<?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. Robot. AI</journal-id>
<journal-title>Frontiers in Robotics and AI</journal-title>
<abbrev-journal-title abbrev-type="pubmed">Front. Robot. AI</abbrev-journal-title>
<issn pub-type="epub">2296-9144</issn>
<publisher>
<publisher-name>Frontiers Media S.A.</publisher-name>
</publisher>
</journal-meta>
<article-meta>
<article-id pub-id-type="publisher-id">733104</article-id>
<article-id pub-id-type="doi">10.3389/frobt.2021.733104</article-id>
<article-categories>
<subj-group subj-group-type="heading">
<subject>Robotics and AI</subject>
<subj-group>
<subject>Original Research</subject>
</subj-group>
</subj-group>
</article-categories>
<title-group>
<article-title>Safe Model-Based Reinforcement Learning for Systems With Parametric Uncertainties</article-title>
<alt-title alt-title-type="left-running-head">Mahmud et al.</alt-title>
<alt-title alt-title-type="right-running-head">Safe Model-Based Reinforcement Learning</alt-title>
</title-group>
<contrib-group>
<contrib contrib-type="author">
<name>
<surname>Mahmud</surname>
<given-names>S. M. Nahid</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff1">
<sup>1</sup>
</xref>
<uri xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/1436765/overview"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name>
<surname>Nivison</surname>
<given-names>Scott A.</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff2">
<sup>2</sup>
</xref>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name>
<surname>Bell</surname>
<given-names>Zachary I.</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff2">
<sup>2</sup>
</xref>
</contrib>
<contrib contrib-type="author" corresp="yes">
<name>
<surname>Kamalapurkar</surname>
<given-names>Rushikesh</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff1">
<sup>1</sup>
</xref>
<xref ref-type="corresp" rid="c001">&#x2a;</xref>
<uri xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/1169835/overview"/>
</contrib>
</contrib-group>
<aff id="aff1">
<sup>1</sup>
<institution>School of Mechanical and Aerospace Engineering, Oklahoma State University</institution>, <addr-line>Stillwater</addr-line>, <addr-line>OK</addr-line>, <country>United&#x20;States</country>
</aff>
<aff id="aff2">
<sup>2</sup>
<institution>Munitions Directorate, Air Force Research Laboratory</institution>, <addr-line>Eglin AFB</addr-line>, <addr-line>FL</addr-line>, <country>United&#x20;States</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/356350/overview">Yongping Pan</ext-link>, National University of Singapore, Singapore</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/363553/overview">Mohamed Hamdy</ext-link>, University of Menoufia, Egypt</p>
<p>
<ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/1451892/overview">Sayan Basu Roy</ext-link>, Indraprastha Institute of Information Technology Delhi, India</p>
</fn>
<corresp id="c001">&#x2a;Correspondence: Rushikesh Kamalapurkar, <email>rushikesh.kamalapurkar@okstate.edu</email>
</corresp>
<fn fn-type="other">
<p>This article was submitted to Robotic Control Systems, a section of the journal Frontiers in Robotics and&#x20;AI</p>
</fn>
</author-notes>
<pub-date pub-type="epub">
<day>16</day>
<month>12</month>
<year>2021</year>
</pub-date>
<pub-date pub-type="collection">
<year>2021</year>
</pub-date>
<volume>8</volume>
<elocation-id>733104</elocation-id>
<history>
<date date-type="received">
<day>29</day>
<month>06</month>
<year>2021</year>
</date>
<date date-type="accepted">
<day>27</day>
<month>09</month>
<year>2021</year>
</date>
</history>
<permissions>
<copyright-statement>Copyright &#xa9; 2021 Mahmud, Nivison, Bell and Kamalapurkar.</copyright-statement>
<copyright-year>2021</copyright-year>
<copyright-holder>Mahmud, Nivison, Bell and Kamalapurkar</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&#x20;terms.</p>
</license>
</permissions>
<abstract>
<p>Reinforcement learning has been established over the past decade as an effective tool to find optimal control policies for dynamical systems, with recent focus on approaches that guarantee safety during the learning and/or execution phases. In general, safety guarantees are critical in reinforcement learning when the system is safety-critical and/or task restarts are not practically feasible. In optimal control theory, safety requirements are often expressed in terms of state and/or control constraints. In recent years, reinforcement learning approaches that rely on persistent excitation have been combined with a barrier transformation to learn the optimal control policies under state constraints. To soften the excitation requirements, model-based reinforcement learning methods that rely on exact model knowledge have also been integrated with the barrier transformation framework. The objective of this paper is to develop safe reinforcement learning method for deterministic nonlinear systems, with parametric uncertainties in the model, to learn approximate constrained optimal policies without relying on stringent excitation conditions. To that end, a model-based reinforcement learning technique that utilizes a novel filtered concurrent learning method, along with a barrier transformation, is developed in this paper to realize simultaneous learning of unknown model parameters and approximate optimal state-constrained control policies for safety-critical systems.</p>
</abstract>
<kwd-group>
<kwd>safe learning</kwd>
<kwd>barrier transformation</kwd>
<kwd>model-based reinforcement learning</kwd>
<kwd>control theory</kwd>
<kwd>parameter estimation</kwd>
<kwd>nonlinear systems</kwd>
</kwd-group>
<contract-sponsor id="cn001">Air Force Research Laboratory<named-content content-type="fundref-id">10.13039/100006602</named-content>
</contract-sponsor>
</article-meta>
</front>
<body>
<sec id="s1">
<title>1 Introduction</title>
<p>Due to advantages such as repeatability, accuracy, and lack of physical fatigue, autonomous systems have been increasingly utilized to perform tasks that are dull, dirty, or dangerous. Autonomy in safety-critical applications such as autonomous driving and unmanned flight relies on the ability to synthesize safe controllers. To improve robustness to parametric uncertainties and changing objectives and models, autonomous systems also need the ability to simultaneously synthesize and execute control policies online and in real time. This paper concerns reinforcement learning (RL), which has been established as an effective tool for safe policy synthesis for both known and uncertain dynamical systems with finite state and action spaces [see, e.g., <xref ref-type="bibr" rid="B30">Sutton and Barto (1998)</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B10">Doya (2000)</xref>].</p>
<p>RL typically requires a large number of iterations due to sample inefficiency [see, e.g., <xref ref-type="bibr" rid="B30">Sutton and Barto (1998)</xref>]. Sample efficiency in RL can be improved via model-based reinforcement learning (MBRL); however, MBRL methods are prone to failure due to inaccurate models [see, e.g., <xref ref-type="bibr" rid="B15">Kamalapurkar et&#x20;al. (2016a</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="B16">b</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B17">2018)</xref>]. Online MBRL methods that handle modeling uncertainties are motivated by complex tasks that require systems to operate in dynamic environments with changing objectives and system models. Accurate models of the system and the environment are generally not available due to sparsity of data. In the past, MBRL techniques under the umbrella of approximate dynamic programming (ADP) have been successfully utilized to solve reinforcement learning problems online with model uncertainty [see, e.g., <xref ref-type="bibr" rid="B23">Modares et&#x20;al. (2013)</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B19">Kiumarsi et&#x20;al. (2014)</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B26">Qin et&#x20;al. (2014)</xref>]. ADP utilizes parametric methods such as neural networks (NNs) to approximate the value function and the system model online. By obtaining an approximation of both the value function and the system model, a stable closed-loop adaptive control policy can be developed [see, e.g., <xref ref-type="bibr" rid="B31">Vamvoudakis et&#x20;al. (2009)</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B20">Lewis and Vrabie (2009)</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B4">Bertsekas (2011)</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B5">Bhasin et&#x20;al. (2012)</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B21">Liu and Wei (2014)</xref>].</p>
<p>Real-world optimal control applications typically include constraints on states and/or inputs that are critical for safety [see, e.g., <xref ref-type="bibr" rid="B14">He et&#x20;al. (2017)</xref>]. ADP was successfully extended to address input constrained control problems in <xref ref-type="bibr" rid="B23">Modares et&#x20;al. (2013)</xref> and <xref ref-type="bibr" rid="B32">Vamvoudakis et&#x20;al. (2016)</xref>. The state-constrained ADP problem was studied in the context of obstacle avoidance in <xref ref-type="bibr" rid="B34">Walters et&#x20;al. (2015)</xref> and <xref ref-type="bibr" rid="B9">Deptula et&#x20;al. (2020)</xref>, where an additional term that penalizes proximity to obstacles was added to the cost function. Since the added proximity penalty in <xref ref-type="bibr" rid="B34">Walters et&#x20;al. (2015)</xref> was finite, the ADP feedback could not guarantee obstacle avoidance, and an auxiliary controller was needed. In <xref ref-type="bibr" rid="B9">Deptula et&#x20;al. (2020)</xref>, a barrier-like function was used to ensure unbounded growth of the proximity penalty near the obstacle boundary. While this approach results in avoidance guarantees, it relies on the relatively strong assumption that the value function is continuously differentiable over a compact set that contains the obstacles in spite of penalty-induced discontinuities in the cost function.</p>
<p>Control Barrier Function (CBF) is another approach to guarantee safety in safety-critical systems [see e.g., <xref ref-type="bibr" rid="B2">Ames et&#x20;al. (2017)</xref>], with recent applications to the safe reinforcement learning problems [see e.g., <xref ref-type="bibr" rid="B7">Choi et&#x20;al. (2020)</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B8">Cohen and Belta (2020)</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B22">Marvi and Kiumarsi (2021)</xref>]. <xref ref-type="bibr" rid="B7">Choi et&#x20;al. (2020)</xref> have addressed the issue of model uncertainty in safety-critical control with an RL-based data-driven approach. A drawback of this approach is that it requires a nominal controller that keeps the system stable during the learning phase, which may not be always possible to design. In <xref ref-type="bibr" rid="B22">Marvi and Kiumarsi (2021)</xref>, the authors develop a safe off-policy RL scheme which trades-off between safety and performance. In <xref ref-type="bibr" rid="B8">Cohen and Belta (2020)</xref>, the authors develop a safe RL scheme in which the proximity penalty approach from <xref ref-type="bibr" rid="B9">Deptula et&#x20;al. (2020)</xref> is cast into the framework of CBFs. While the control barrier function results in safety guarantees, the existence of a smooth value function, in spite of a nonsmooth cost function, needs to be assumed. Furthermore, to facilitate parametric approximation of the value function, the existence of a forward invariant compact set in the interior of the safe set needs to be established. Since the invariant set needs to be in the interior of the safe set, the penalty becomes superfluous, and safety can be achieved through conventional Lyapunov methods.</p>
<p>This paper is inspired by a safe reinforcement learning technique, recently developed in <xref ref-type="bibr" rid="B35">Yang et&#x20;al. (2019)</xref>, based on the idea of transforming a state and input constrained nonlinear optimal control problem into an unconstrained one with a type of saturation function, introduced in <xref ref-type="bibr" rid="B11">Graichen and Petit (2009)</xref>, and <xref ref-type="bibr" rid="B3">Bechlioulis and Rovithakis (2009)</xref>. In <xref ref-type="bibr" rid="B35">Yang et&#x20;al. (2019)</xref>, the state constrained optimal control problem is transformed using a barrier transformation (BT), into an equivalent, unconstrained optimal control problem. A learning technique is then used to synthesize the feedback control policy for the unconstrained optimal control problem. The controller for the original system is then derived from the unconstrained approximate optimal policy by inverting the barrier transformation. In <xref ref-type="bibr" rid="B12">Greene et&#x20;al. (2020)</xref>, the restrictive persistence of excitation requirement in <xref ref-type="bibr" rid="B35">Yang et&#x20;al. (2019)</xref> is softened using model-based reinforcement learning (MBRL), where exact knowledge of the system dynamics is utilized in the barrier transformation.</p>
