>Dabbagh</surname>
<given-names>A</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>A nonlocal strain gradient theory for wave propagation analysis in temperature-dependent inhomogeneous nanoplates</article-title>. <source>Int J Eng Sci</source> (<year>2016</year>) <volume>107</volume>:<fpage>169</fpage>&#x2013;<lpage>82</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.ijengsci.2016.07.008</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B39">
<label>39.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Lim</surname>
<given-names>CW</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhang</surname>
<given-names>G</given-names>
</name>
<name>
<surname>Reddy</surname>
<given-names>JN</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>A higher-order nonlocal elasticity and strain gradient theory and its applications in wave propagation</article-title>. <source>J Mech Phys Sol</source> (<year>2015</year>) <volume>78</volume>:<fpage>298</fpage>&#x2013;<lpage>313</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.jmps.2015.02.001</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B40">
<label>40.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Alsubaie</surname>
<given-names>H</given-names>
</name>
<name>
<surname>Yousefpour</surname>
<given-names>A</given-names>
</name>
<name>
<surname>Alotaibi</surname>
<given-names>A</given-names>
</name>
<name>
<surname>Alotaibi</surname>
<given-names>ND</given-names>
</name>
<name>
<surname>Jahanshahi</surname>
<given-names>H</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Fault-tolerant terminal sliding mode control with disturbance observer for vibration suppression in non-local strain gradient nano-beams</article-title>. <source>Mathematics</source> (<year>2023</year>) <volume>11</volume>:<fpage>789</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.3390/math11030789</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B41">
<label>41.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Rhoads</surname>
<given-names>JF</given-names>
</name>
<name>
<surname>Shaw</surname>
<given-names>SW</given-names>
</name>
<name>
<surname>Turner</surname>
<given-names>KL</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>The nonlinear response of resonant microbeam systems with purely-parametric electrostatic actuation</article-title>. <source>J Micromechanics Microengineering</source> (<year>2006</year>) <volume>16</volume>:<fpage>890</fpage>&#x2013;<lpage>9</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/0960-1317/16/5/003</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B42">
<label>42.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Do</surname>
<given-names>L</given-names>
</name>
<name>
<surname>Korda</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
<name>
<surname>Hur&#xe1;k</surname>
<given-names>Z</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Controlled synchronization of coupled pendulums by koopman model predictive control</article-title>. <source>Control Eng Pract</source> (<year>2023</year>) <volume>139</volume>:<fpage>105629</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.conengprac.2023.105629</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B43">
<label>43.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>Y</given-names>
</name>
<name>
<surname>Liu</surname>
<given-names>X</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Model predictive position control of permanent magnet synchronous motor servo system with sliding mode observer</article-title>. <source>Asian J Control</source> (<year>2023</year>) <volume>25</volume>:<fpage>443</fpage>&#x2013;<lpage>61</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1002/asjc.2817</pub-id>
</citation>
</ref>
</ref-list>
</back>
</article>