<p>One of the primary contributions of this paper is a detailed analysis of the connection between the transformed dynamics and the original dynamics, which is missing from results such as <xref ref-type="bibr" rid="B35">Yang et&#x20;al. (2019)</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B12">Greene et&#x20;al. (2020)</xref>, and <xref ref-type="bibr" rid="B36">Yang et&#x20;al. (2020)</xref>. While the stability of the transformed dynamics under the designed controllers is established in results such as <xref ref-type="bibr" rid="B35">Yang et&#x20;al. (2019)</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B12">Greene et&#x20;al. (2020)</xref>, and <xref ref-type="bibr" rid="B36">Yang et&#x20;al. (2020)</xref>, the implications of the behavior of the transformed system on the original system are not examined. In this paper, it is shown that the trajectories of the original system are related to the trajectories of the transformed system <italic>via</italic> the barrier transformation as long as the trajectories of the transformed system are complete.</p>
<p>While the transformation in <xref ref-type="bibr" rid="B35">Yang et&#x20;al. (2019)</xref> and <xref ref-type="bibr" rid="B12">Greene et&#x20;al. (2020)</xref> results in verifiable safe controllers, it requires exact knowledge of the system model, which is often difficult to obtain. Another primary contribution of this paper is the development of a novel filtered concurrent learning technique for online model learning, and its integration with the barrier transformation method, to yield a novel MBRL solution to the online state-constrained optimal control problem under parametric uncertainty. The developed MBRL method learns an approximate optimal control policy in the presence of parametric uncertainties for safety critical systems while maintaining stability and safety during the learning phase. The inclusion of filtered concurrent learning makes the controller robust to modeling errors and guarantees local stability under a <italic>finite</italic> (as opposed to <italic>persistent</italic>) excitation condition.</p>
<p>In the following, the problem is formulated in <xref ref-type="sec" rid="s2">Section 2</xref> and the BT is described and analyzed in <xref ref-type="sec" rid="s3">Section 3</xref>. A novel parameter estimation technique is detailed in <xref ref-type="sec" rid="s4">Section 4</xref> and a model-based reinforcement learning technique for synthesizing feedback control policy in the transformed coordinates is developed in <xref ref-type="sec" rid="s5">Section 5</xref>. In <xref ref-type="sec" rid="s6">Section 6</xref>, a Lypaunov-based analysis is utilized to establish practical stability of the closed-loop system resulting from the developed MBRL technique in the transformed coordinates, which guarantees that the safety requirements are satisfied in the original coordinates. Simulation results in <xref ref-type="sec" rid="s7">Section 7</xref> demonstrate the performance of the developed method and analyze its sensitivity to various design parameters, followed by a comparison of the performance of the developed MBRL approach to an offline pseudospectral optimal control method. Strengths and limitations of the developed method are discussed in <xref ref-type="sec" rid="s8">Section 8</xref>, along with possible extensions.</p>
</sec>
<sec id="s2">
<title>2 Problem Formulation</title>
<sec id="s2_1">
<title>2.1 Control Objective</title>
<p>Consider a continuous-time affine nonlinear dynamical system<disp-formula id="e1">
<mml:math id="m1">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x307;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(1)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf1">
<mml:math id="m2">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula> is the system state, <inline-formula id="inf2">
<mml:math id="m3">
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula> are the unknown parameters, <inline-formula id="inf3">
<mml:math id="m4">
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula> is the control input, and the functions <inline-formula id="inf4">
<mml:math id="m5">
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf5">
<mml:math id="m6">
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mi>q</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula> are known, locally Lipschitz functions. In the following, [<italic>a</italic>; <italic>b</italic>] denotes the vector [<italic>a&#x20;b</italic>]<sup>
<italic>T</italic>
</sup> and (<italic>v</italic>)<sub>
<italic>i</italic>
</sub> denotes the <italic>i</italic>th component of the vector&#x20;<italic>v</italic>.</p>
<p>The objective is to design a controller <italic>u</italic> for the system in <xref ref-type="disp-formula" rid="e1">(1)</xref> such that starting from a given feasible initial condition <italic>x</italic>
<sup>0</sup>, the trajectories <italic>x</italic>(&#x22c5;) decay to the origin and satisfy <italic>x</italic>
<sub>
<italic>i</italic>
</sub>(<italic>t</italic>) &#x2208; (<italic>a</italic>
<sub>
<italic>i</italic>
</sub>, <italic>A</italic>
<sub>
<italic>i</italic>
</sub>), <italic>&#x2200;t</italic> &#x2265; 0, where <italic>i</italic>&#x20;&#x3d; 1, 2, &#x2026; , <italic>n</italic> and <italic>a</italic>
<sub>
<italic>i</italic>
</sub> &#x3c; 0&#x20;&#x3c; <italic>A</italic>
<sub>
<italic>i</italic>
</sub>. While MBRL methods such as those detailed in <xref ref-type="bibr" rid="B17">Kamalapurkar et&#x20;al. (2018)</xref> guarantee stability of the closed loop, state constraints are typically difficult to establish without extensive trial and error. To achieve the stated objective, an MBRL framework (see <xref ref-type="fig" rid="F1">Figure 1</xref>) is developed in this paper, where a BT is used to guarantee satisfaction of state constraints.</p>
<fig id="F1" position="float">
<label>FIGURE 1</label>
<caption>
<p>The developed BT MBRL framework. The control system consists of a model-based barrier-actor-critic-estimator architecture. In addition to the transformed state-action measurements, the critic also utilizes states, actions, and the corresponding state derivatives, evaluated at arbitrarily selected points in the state space, to learn the value function. In the figure, BT: Barrier Transformation; TS: Transformed State; BE: Bellman Error.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="frobt-08-733104-g001.tif"/>
</fig>
</sec>
</sec>
<sec id="s3">
<title>3 Barrier Transformation</title>
<sec id="s3-1">
<title>3.1 Design</title>
<p>Let the function <inline-formula id="inf6">
<mml:math id="m7">
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>, referred to as the barrier function (BF), be defined as<disp-formula id="e2">
<mml:math id="m8">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>log</mml:mi>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mo>&#x2200;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1,2</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(2)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Define <inline-formula id="inf7">
<mml:math id="m9">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula> as <inline-formula id="inf8">
<mml:math id="m10">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> with <italic>a</italic>&#x20;&#x3d; [<italic>a</italic>
<sub>1</sub>; &#x2026;; <italic>a</italic>
<sub>
<italic>n</italic>
</sub>] and <italic>A</italic>&#x20;&#x3d; [<italic>A</italic>
<sub>1</sub>; &#x2026;; <italic>A</italic>
<sub>
<italic>n</italic>
</sub>]. The inverse of <xref ref-type="disp-formula" rid="e2">(2)</xref> on the interval (<italic>a</italic>
<sub>
<italic>i</italic>
</sub>, <italic>A</italic>
<sub>
<italic>i</italic>
</sub>), is given by<disp-formula id="e3">
<mml:math id="m11">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(3)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Define <inline-formula id="inf9">
<mml:math id="m12">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula> as <inline-formula id="inf10">
<mml:math id="m13">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Taking the derivative of <xref ref-type="disp-formula" rid="e3">(3)</xref> with respect to <italic>y</italic> yields<disp-formula id="e4">
<mml:math id="m14">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mtext>where</mml:mtext>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(4)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Consider the BF based state transformation<disp-formula id="e5">
<mml:math id="m15">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(5)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf11">
<mml:math id="m16">
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:math>
</inline-formula> denotes the transformed state. In the following derivation, whenever clear from the context, the subscripts <italic>a</italic>
<sub>
<italic>i</italic>
</sub> and <italic>A</italic>
<sub>
<italic>i</italic>
</sub> of the BF and its inverse are suppressed for brevity. The time derivative of the transformed state can be computed using the chain rule as <inline-formula id="inf12">
<mml:math id="m17">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x307;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x307;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula> which yields the transformed dynamics<disp-formula id="e6">
<mml:math id="m18">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x307;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(6)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>The dynamics of the transformed state can then be expressed as<disp-formula id="e7">
<mml:math id="m19">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x307;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(7)</label>
</disp-formula>where <italic>F</italic> (<italic>s</italic>) :&#x3d; <italic>y</italic>(<italic>s</italic>)<italic>&#x3b8;</italic>, <inline-formula id="inf13">
<mml:math id="m20">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2254;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula>, and <inline-formula id="inf14">
<mml:math id="m21">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mi>q</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
<p>Continuous differentiability of <italic>b</italic>
<sup>&#x2212;1</sup> implies that <italic>F</italic> and <italic>G</italic> are locally Lipschitz continuous. Furthermore, <italic>f</italic> (0) &#x3d; 0 along with the fact that <italic>b</italic>
<sup>&#x2212;1</sup> (0) &#x3d; 0 implies that <italic>F</italic> (0) &#x3d; 0. As a result, for all compact sets <inline-formula id="inf15">
<mml:math id="m22">
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2282;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula> containing the origin, <italic>G</italic> is bounded on &#x3a9; and there exists a positive constant <italic>L</italic>
<sub>
<italic>y</italic>
</sub> such that <italic>&#x2200;s</italic> &#x2208; &#x3a9;, &#x2016;<italic>y</italic>(<italic>s</italic>)&#x2016; &#x2264; <italic>L</italic>
<sub>
<italic>y</italic>
</sub>&#x2016;<italic>s</italic>&#x2016;. The following section relates the solutions of the original system to the solutions of the transformed system.</p>
</sec>
<sec id="s3-2">
<title>3.2 Analysis</title>
<p>In the following lemma, the trajectories of the original system and the transformed system are shown to be related by the barrier transformation provided the trajectories of the transformed system are <italic>complete</italic> [see, e.g., Page 33 of <xref ref-type="bibr" rid="B28">Sanfelice (2021)</xref>]. The completeness condition is not vacuous, it is not difficult to construct a system where the transformed trajectories escape to infinity in finite time, while the original trajectories are complete. For example, consider the system <inline-formula id="inf16">
<mml:math id="m23">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x307;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> with <inline-formula id="inf17">
<mml:math id="m24">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf18">
<mml:math id="m25">
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>. All nonzero solutions of the&#x20;corresponding transformed system <inline-formula id="inf19">
<mml:math id="m26">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x307;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.5</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>0.5</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.5</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>0.5</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> under the feedback <inline-formula id="inf20">
<mml:math id="m27">
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.5</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>0.5</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> escape in finite time. However, all nonzero solutions of the original system under the feedback <italic>&#x3be;</italic>(<italic>x</italic>, <italic>t</italic>) &#x3d; <italic>&#x3b6;</italic>(<italic>b</italic>
<sub>(&#x2212;0.5,0.5)</sub> (<italic>x</italic>), <italic>t</italic>) &#x3d; &#x2212; <italic>x</italic> converge to either &#x2212;1 or&#x20;1.</p>
<p>
<bold>Lemma 1</bold>. If <italic>t</italic>&#x2009;&#x21a6;&#x2009;&#x3a6;(<italic>t</italic>, <italic>b</italic>(x<sup>0</sup>), <italic>&#x3be;</italic>) is a complete Carath&#xe9;odory solution to <xref ref-type="disp-formula" rid="e7">(7)</xref>
<italic>, starting from the initial condition</italic> <italic>b</italic>(<italic>x</italic>
<sup>0</sup>)<italic>, under the feedback policy</italic>&#x20;(<italic>s</italic>, <italic>t</italic>)&#x21a6;<italic>&#x3b6;</italic>(<italic>s</italic>, <italic>t</italic>) <italic>and</italic> <italic>t</italic>&#x21a6;&#x39b;(<italic>t</italic>, <italic>x</italic>
<sup>0</sup>, <italic>&#x3be;</italic>) <italic>is a Carath&#xe9;odory solution to</italic> <xref ref-type="disp-formula" rid="e1">(1)</xref>
<italic>,&#x20;starting from the initial condition</italic> <italic>x</italic>
<sup>0</sup>
<italic>, under the feedback policy</italic>&#x20;(<italic>x</italic>, <italic>t</italic>)&#x21a6;<italic>&#x3be;</italic>(<italic>x</italic>, <italic>t</italic>)<italic>, defined as</italic> <italic>&#x3be;</italic>(<italic>x</italic>, <italic>t</italic>) &#x3d; <italic>&#x3b6;</italic>(<italic>b</italic>(<italic>x</italic>), <italic>t</italic>)<italic>, then</italic> &#x39b;(&#x22c5;, <italic>x</italic>
<sup>0</sup>, <italic>&#x3be;</italic>) <italic>is complete and</italic> <inline-formula id="inf21">
<mml:math id="m28">
<mml:mi mathvariant="normal">&#x39b;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a6;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:math>
</inline-formula> <italic>for all</italic> <inline-formula id="inf22">
<mml:math id="m29">
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2265;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula>
<italic>.</italic>
</p>
<p>Proof. See Lemma 1 in the <xref ref-type="sec" rid="s14">Supplementary Material</xref>.</p>
<p>Note that the feedback <italic>&#x3be;</italic> is well-defined at <italic>x</italic> only if <italic>b</italic>(<italic>x</italic>) is well-defined, which is the case whenever <italic>x</italic> is inside the barrier. As such, the main conclusion of Lemma 1 also implies that &#x39b;(&#x22c5;, <italic>x</italic>
<sup>0</sup>, <italic>&#x3be;</italic>) remains inside the barrier. It is thus inferred from Lemma 1 that if the trajectories of <xref ref-type="disp-formula" rid="e7">(7)</xref> are bounded and decay to a neighborhood of the origin under a feedback policy (<italic>s</italic>, <italic>t</italic>)&#x21a6;<italic>&#x3b6;</italic>(<italic>s</italic>, <italic>t</italic>), then the feedback policy <inline-formula id="inf23">
<mml:math id="m30">
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x21a6;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:math>
</inline-formula>, when applied to the original system in <xref ref-type="disp-formula" rid="e1">(1)</xref>, achieves the control objective stated in <xref ref-type="sec" rid="s2_1">Section&#x20;2.1</xref>.</p>
<p>To achieve BT MBRL in the presense of parametric uncertainties, the following section develops a novel parameter estimator.</p>
</sec>
</sec>
<sec id="s4">
<title>4 Parameter Estimation</title>
<p>The following parameter estimator design is motivated by the subsequent Lyapunov analysis, and is inspired by the finite-time estimator in <xref ref-type="bibr" rid="B1">Adetola and Guay (2008)</xref> and the filtered concurrent learning (FCL) method in <xref ref-type="bibr" rid="B27">Roy et&#x20;al. (2016)</xref>. Estimates of the unknown parameters, <inline-formula id="inf24">
<mml:math id="m31">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula>, are generated using the filter<disp-formula id="e8">
<mml:math id="m32">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x307;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfenced open="{" close="">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="cases">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mfenced open="&#x2016;" close="&#x2016;">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mtext>otherwise</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mi>Y</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(8)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e9">
<mml:math id="m33">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x307;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfenced open="{" close="">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="cases">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mi>Y</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mfenced open="&#x2016;" close="&#x2016;">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mtext>otherwise</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(9)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e10">
<mml:math id="m34">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x307;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfenced open="{" close="">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="cases">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mfenced open="&#x2016;" close="&#x2016;">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mtext>otherwise</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(10)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e11">
<mml:math id="m35">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x307;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfenced open="{" close="">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="cases">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mfenced open="&#x2016;" close="&#x2016;">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mtext>otherwise</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(11)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf25">
<mml:math id="m36">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:math>
</inline-formula>, and the update law<disp-formula id="e12">
<mml:math id="m37">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x307;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(12)</label>
</disp-formula>where <italic>&#x3b2;</italic>
<sub>1</sub> is a symmetric positive definite gain matrix and <inline-formula id="inf26">
<mml:math id="m38">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is a tunable upper bound on the filtered regressor&#x20;<italic>Y</italic>
<sub>
<italic>f</italic>
</sub>.</p>
<p>
<xref ref-type="disp-formula" rid="e7">Equations 7</xref>&#x2013;<xref ref-type="disp-formula" rid="e12">12</xref> constitute a nonsmooth system of differential equations<disp-formula id="e13">
<mml:math id="m39">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x307;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfenced open="{" close="">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="cases">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mfenced open="&#x2016;" close="&#x2016;">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mtext>otherwise</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:math>
<label>(13)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf27">
<mml:math id="m40">
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mspace width="0.3333em"/>
<mml:mtext>vec</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mspace width="0.3333em"/>
<mml:mtext>vec</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mspace width="0.3333em"/>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mspace width="0.3333em"/>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mspace width="0.3333em"/>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf28">
<mml:math id="m41">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mtext>vec</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mtext>vec</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and <inline-formula id="inf29">
<mml:math id="m42">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mspace width="0.3333em"/>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mspace width="0.3333em"/>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mspace width="0.3333em"/>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Since &#x2016;<italic>Y</italic>
<sub>
<italic>f</italic>
</sub>&#x2016; is non-decreasing in time, it can be shown that <xref ref-type="disp-formula" rid="e13">(13)</xref> admits Carath&#xe9;odory solutions.</p>
<p>
<bold>Lemma 2</bold>.&#x20;<italic>If</italic> &#x2016;<italic>Y</italic>
<sub>
<italic>f</italic>
</sub>&#x2016; <italic>is non-decreasing in time then</italic> <xref ref-type="disp-formula" rid="e13">(13)</xref> <italic>admits Carath&#xe9;odory solutions.</italic>
</p>
<p>Proof. see Lemma 2 in <xref ref-type="sec" rid="s14">Supplementary Material</xref>.</p>
<p>Note that <xref ref-type="disp-formula" rid="e9">(9)</xref>, expressed in the integral form<disp-formula id="e14">
<mml:math id="m43">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(14)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf30">
<mml:math id="m44">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mi>inf</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2265;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">}</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, along with <xref ref-type="disp-formula" rid="e11">(11)</xref>, expressed in the integral form<disp-formula id="e15">
<mml:math id="m45">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(15)</label>
</disp-formula>and the fact that <italic>s</italic>(<italic>&#x3c4;</italic>) &#x2212; <italic>s</italic>
<sup>0</sup> &#x2212; <italic>G</italic>
<sub>
<italic>f</italic>
</sub>(<italic>&#x3c4;</italic>) &#x3d; <italic>Y</italic>(<italic>&#x3c4;</italic>)<italic>&#x3b8;</italic>, can be used to conclude that <italic>X</italic>
<sub>
<italic>f</italic>
</sub>(<italic>t</italic>) &#x3d; <italic>Y</italic>
<sub>
<italic>f</italic>
</sub>(<italic>t</italic>)<italic>&#x3b8;</italic>, for all <italic>t</italic>&#x20;&#x2265; 0. As a result, a measure for the parameter estimation error can be obtained using known quantities as <inline-formula id="inf31">
<mml:math id="m46">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x303;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, where <inline-formula id="inf32">
<mml:math id="m47">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x303;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2254;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. The dynamics of the parameter estimation error can then be expressed as<disp-formula id="e16">
<mml:math id="m48">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x303;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x307;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x303;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(16)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>The filter design is thus motivated by the fact that if the matrix <inline-formula id="inf33">
<mml:math id="m49">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula> is positive definite, uniformly in <italic>t</italic>, then the Lyapunov function <inline-formula id="inf34">
<mml:math id="m50">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x303;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<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:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x303;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x303;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> can be used to establish convergence of the parameter estimation error to the origin. Initially, <inline-formula id="inf35">
<mml:math id="m51">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula> is a matrix of zeros. To ensure that there exists some finite time <italic>T</italic> such that <inline-formula id="inf36">
<mml:math id="m52">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is positive definite, uniformly in <italic>t</italic> for all <italic>t</italic>&#x20;&#x2265; <italic>T</italic>, the following <italic>finite</italic> excitation condition is imposed.</p>
<p>
<bold>Assumption 3</bold>. There exists a time instance <italic>T</italic>&#x20;&#x3e; 0 such that <italic>Y</italic>
<sub>
<italic>f</italic>
</sub>(<italic>T</italic>) is full&#x20;rank.</p>
<p>Note that the minimum eigenvalue of <italic>Y</italic>
<sub>
<italic>f</italic>
</sub> is trivially non-decreasing for <italic>t</italic>&#x20;&#x2265; <italic>t</italic>
<sub>3</sub> since <italic>Y</italic>
<sub>
<italic>f</italic>
</sub>(<italic>t</italic>) is constant <italic>&#x2200;t</italic> &#x2265; <italic>t</italic>
<sub>3</sub>. Indeed, for <italic>t</italic>
<sub>4</sub> &#x2264; <italic>t</italic>
<sub>5</sub> &#x2264; <italic>t</italic>
<sub>3</sub>, <inline-formula id="inf37">
<mml:math id="m53">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>5</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>5</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>. Since <italic>Y</italic>
<sub>
<italic>f</italic>
</sub>(<italic>t</italic>
<sub>4</sub>) is positive semidefinite, and so is the integral <inline-formula id="inf38">
<mml:math id="m54">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>5</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>, we conclude that <italic>&#x3bb;</italic>
<sub>min</sub> (<italic>Y</italic>
<sub>
<italic>f</italic>
</sub>(<italic>t</italic>
<sub>5</sub>)) &#x2265; <italic>&#x3bb;</italic>
<sub>min</sub> (<italic>Y</italic>
<sub>
<italic>f</italic>
</sub>(<italic>t</italic>
<sub>4</sub>)), As a result, <italic>t</italic>&#x21a6;<italic>&#x3bb;</italic>
<sub>min</sub> (<italic>Y</italic>
<sub>
<italic>f</italic>
</sub>(<italic>t</italic>)) is non-decreasing. Therefore, if <xref ref-type="sec" rid="s14">Assumption 3</xref> is satisfied at <italic>t</italic>&#x20;&#x3d; <italic>T</italic>, then <italic>Y</italic>
<sub>
<italic>f</italic>
</sub>(<italic>t</italic>) is also full rank for all <italic>t</italic>&#x20;&#x2265; <italic>T</italic>. Similar to other MBRL methods that rely on system identification [see e.g., Chapter 4 of <xref ref-type="bibr" rid="B17">Kamalapurkar et&#x20;al. (2018)</xref>], the following assumption is needed to ensure boundedness of the state trajectories over the interval [0, <italic>T</italic>].</p>
<p>
<bold>Assumption 4</bold>. A fallback controller <inline-formula id="inf39">
<mml:math id="m55">
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2265;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula> that keeps the trajectories of <xref ref-type="disp-formula" rid="e7">(7)</xref> inside a known bounded set over the&#x20;interval [0, <italic>T</italic>)<italic>,</italic> without requiring the knowledge of <italic>&#x3b8;</italic>
<italic>,</italic> is available<italic>.</italic>
</p>
<p>If a fallback controller that satisfies <xref ref-type="sec" rid="s14">Assumption 4</xref> is not available, then, under the additional assumption that the trajectories of <xref ref-type="disp-formula" rid="e7">(7)</xref> are exciting over the interval [0, <italic>T</italic>), such a controller can be learned online, while maintaining system stability, using model-free reinforcement learning techniques such as <xref ref-type="bibr" rid="B6">Bhasin et&#x20;al. (2013)</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B33">Vrabie and Lewis (2010)</xref>, and <xref ref-type="bibr" rid="B24">Modares et&#x20;al. (2014)</xref>.</p>
<p>
<statement>
<p>
<bold>
<italic>Remark</italic> 5</bold>. While the analysis of the developed technique dictates that a different stabilizing controller should be used over the time interval [0, <italic>T</italic>)<italic>,</italic> typically, similar to the examples in <xref ref-type="sec" rid="s7_1">Sections 7.1</xref> and <xref ref-type="sec" rid="s7_2">7.2</xref>, the transient response of the developed controller provides sufficient excitation so that <italic>T</italic> is small (in the examples provided in <xref ref-type="sec" rid="s7_1">Sections 7.1</xref> and <xref ref-type="sec" rid="s7_2">7.2</xref>
<italic>,</italic> <italic>T</italic> is the order of 10<sup>&#x2013;5</sup> and 10<sup>&#x2013;6</sup>
<italic>,</italic> respectively), and a different stabilizing controller is not needed in practice.</p>
</statement>
</p>
</sec>
<sec id="s5">
<title>5&#x20;Model-Based Reinforcement Learning</title>
<p>Lemma 1 implies that if a feedback controller that practically stabilizes the transformed system in <xref ref-type="disp-formula" rid="e7">(7)</xref> is designed, then the same feedback controller, applied to the original system by inverting the BT, also achieves the control objective stated in <xref ref-type="sec" rid="s2_1">Section 2.1</xref>. In the following, a controller that practically stabilizes <xref ref-type="disp-formula" rid="e7">(7)</xref> is designed as an estimate of the controller that minimizes the infinite horizon cost.<disp-formula id="e17">
<mml:math id="m56">
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x221e;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(17)</label>
</disp-formula>over the set <inline-formula id="inf40">
<mml:math id="m57">
<mml:mi mathvariant="script">U</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> of piecewise continuous functions <italic>t</italic>&#x21a6;<italic>u</italic>(<italic>t</italic>), subject to <xref ref-type="disp-formula" rid="e7">(7)</xref>, where <italic>&#x3d5;</italic>(<italic>&#x3c4;</italic>, <italic>s</italic>
<sup>0</sup>, <italic>u</italic> (&#x22c5;)) denotes the trajectory of <xref ref-type="disp-formula" rid="e7">(7)</xref>, evaluated at time <italic>&#x3c4;</italic>, starting from the state <italic>s</italic>
<sup>0</sup> and under the controller <italic>u</italic> (&#x22c5;), <italic>r</italic>&#x20;(<italic>s</italic>, <italic>u</italic>) :&#x3d; <italic>s</italic>
<sup>
<italic>T</italic>
</sup>
<italic>Qs</italic> &#x2b; <italic>u</italic>
<sup>
<italic>T</italic>
</sup>
<italic>Ru</italic>, and <inline-formula id="inf41">
<mml:math id="m58">
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mspace width="0.3333em"/>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:mspace width="0.3333em"/>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf42">
<mml:math id="m59">
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mi>q</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula> are symmetric positive definite (PD) matrices<xref ref-type="fn" rid="FN1">
<sup>1</sup>
</xref>.</p>
<p>Assuming that an optimal controller exists, let the optimal&#x20;value function, denoted by <inline-formula id="inf43">
<mml:math id="m60">
<mml:msup>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>, be defined as<disp-formula id="e18">
<mml:math id="m61">
<mml:msup>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2254;</mml:mo>
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mi>min</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">U</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x221e;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x221e;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(18)</label>
</disp-formula>where <italic>u</italic>
<sub>
<italic>I</italic>
</sub> and <inline-formula id="inf44">
<mml:math id="m62">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">U</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula> are obtained by restricting the domains of <italic>u</italic> and functions in <inline-formula id="inf45">
<mml:math id="m63">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">U</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula> to the interval <inline-formula id="inf46">
<mml:math id="m64">
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mo>&#x2286;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>, respectively. Assuming that the optimal value function is continuously differentiable, it can&#x20;be shown to be the unique positive definite solution of the Hamilton-Jacobi-Bellman (HJB) equation [see, e.g., Theorem 1.5 of <xref ref-type="bibr" rid="B17">Kamalapurkar et al. (2018)</xref>].<disp-formula id="e19">
<mml:math id="m65">
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mi>min</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(19)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf47">
<mml:math id="m66">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:math>
</inline-formula>. Furthermore, the optimal controller is given by the feedback policy <italic>u</italic>(<italic>t</italic>) &#x3d; <italic>u</italic>
<sup>&#x2217;</sup>(<italic>&#x3d5;</italic>(<italic>t</italic>, <italic>s</italic>, <italic>u</italic>
<sub>[0,<italic>t</italic>)</sub>)) where <inline-formula id="inf48">
<mml:math id="m67">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula> defined as<disp-formula id="e20">
<mml:math id="m68">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2254;</mml:mo>
<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:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(20)</label>
</disp-formula>
<bold>
<italic>Remark</italic> 6</bold>. In the developed method, the cost function is selected to be quadratic in the transformed coordinates. However, a physically meaningful cost function is more likely to be available in the original coordinates. If such a cost function is available, it can be transformed from the original coordinates to the barrier coordinates using the inverse barrier function, to yield a cost function that is not quadratic in the state. While the analysis in this paper addresses the quadratic case, it can be extended to address the non-quadratic case with minimal modifications as long as <italic>s</italic>&#x21a6;<italic>r</italic>(<italic>s</italic>, <italic>u</italic>) is positive definite for all <inline-formula id="inf49">
<mml:math id="m69">
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula>
<italic>.</italic>
</p>
<sec id="s5-1">
<title>5.1 Value Function Approximation</title>
<p>Since computation of analytical solutions of the HJB equation&#x20;is generally infeasible, especially for systems with uncertainty, parametric approximation methods are used to&#x20;approximate the value function <italic>V</italic>
<sup>&#x2217;</sup> and the optimal policy <italic>u</italic>
<sup>&#x2217;</sup>. The optimal value function is expressed as<disp-formula id="e21">
<mml:math id="m70">
<mml:msup>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(21)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf50">
<mml:math id="m71">
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula> is an unknown vector of bounded weights, <inline-formula id="inf51">
<mml:math id="m72">
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula> is a vector of continuously differentiable nonlinear activation functions&#x20;such that <inline-formula id="inf52">
<mml:math id="m73">
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf53">
<mml:math id="m74">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf54">
<mml:math id="m75">
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="double-struck">N</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> is the number of basis functions, and <inline-formula id="inf55">
<mml:math id="m76">
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> is the reconstruction&#x20;error.</p>
<p>The basis functions are selected such that the approximation of the functions and their derivatives is uniform over the&#x20;compact set <inline-formula id="inf56">
<mml:math id="m77">
<mml:mi>&#x3c7;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2282;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula> so that given a positive constant <inline-formula id="inf57">
<mml:math id="m78">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>, there exists <inline-formula id="inf58">
<mml:math id="m79">
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="double-struck">N</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> and known positive constants <inline-formula id="inf59">
<mml:math id="m80">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf60">
<mml:math id="m81">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> such&#x20;that <inline-formula id="inf61">
<mml:math id="m82">
<mml:mfenced open="&#x2016;" close="&#x2016;">
<mml:mrow>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf62">
<mml:math id="m83">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>sup</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c7;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="&#x2016;" close="&#x2016;">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf63">
<mml:math id="m84">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>sup</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c7;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="&#x2016;" close="&#x2016;">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf64">
<mml:math id="m85">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>sup</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c7;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="&#x2016;" close="&#x2016;">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and <inline-formula id="inf65">
<mml:math id="m86">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>sup</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c7;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="&#x2016;" close="&#x2016;">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> [see, e.g., <xref ref-type="bibr" rid="B29">Sauvigny (2012)</xref>]. Using <xref ref-type="disp-formula" rid="e19">(19)</xref>, a representation of the optimal controller, that uses the same basis as the optimal value function, is derived as<disp-formula id="e22">
<mml:math id="m87">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<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:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(22)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Since the ideal weights, <italic>W</italic>, are unknown, an actor-critic approach is used in the following to estimate <italic>W</italic>. To that end, let the NN estimates <inline-formula id="inf66">
<mml:math id="m88">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf67">
<mml:math id="m89">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula> be defined as<disp-formula id="e23">
<mml:math id="m90">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(23)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e24">
<mml:math id="m91">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<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:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(24)</label>
</disp-formula>where the critic weights, <inline-formula id="inf68">
<mml:math id="m92">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula> and actor weights, <inline-formula id="inf69">
<mml:math id="m93">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula> are estimates of the ideal weights,&#x20;<italic>W</italic>.</p>
</sec>
<sec id="s5-2">
<title>5.2 Bellman Error</title>
<p>Substituting <xref ref-type="disp-formula" rid="e23">(23)</xref> and <xref ref-type="disp-formula" rid="e24">(24)</xref> into <xref ref-type="disp-formula" rid="e19">(19)</xref> results in a residual term, <inline-formula id="inf70">
<mml:math id="m94">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>, referred to as Bellman Error (BE), defined as<disp-formula id="e25">
<mml:math id="m95">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(25)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Traditionally, online RL methods require a persistence of excitation (PE) condition to be able learn the approximate control policy [see, e.g., <xref ref-type="bibr" rid="B23">Modares et&#x20;al. (2013)</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B15">Kamalapurkar et&#x20;al. (2016a)</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B19">Kiumarsi et&#x20;al. (2014)</xref>]. Guaranteeing PE a priori and verifying PE online are both typically impossible. However, using virtual excitation facilitated by model-based BE extrapolation, stability and convergence of online RL can be established under a PE-like condition that, while impossible to guarantee a priori, can be verified online by monitoring the minimum eigenvalue of a matrix in the subsequent <xref ref-type="sec" rid="s14">Assumption 7</xref> [see, e.g., <xref ref-type="bibr" rid="B16">Kamalapurkar et&#x20;al. (2016b)</xref>]. Using the system model, the BE can be evaluated at any arbitrary point in the state space. Virtual excitation can then be implemented by selecting a set of states <inline-formula id="inf71">
<mml:math id="m96">
<mml:mfenced open="{" close="}">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">&#x2223;</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>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:math>
</inline-formula> and evaluating the BE at this set of states to yield<disp-formula id="e26">
<mml:math id="m97">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(26)</label>
</disp-formula>where, <inline-formula id="inf72">
<mml:math id="m98">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:math>
</inline-formula>, <italic>y</italic>
<sub>
<italic>k</italic>
</sub> :&#x3d; <italic>y</italic>(<italic>s</italic>
<sub>
<italic>k</italic>
</sub>) and <inline-formula id="inf73">
<mml:math id="m99">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:math>
</inline-formula>. Defining the actor and critic weight estimation errors as <inline-formula id="inf74">
<mml:math id="m100">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x303;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf75">
<mml:math id="m101">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x303;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula> and substituting the estimates <xref ref-type="disp-formula" rid="e21">(21)</xref> and <xref ref-type="disp-formula" rid="e22">(22)</xref> into <xref ref-type="disp-formula" rid="e19">(19)</xref>, and subtracting from <xref ref-type="disp-formula" rid="e25">(25)</xref> yields the analytical BE that&#x20;can be expressed in terms of the weight estimation errors as<disp-formula id="e27">
<mml:math id="m102">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x303;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x303;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x303;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x303;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x394;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(27)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf76">
<mml:math id="m103">
<mml:mi mathvariant="normal">&#x394;</mml:mi>
<mml:mo>:</mml:mo>
<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:mrow>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf77">
<mml:math id="m104">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf78">
<mml:math id="m105">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf79">
<mml:math id="m106">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula>, and <inline-formula id="inf80">
<mml:math id="m107">
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula>. In <xref ref-type="disp-formula" rid="e27">(27)</xref> and the rest of the manuscript, the dependence of various functions on the state, <italic>s</italic>, is omitted for brevity whenever it is clear from the context. Similarly, <xref ref-type="disp-formula" rid="e26">(26)</xref> implies that<disp-formula id="e28">
<mml:math id="m108">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x303;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x303;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x303;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x303;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x394;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(28)</label>
</disp-formula>where, <italic>F</italic>
<sub>
<italic>k</italic>
</sub>&#x2006;:&#x3d;&#x2006;<italic>F</italic>(<italic>s</italic>
<sub>
<italic>k</italic>
</sub>), <italic>&#x3f5;</italic>
<sub>
<italic>k</italic>
</sub>&#x2006;:&#x3d;&#x2006;<italic>&#x3f5;</italic>(<italic>s</italic>
<sub>
<italic>k</italic>
</sub>), <italic>&#x3c3;</italic>
<sub>
<italic>k</italic>
</sub>&#x2006;:&#x3d;&#x2006;<italic>&#x3c3;</italic>(<italic>s</italic>
<sub>
<italic>k</italic>
</sub>), <inline-formula id="inf81">
<mml:math id="m109">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x394;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>:</mml:mo>
<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:mrow>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula>,<inline-formula id="inf82">
<mml:math id="m110">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf83">
<mml:math id="m111">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf84">
<mml:math id="m112">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf85">
<mml:math id="m113">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula>. Note that <inline-formula id="inf86">
<mml:math id="m114">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>sup</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c7;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="&#x2016;" close="&#x2016;">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x394;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and if <italic>s</italic>
<sub>
<italic>k</italic>
</sub> &#x2208; <italic>&#x3c7;</italic> then <inline-formula id="inf87">
<mml:math id="m115">
<mml:mfenced open="&#x2016;" close="&#x2016;">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x394;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula>, for some constant <italic>d</italic>&#x20;&#x3e; 0. While the extrapolation states <italic>s</italic>
<sub>
<italic>k</italic>
</sub> are assumed to&#x20;be constant in this analysis for ease of exposition, the analysis extends in a straightforward manner to time-varying extrapolation&#x20;states that are confined to a compact neighborhood of the origin.</p>
</sec>
<sec id="s5-3">
<title>5.3 Update Laws for Actor and Critic Weights</title>
<p>The actor and the critic weights are held at their initial values over the interval [0, <italic>T</italic>) and starting at <italic>t</italic>&#x20;&#x3d; <italic>T</italic>, using the instantaneous BE <inline-formula id="inf88">
<mml:math id="m116">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> from <xref ref-type="disp-formula" rid="e25">(25)</xref> and extrapolated BEs <inline-formula id="inf89">
<mml:math id="m117">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula> from <xref ref-type="disp-formula" rid="e26">(26)</xref>, the weights are updated according to.<disp-formula id="e29">
<mml:math id="m118">
<mml:mtable class="align" columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x307;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x393;</mml:mi>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x393;</mml:mi>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(29)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e30">
<mml:math id="m119">
<mml:mtable class="align" columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x393;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x307;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x393;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x393;</mml:mi>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x393;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x393;</mml:mi>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x393;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(30)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e31">
<mml:math id="m120">
<mml:mtable class="align" columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x307;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(31)</label>
</disp-formula>with <inline-formula id="inf90">
<mml:math id="m121">
<mml:mi mathvariant="normal">&#x393;</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x393;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula>, where <inline-formula id="inf91">
<mml:math id="m122">
<mml:mi mathvariant="normal">&#x393;</mml:mi>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2265;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula> is a time-varying least-squares gain matrix, <inline-formula id="inf92">
<mml:math id="m123">
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf93">
<mml:math id="m124">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf94">
<mml:math id="m125">
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3e;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> is a constant forgetting factor, and <inline-formula id="inf95">
<mml:math id="m126">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3e;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> are constant adaptation gains. The control commands sent to the system are then computed using the actor weights as<disp-formula id="e32">
<mml:math id="m127">
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfenced open="{" close="">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="cases">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2265;</mml:mo>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:math>
<label>(32)</label>
</disp-formula>where the controller <italic>&#x3c8;</italic> was introduced in <xref ref-type="sec" rid="s14">Assumption 4</xref>. The following verifiable PE-like rank condition is then utilized in the stability analysis.</p>
<p>
<bold>Assumption 7</bold>. There exists a constant <inline-formula id="inf96">
<mml:math id="m128">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:munder accentunder="false">
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo accent="true">&#x332;</mml:mo>
</mml:munder>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3e;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:math>
</inline-formula> such that the set of points <inline-formula id="inf97">
<mml:math id="m129">
<mml:mfenced open="{" close="}">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo stretchy="false">&#x2223;</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>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:math>
</inline-formula> satisfies<disp-formula id="e33">
<mml:math id="m130">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:munder accentunder="false">
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo accent="true">&#x332;</mml:mo>
</mml:munder>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mi>inf</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2265;</mml:mo>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(33)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Since <italic>&#x3c9;</italic>
<sub>
<italic>k</italic>
</sub> is a function of the weight estimates <inline-formula id="inf98">
<mml:math id="m131">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf99">
<mml:math id="m132">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula>, <xref ref-type="sec" rid="s14">Assumption 7</xref> cannot be guaranteed a priori. However, unlike the PE condition, <xref ref-type="sec" rid="s14">Assumption 7</xref> does not impose excitation requirements on the system trajectory, the excitation requirements are imposed on a user-selected set of points in the state space. Furthermore, <xref ref-type="sec" rid="s14">Assumption 7</xref> can be verified online. Since <inline-formula id="inf100">
<mml:math id="m133">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>min</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo movablelimits="false" form="prefix">&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is non-decreasing in the number of samples, <italic>N</italic>, <xref ref-type="sec" rid="s14">Assumption 7</xref> can be met, heuristically, by increasing the number of samples.</p>
</sec>
</sec>
<sec id="s6">
<title>6 Stability Analysis</title>
<p>In the following theorem, the stability of the trajectories of the transformed system, and the estimation errors <inline-formula id="inf101">
<mml:math id="m134">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x303;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf102">
<mml:math id="m135">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x303;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula>, and <inline-formula id="inf103">
<mml:math id="m136">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x303;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are&#x20;shown.</p>
<p>
<bold>Theorem 8</bold>. Provided <xref ref-type="sec" rid="s14">Assumptions 3, 4, and 7</xref> hold, the gains are selected large enough based on <xref ref-type="disp-formula" rid="e32">(46)</xref> - <xref ref-type="disp-formula" rid="e33">(49)</xref> in <xref ref-type="sec" rid="s14">Supplementary Material</xref>, and the weights <inline-formula id="inf104">
<mml:math id="m137">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf105">
<mml:math id="m138">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula>, &#x393;, and <inline-formula id="inf106">
<mml:math id="m139">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula> are updated according to <xref ref-type="disp-formula" rid="e12">(12)</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="e29">(29)</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="e30">(30)</xref>, and <xref ref-type="disp-formula" rid="e31">(31)</xref>, respectively, then the estimation errors <inline-formula id="inf107">
<mml:math id="m140">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x303;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf108">
<mml:math id="m141">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x303;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula>, and <inline-formula id="inf109">
<mml:math id="m142">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x303;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and the trajectories of the transformed system in <bold>(7)</bold> under the controller in <xref ref-type="disp-formula" rid="e32">(32)</xref> are locally uniformly ultimately bounded.</p>
<p>Proof. See Theorem 8 in <xref ref-type="sec" rid="s14">Supplementary Material</xref>.</p>
<p>Using Lemma 1, it can then be concluded that the feedback control law<disp-formula id="e34">
<mml:math id="m143">
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfenced open="{" close="">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="cases">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2265;</mml:mo>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:math>
<label>(34)</label>
</disp-formula>applied to the original system in <xref ref-type="disp-formula" rid="e1">(1)</xref>, achieves the control objective stated in <xref ref-type="sec" rid="s2_1">Section&#x20;2.1</xref>.</p>
</sec>
<sec id="s7">
<title>7 Simulation</title>
<p>To demonstrate the performance of the developed method, two simulation results, one for a two-state dynamical system, and one for a four-state dynamical system corresponding to a two-link planar robot manipulator, are provided.<xref ref-type="fn" rid="FN2">
<sup>2</sup>
</xref>
</p>
<sec id="s7_1">
<title>7.1 Two State Dynamical System</title>
<p>The dynamical system is given by<disp-formula id="e35">
<mml:math id="m144">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x307;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:math>
<label>(35)</label>
</disp-formula>where<disp-formula id="e36">
<mml:math id="m145">
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="matrix">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(36)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>
<inline-formula id="inf110">
<mml:math id="m146">
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:math>
</inline-formula>, and <italic>g</italic>(<italic>x</italic>) &#x3d; [0;&#x2009;cos(2<italic>x</italic>
<sub>1</sub>) &#x2b; 2]. The BT version of the system can be expressed in the form <bold>(7)</bold> with <inline-formula id="inf111">
<mml:math id="m147">
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf112">
<mml:math id="m148">
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="matrix">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:math>
</inline-formula>, where<disp-formula id="equ1">
<mml:math id="m149">
<mml:mtable class="gather-star">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>and</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
</disp-formula>
</p>
<p>The state <italic>x</italic> &#x3d; <inline-formula id="inf113">
<mml:math id="m150">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mspace width="0.3333em"/>
<mml:mspace width="0.3333em"/>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula> needs to satisfy the constraints <italic>x</italic>
<sub>1</sub> &#x2208; (&#x2212;7, 5) and <italic>x</italic>
<sub>2</sub> &#x2208; (&#x2212;5, 7). The objective for the controller is to minimize the infinite horizon cost function in <xref ref-type="disp-formula" rid="e17">(17)</xref>, with <italic>Q</italic>&#x20;&#x3d; diag(10, 10) and <italic>R</italic>&#x20;&#x3d; 0.1. The basis functions for value function approximation are selected as <inline-formula id="inf114">
<mml:math id="m151">
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. The initial conditions for the system and the initial guesses for the weights and parameters are selected as <italic>x</italic> (0) &#x3d; [ &#x2212; 6.5; 6.5], <inline-formula id="inf115">
<mml:math id="m152">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:math>
</inline-formula>, &#x393;(0)&#x2009;&#x3d;&#x2009;diag&#x2009;(1,&#x2009;1,&#x2009;1), and&#x20;<inline-formula id="inf116">
<mml:math id="m153">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:math>
</inline-formula>. The ideal&#x20;values of the unknown parameters in the system model&#x20;are <italic>&#x3b8;</italic>
<sub>1</sub> &#x3d; 1, <italic>&#x3b8;</italic>
<sub>2</sub> &#x3d; &#x2212; 1, <italic>&#x3b8;</italic>
<sub>3</sub> &#x3d; &#x2212; 0.5, <italic>&#x3b8;</italic>
<sub>4</sub> &#x3d; 0.5, and the ideal values of the actor and the critic weights are unknown. The&#x20;simulation uses 100 fixed Bellman error extrapolation points in a 4&#x20;&#xd7; 4 square around the origin of the <italic>s</italic>&#x20;&#x2212; coordinate system.</p>
<sec id="s7_1_1">
<title>7.1.1 Results for the Two State System</title>
<p>As seen from <xref ref-type="fig" rid="F2">Figure&#x20;2</xref>, the system state stays within the user-specified safe set while converging to the origin. The results in <xref ref-type="fig" rid="F3">Figure&#x20;3</xref> indicate that the unknown weights for both the actor and critic NNs converge to similar values. As demonstrated in <xref ref-type="fig" rid="F4">Figure&#x20;4</xref> the parameter estimation errors also converge to a small neighborhood of the origin.</p>
<fig id="F2" position="float">
<label>FIGURE 2</label>
<caption>
<p>Phase portrait for the two-state dynamical system using MBRL with FCL in the original coordinates. The boxed area represents the user-selected safe&#x20;set.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="frobt-08-733104-g002.tif"/>
</fig>
<fig id="F3" position="float">
<label>FIGURE 3</label>
<caption>
<p>Estimates of the actor and the critic weights under nominal gains for the two-state dynamical system.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="frobt-08-733104-g003.tif"/>
</fig>
<fig id="F4" position="float">
<label>FIGURE 4</label>
<caption>
<p>Estimates of the unknown parameters in the system under the nominal gains for the two-state dynamical system. The dash lines in the figure indicates the ideal values of the parameters.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="frobt-08-733104-g004.tif"/>
</fig>
<p>Since the ideal actor and critic weights are unknown, the estimates cannot be directly compared against the ideal weights. To gauge the quality of the estimates, the trajectory generated by the controller <inline-formula id="inf117">
<mml:math id="m154">
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2a;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula> where <inline-formula id="inf118">
<mml:math id="m155">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2a;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula> is the final value of the critic weights obtained in <xref ref-type="fig" rid="F3">Figure&#x20;3</xref>, starting from a specific initial condition, is compared against the trajectory obtained using an <italic>offline</italic> numerical solution computed using the GPOPS II optimization software [see, e.g., <xref ref-type="bibr" rid="B25">Patterson and Rao (2014)</xref>]. The total cost, generated by numerically integrating <xref ref-type="disp-formula" rid="e17">(17)</xref>, is used as the metric for comparison. The costs are computed over a finite horizon, selected to be roughly 5&#x20;times the time constant of the optimal trajectories. The results in <xref ref-type="table" rid="T1">Table&#x20;1</xref> indicate that while the two solution techniques generate slightly different trajectories in the phase space (see <xref ref-type="fig" rid="F5">Figure&#x20;5</xref>) the total cost of the trajectories is similar.</p>
<table-wrap id="T1" position="float">
<label>TABLE 1</label>
<caption>
<p>Comparison of costs for a single barrier transformed trajectory of <xref ref-type="disp-formula" rid="e35">(35)</xref>, obtained using the optimal feedback controller generated <italic>via</italic> the developed method, and obtained using pseudospectral numerical optimal control software.</p>
</caption>
<table>
<thead valign="top">
<tr>
<th align="left">Method</th>
<th align="center">Cost</th>
</tr>
</thead>
<tbody valign="top">
<tr>
<td align="left">BT MBRL with FCL</td>
<td align="char" char=".">71.8422</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">GPOPS II (Patterson and Rao&#xa0;(2014))</td>
<td align="char" char=".">72.9005</td>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
<fig id="F5" position="float">
<label>FIGURE 5</label>
<caption>
<p>Comparison of the optimal trajectories obtained using GPOPS II and using BT MBRL with FCL and fixed optimal weights for the two-state dynamical system.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="frobt-08-733104-g005.tif"/>
</fig>
</sec>
<sec id="s7_1_2">
<title>7.1.2 Sensitivity Analysis for the Two State System</title>
<p>To study the sensitivity of the developed technique to changes in various tuning parameters, a one-at-a-time sensitivity analysis is performed. The parameters <italic>k</italic>
<sub>
<italic>c</italic>1</sub>, <italic>k</italic>
<sub>
<italic>c</italic>2</sub>, <italic>k</italic>
<sub>
<italic>a</italic>1</sub>, <italic>k</italic>
<sub>
<italic>a</italic>2</sub>, <italic>&#x3b2;</italic>, and <italic>v</italic> are selected for the sensitivity analysis. The costs of the trajectories, under the optimal feedback controller obtained using the developed method, are presented in <xref ref-type="table" rid="T2">Table&#x20;2</xref> for five different values of each parameter. The parameters are varied in a neighborhood of the nominal values (selected through trial and error) <italic>k</italic>
<sub>
<italic>c</italic>1</sub> &#x3d; 0.3, <italic>k</italic>
<sub>
<italic>c</italic>2</sub> &#x3d; 5, <italic>k</italic>
<sub>
<italic>a</italic>1</sub> &#x3d; 180, <italic>k</italic>
<sub>
<italic>a</italic>2</sub> &#x3d; 0.0001, <italic>&#x3b2;</italic> &#x3d; 0.03, and <italic>v</italic>&#x20;&#x3d; 0.5. The value of <italic>&#x3b2;</italic>
<sub>1</sub> is set to be diag(50, 50, 50, 50). The results in <xref ref-type="table" rid="T2">Table&#x20;2</xref> indicate that the developed method is robust to small changes in the learning&#x20;gains.</p>
<table-wrap id="T2" position="float">
<label>TABLE 2</label>
<caption>
<p>Sensitivity Analysis for the two state system.</p>
</caption>
<table>
<tbody valign="top">
<tr>
<td align="left">
<inline-formula id="inf119">
<mml:math id="m156">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula> &#x3d;</td>
<td align="center">0.01</td>
<td align="center">0.05</td>
<td align="center">0.1</td>
<td align="center">0.2</td>
<td align="center">0.3</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">Cost</td>
<td align="char" char=".">72.7174</td>
<td align="char" char=".">72.6919</td>
<td align="char" char=".">72.5378</td>
<td align="char" char=".">72.3019</td>
<td align="char" char=".">72.1559</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">
<inline-formula id="inf120">
<mml:math id="m157">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula> &#x3d;</td>
<td align="char" char=".">2</td>
<td align="char" char=".">3</td>
<td align="char" char=".">5</td>
<td align="char" char=".">10</td>
<td align="char" char=".">15</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">Cost</td>
<td align="char" char=".">71.7476</td>
<td align="char" char=".">72.3198</td>
<td align="char" char=".">72.1559</td>
<td align="char" char=".">71.8344</td>
<td align="char" char=".">71.7293</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">
<inline-formula id="inf121">
<mml:math id="m158">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula> &#x3d;</td>
<td align="char" char=".">175</td>
<td align="char" char=".">180</td>
<td align="char" char=".">250</td>
<td align="char" char=".">500</td>
<td align="char" char=".">1,000</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">Cost</td>
<td align="char" char=".">72.1568</td>
<td align="char" char=".">72.1559</td>
<td align="char" char=".">72.1384</td>
<td align="char" char=".">72.1085</td>
<td align="char" char=".">72.0901</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">
<inline-formula id="inf122">
<mml:math id="m159">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula> &#x3d;</td>
<td align="char" char=".">0.0001</td>
<td align="char" char=".">0.0009</td>
<td align="char" char=".">0.001</td>
<td align="char" char=".">0.005</td>
<td align="char" char=".">0.01</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">Cost</td>
<td align="char" char=".">72.1559</td>
<td align="char" char=".">72.1559</td>
<td align="char" char=".">72.1559</td>
<td align="char" char=".">72.1559</td>
<td align="char" char=".">72.1559</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">
<italic>&#x3b2;</italic> &#x3d;</td>
<td align="char" char=".">0.001</td>
<td align="char" char=".">0.005</td>
<td align="char" char=".">0.01</td>
<td align="char" char=".">0.03</td>
<td align="char" char=".">0.04</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">Cost</td>
<td align="char" char=".">72.2141</td>
<td align="char" char=".">72.1559</td>
<td align="char" char=".">72.1958</td>
<td align="char" char=".">72.1559</td>
<td align="char" char=".">72.1352</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">
<italic>v</italic> &#x3d;</td>
<td align="char" char=".">0.5</td>
<td align="char" char=".">1</td>
<td align="char" char=".">10</td>
<td align="char" char=".">50</td>
<td align="char" char=".">100</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">Cost</td>
<td align="char" char=".">72.1559</td>
<td align="char" char=".">72.4054</td>
<td align="char" char=".">72.6582</td>
<td align="char" char=".">79.1540</td>
<td align="char" char=".">81.32</td>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
</sec>
</sec>
<sec id="s7_2">
<title>7.2 Four State Dynamical System</title>
<p>The four-state dynamical system corresponding to a two-link planar robot manipulator is given by<disp-formula id="e37">
<mml:math id="m160">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x307;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:math>
<label>(37)</label>
</disp-formula>where<disp-formula id="e38">
<mml:math id="m161">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="matrix">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="matrix">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="matrix">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="0.3333em"/>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="0.3333em"/>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="0.3333em"/>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="0.3333em"/>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="0.3333em"/>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="0.3333em"/>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(38)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e39">
<mml:math id="m162">
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="matrix">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0,0</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0,0</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>diag</mml:mi>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="matrix">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>tanh</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>tanh</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(39)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e40">
<mml:math id="m163">
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="matrix">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>and</mml:mi>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="matrix">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(40)</label>
</disp-formula>with <italic>s</italic>
<sub>2</sub> &#x3d; sin(<italic>x</italic>
<sub>2</sub>), <italic>c</italic>
<sub>2</sub> &#x3d; cos(<italic>x</italic>
<sub>2</sub>), <italic>p</italic>
<sub>1</sub> &#x3d; 3.473, <italic>p</italic>
<sub>2</sub> &#x3d; 0.196, and <italic>p</italic>
<sub>3</sub> &#x3d; 0.242. The state <italic>x</italic> &#x3d; <inline-formula id="inf125">
<mml:math id="m166">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mspace width="0.3333em"/>
<mml:mspace width="0.3333em"/>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mspace width="0.3333em"/>
<mml:mspace width="0.3333em"/>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mspace width="0.3333em"/>
<mml:mspace width="0.3333em"/>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula>, that corresponds to angular positions and the angular velocities of the two links, needs to satisfy the constraints <italic>x</italic>
<sub>1</sub> &#x2208; (&#x2212;7, 5), <italic>x</italic>
<sub>2</sub> &#x2208; (&#x2212;7, 5), <italic>x</italic>
<sub>3</sub> &#x2208; (&#x2212;5, 7), and <italic>x</italic>
<sub>4</sub> &#x2208; (&#x2212;5, 7). The objective for the controller is to minimize the infinite horizon cost function in <xref ref-type="disp-formula" rid="e17">(17)</xref>, with <italic>Q</italic>&#x20;&#x3d; diag(1, 1, 1, 1) and <italic>R</italic>&#x20;&#x3d; diag(1, 1) while identifying the unknown parameters <inline-formula id="inf126">
<mml:math id="m167">
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula> that&#x20;correspond to static and dynamic friction coefficients in the&#x20;two&#x20;links. The ideal values of the unknown parameters are&#x20;<italic>&#x3b8;</italic>
<sub>1</sub>&#x20;&#x3d; 5.3, <italic>&#x3b8;</italic>
<sub>2</sub> &#x3d; 1.1, <italic>&#x3b8;</italic>
<sub>3</sub> &#x3d; 8.45, and <italic>&#x3b8;</italic>
<sub>4</sub> &#x3d; 2.35. The basis functions&#x20;for&#x20;value function approximation are selected as <inline-formula id="inf127">
<mml:math id="m168">
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. The initial conditions for the system and the initial guesses for the weights and parameters are selected as <italic>x</italic> (0) &#x3d; [&#x2212;5; &#x2212;5; 5; 5], <inline-formula id="inf128">
<mml:math id="m169">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mn>5</mml:mn>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mn>5</mml:mn>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mn>5</mml:mn>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mn>5</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:math>
</inline-formula>, &#x393;(0) &#x3d; diag(10, 10, 10, 10, 10, 10, 10, 10, 10, 10), and <inline-formula id="inf129">
<mml:math id="m170">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mn>60</mml:mn>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mn>40</mml:mn>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:math>
</inline-formula>. The ideal&#x20;values of the actor and the critic weights are unknown. The simulation uses 100 fixed Bellman error extrapolation points&#x20;in a 4&#x20;&#xd7; 4 square around the origin of the <italic>s</italic>&#x20;&#x2212; coordinate system.</p>
<sec id="s7_2_1">
<title>7.2.1 Results for the Four State System</title>
<p>As seen from <xref ref-type="fig" rid="F6">Figure&#x20;6</xref>, the system state stays within the user specified safe set while converging to the origin. As demonstrated in <xref ref-type="fig" rid="F7">Figures&#x20;7</xref> and <xref ref-type="fig" rid="F8">8</xref>, the actor and the critic weights converge, and estimates of the unknown parameters in the system model converge to their true values. Since the true actor and critic weights are unknown, the learned optimal controller is compared with an offline numerical optimal controller. The results of the comparison (see <xref ref-type="table" rid="T3">Table&#x20;3</xref>) indicate that the two solution techniques generate slightly different trajectories in the state space (see <xref ref-type="fig" rid="F9">Figure&#x20;9</xref>) and that the total cost resulting from the learned controller is higher. We hypothesize that the difference in costs can be attributed to the exact basis for value function approximation being unknown.</p>
<fig id="F6" position="float">
<label>FIGURE 6</label>
<caption>
<p>State trajectories for the four-state dynamical system using MBRL with FCL in the original coordinates. The dash lines represent the user-selected safe&#x20;set.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="frobt-08-733104-g006.tif"/>
</fig>
<fig id="F7" position="float">
<label>FIGURE 7</label>
<caption>
<p>Estimates of the critic weights under nominal gains for the four-state dynamical system.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="frobt-08-733104-g007.tif"/>
</fig>
<fig id="F8" position="float">
<label>FIGURE 8</label>
<caption>
<p>Estimates of the unknown parameters in the system under the nominal gains for the four-state dynamical system. The dash lines in the figure indicates the ideal values of the parameters.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="frobt-08-733104-g008.tif"/>
</fig>
<table-wrap id="T3" position="float">
<label>TABLE 3</label>
<caption>
<p>Costs for a single barrier transformed trajectory of <xref ref-type="disp-formula" rid="e37">(37)</xref>, obtained using the developed method, and using pseudospectral numerical optimal control software.</p>
</caption>
<table>
<thead valign="top">
<tr>
<th align="left">Method</th>
<th align="center">Cost</th>
</tr>
</thead>
<tbody valign="top">
<tr>
<td align="left">BT MBRL with FCL</td>
<td align="char" char=".">95.1490</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">GPOPS II</td>
<td align="char" char=".">57.8740</td>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
<fig id="F9" position="float">
<label>FIGURE 9</label>
<caption>
<p>Comparison of the optimal angular position <bold>(top)</bold> and angular velocity <bold>(bottom)</bold> trajectories obtained using GPOPS II and BT MBRL with fixed optimal weights for the four-state dynamical system.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="frobt-08-733104-g009.tif"/>
</fig>
<p>In summary, the newly developed method can achieve online optimal control thorough a BT MBRL approach while estimating the value of the unknown parameters in the system dynamics and ensuring safety guarantees in the original coordinates during the learning&#x20;phase.</p>
<p>The following section details a one-at-a-time sensitivity analysis and study the sensitivity of the developed technique to changes in various tuning parameters.</p>
</sec>
<sec id="s7_2_2">
<title>7.2.2 Sensitivity Analysis for the Four State System</title>
<p>The parameters <italic>k</italic>
<sub>
<italic>c</italic>1</sub>, <italic>k</italic>
<sub>
<italic>c</italic>2</sub>, <italic>k</italic>
<sub>
<italic>a</italic>1</sub>, <italic>k</italic>
<sub>
<italic>a</italic>2</sub>, <italic>&#x3b2;</italic>, and <italic>v</italic> are selected for the sensitivity analysis. The costs of the trajectories under the optimal feedback controller, obtained using the developed method, are presented in <xref ref-type="table" rid="T4">Table&#x20;4</xref> for five different values of each parameter.</p>
<table-wrap id="T4" position="float">
<label>TABLE 4</label>
<caption>
<p>Sensitivity Analysis for the four state system.</p>
</caption>
<table>
<tbody valign="top">
<tr>
<td align="left">
<inline-formula id="inf130">
<mml:math id="m171">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula> &#x3d;</td>
<td align="center">0.01</td>
<td align="center">0.05</td>
<td align="center">0.1</td>
<td align="center">0.5</td>
<td align="center">1</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">Cost</td>
<td align="char" char=".">95.91</td>
<td align="char" char=".">95.4185</td>
<td align="char" char=".">95.1490</td>
<td align="char" char=".">94.1607</td>
<td align="char" char=".">93.5487</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">
<inline-formula id="inf131">
<mml:math id="m172">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula> &#x3d;</td>
<td align="char" char=".">1</td>
<td align="char" char=".">5</td>
<td align="char" char=".">10</td>
<td align="char" char=".">20</td>
<td align="char" char=".">30</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">Cost</td>
<td align="char" char=".">304.4</td>
<td align="char" char=".">101.0786</td>
<td align="char" char=".">95.1490</td>
<td align="char" char=".">92.7148</td>
<td align="char" char=".">93.729</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">
<inline-formula id="inf132">
<mml:math id="m173">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula> &#x3d;</td>
<td align="char" char=".">5</td>
<td align="char" char=".">10</td>
<td align="char" char=".">20</td>
<td align="char" char=".">30</td>
<td align="char" char=".">50</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">Cost</td>
<td align="char" char=".">94.9464</td>
<td align="char" char=".">95.1224</td>
<td align="char" char=".">95.1490</td>
<td align="char" char=".">95.1736</td>
<td align="char" char=".">95.1974</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">
<inline-formula id="inf133">
<mml:math id="m174">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula> &#x3d;</td>
<td align="char" char=".">0.05</td>
<td align="char" char=".">0.1</td>
<td align="char" char=".">0.2</td>
<td align="char" char=".">0.5</td>
<td align="char" char=".">1</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">Cost</td>
<td align="char" char=".">95.2750</td>
<td align="char" char=".">95.2480</td>
<td align="char" char=".">95.1490</td>
<td align="char" char=".">94.9580</td>
<td align="char" char=".">94.6756</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">
<italic>&#x3b2;</italic> &#x3d;</td>
<td align="char" char=".">0.1</td>
<td align="char" char=".">0.5</td>
<td align="char" char=".">0.8</td>
<td align="char" char=".">0.9</td>
<td align="char" char=".">0.95</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">Cost</td>
<td align="char" char=".">125.33</td>
<td align="char" char=".">109.7721</td>
<td align="char" char=".">95.1490</td>
<td align="char" char=".">92.91</td>
<td align="char" char=".">93.7231</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">
<italic>v</italic> &#x3d;</td>
<td align="char" char=".">50</td>
<td align="char" char=".">70</td>
<td align="char" char=".">100</td>
<td align="char" char=".">125</td>
<td align="char" char=".">150</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">Cost</td>
<td align="char" char=".">92.2836</td>
<td align="char" char=".">93.34</td>
<td align="char" char=".">95.1490</td>
<td align="char" char=".">96.1926</td>
<td align="char" char=".">97.9870</td>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
<p>The parameters are varied in a neighborhood of the nominal values (selected through trial and error) <italic>k</italic>
<sub>
<italic>c</italic>1</sub> &#x3d; 0.1, <italic>k</italic>
<sub>
<italic>c</italic>2</sub> &#x3d; 10, <italic>k</italic>
<sub>
<italic>a</italic>1</sub> &#x3d; 20, <italic>k</italic>
<sub>
<italic>a</italic>2</sub> &#x3d; 0.2, <italic>&#x3b2;</italic> &#x3d; 0.8, and <italic>v</italic>&#x20;&#x3d; 100. The value of <italic>&#x3b2;</italic>
<sub>1</sub> is set to be diag(100, 100, 100, 100).</p>
<p>The results in <xref ref-type="table" rid="T2">Tables 2</xref> and <xref ref-type="table" rid="T4">4</xref>, indicate that the developed method is not sensitive to small changes in the learning gains. While reduced sensitivity to gains simplifies gain selection, as indicated by the local stability result, the developed method is sensitive to selection of basis functions and initial guesses of the unknown weights. Due to high dimensionality of the vector of unknown weights, a complete characterization of the region of attraction is computationally difficult. As such, the basis functions and the initial guess were selected <italic>via</italic> trial and&#x20;error.</p>
</sec>
</sec>
</sec>
<sec id="s8">
<title>8 Conclusion</title>
<p>This paper develops a novel online safe control synthesis technique which relies on a nonlinear coordinate transformation that transforms a constrained optimal control problem into an unconstrained optimal control problem. A model of the system in the transformed coordinates is simultaneously learned and utilized to simulate experience. Simulated experience is used to realize convergent RL under relaxed excitation requirements. Safety of the closed-loop system, expressed in terms of box constraint, regulation of the system states to a neighborhood of the origin, and convergence of the estimated policy to a neighborhood of the optimal policy in transformed coordinates is established using a Lyapunov-based stability analysis.</p>
<p>While the main result of the paper states that the state is uniformly ultimately bounded, the simulation results hint towards asymptotic convergence of the part of the state that corresponds to the system trajectories, <italic>x</italic> (&#x22c5;). Proving such a result is a part of future research.</p>
<p>Limitations and possible extensions of the ideas presented in this paper revolve around two key issues: (a) safety, and (b) online learning and optimization. The barrier function used in the BT to address safety can only ensure a fixed box constraint. A more generic and adaptive barrier function, constructed, perhaps, using sensor data is a subject for future research.</p>
<p>For optimal learning, parametric approximation techniques are used to approximate the value functions in this paper. Parametric approximation of the value function requires selection of appropriate basis functions which may be hard to find for the barrier-transformed dynamics. Developing techniques to systematically determine a set of basis functions for real-world systems is a subject for future research.</p>
<p>The barrier transformation method to ensure safety relies on knowledge of the dynamics of the system. While this paper addresses parametric uncertainties, the BE method could potentially result in a safety violation due to unmodeled dynamics. In particular, the safety guarantees developed in this paper rely on the relationship (<xref ref-type="sec" rid="s3-2">Lemma 1)</xref> between trajectories of the original dynamics and the transformed system, which holds in the presence of parametric uncertainty, but fails if a part of the dynamics is not included in the original model. Further research is needed to establish safety guarantees that are robust to unmodeled dynamics (for a differential games approach to robust safety, see <xref ref-type="bibr" rid="B36">Yang et&#x20;al. (2020)</xref>).</p>
</sec>
</body>
<back>
<sec id="s9">
<title>Data Availability Statement</title>
<p>The original contributions presented in the study are included in the article/<xref ref-type="sec" rid="s14">Supplementary Material</xref>, further inquiries can be directed to the corresponding author.</p>
</sec>
<sec id="s10">
<title>Author Contributions</title>
<p>NM: Conceptualization, Methodology, Validation, Resources, Investigation, Numerical experiment, Formal analysis, Writing&#x2014;Original Draft; SN: Writing&#x2014;Reviewing; ZB: Writing&#x2014;Reviewing; RK: Conceptualization, Formal analysis- Reviewing and Editing; Writing&#x2014;Reviewing and Editing, Supervision.</p>
</sec>
<sec id="s11">
<title>Funding</title>
<p>This research was supported, in part, by the Air Force Research Laboratories under award number FA8651-19-2-0009. Any opinions, findings, or recommendations in this article are those of the author(s), and do not necessarily reflect the views of the sponsoring agencies.</p>
</sec>
<sec sec-type="COI-statement" id="s12">
<title>Conflict of Interest</title>
<p>The authors declare that the research was conducted in the absence of any commercial or financial relationships that could be construed as a potential conflict of interest.</p>
</sec>
<sec id="s13" sec-type="disclaimer">
<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>
<sec id="s14">
<title>Supplementary Material</title>
<p>The Supplementary Material for this article can be found online at: <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/frobt.2021.733104/full#supplementary-material">https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/frobt.2021.733104/full&#x23;supplementary-material</ext-link>
</p>
<supplementary-material xlink:href="DataSheet1.pdf" id="SM1" mimetype="application/pdf" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink"/>
</sec>
<fn-group>
<fn id="FN1">
<label>1</label>
<p>For applications with bounded control inputs, a non-quadratic penalty function similar to <xref ref-type="disp-formula" rid="e17">Eq. 17</xref> of <xref ref-type="bibr" rid="B36">Yang et&#x20;al. (2020)</xref> can be incorporated in&#x20;<xref ref-type="disp-formula" rid="e17">(17)</xref>.</p>
</fn>
<fn id="FN2">
<label>2</label>
<p>The source code for these simulations is available at <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://github.com/scc-lab/publications-code/tree/master/2021-Frontiers-BT-MBRL">https://github.com/scc-lab/publications-code/tree/master/2021-Frontiers-BT-MBRL</ext-link>.</p>
</fn>
</fn-group>
<ref-list>
<title>References</title>
<ref id="B1">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Adetola</surname>
<given-names>V.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Guay</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2008</year>). <article-title>Finite-time Parameter Estimation in Adaptive Control of Nonlinear Systems</article-title>. <source>IEEE Trans. Automat. Contr.</source> <volume>53</volume>, <fpage>807</fpage>&#x2013;<lpage>811</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/tac.2008.919568</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B2">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Ames</surname>
<given-names>A. D.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Xu</surname>
<given-names>X.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Grizzle</surname>
<given-names>J.&#x20;W.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Tabuada</surname>
<given-names>P.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2017</year>). <article-title>Control Barrier Function Based Quadratic Programs for Safety Critical Systems</article-title>. <source>IEEE Trans. Automat. Contr.</source> <volume>62</volume>, <fpage>3861</fpage>&#x2013;<lpage>3876</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/TAC.2016.2638961</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B3">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Bechlioulis</surname>
<given-names>C. P.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Rovithakis</surname>
<given-names>G. A.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2009</year>). <article-title>Adaptive Control with Guaranteed Transient and Steady State Tracking Error Bounds for Strict Feedback Systems</article-title>. <source>Automatica</source> <volume>45</volume>, <fpage>532</fpage>&#x2013;<lpage>538</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.automatica.2008.08.012</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B4">
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Bertsekas</surname>
<given-names>D. P.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2011</year>). <source>Dynamic Programming and Optimal Control</source>. <edition>3rd edition</edition>, <volume>II</volume>. <publisher-loc>Belmont, MA</publisher-loc>: <publisher-name>Athena Scientific</publisher-name>. </citation>
</ref>
<ref id="B5">
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Bhasin</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kamalapurkar</surname>
<given-names>R.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Johnson</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Vamvoudakis</surname>
<given-names>K. G.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lewis</surname>
<given-names>F. L.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Dixon</surname>
<given-names>W. E.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2012</year>). &#x201c;<article-title>An Actor-Critic-Identifier Architecture for Adaptive Approximate Optimal Control</article-title>,&#x201d; in <source>Reinforcement Learning and Approximate Dynamic Programming for Feedback Control</source>. Editors <person-group person-group-type="editor">
<name>
<surname>Lewis</surname>
<given-names>F. L.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Liu</surname>
<given-names>D.</given-names>
</name>
</person-group> (<publisher-loc>Piscataway, NJ, USA</publisher-loc>: <publisher-name>Wiley and IEEE Press</publisher-name>), <fpage>258</fpage>&#x2013;<lpage>278</lpage>. <comment>IEEE Press Series on Computational Intelligence</comment>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1002/9781118453988.ch12</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B6">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Bhasin</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kamalapurkar</surname>
<given-names>R.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Johnson</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Vamvoudakis</surname>
<given-names>K. G.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lewis</surname>
<given-names>F. L.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Dixon</surname>
<given-names>W. E.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2013</year>). <article-title>A Novel Actor-Critic-Identifier Architecture for Approximate Optimal Control of Uncertain Nonlinear Systems</article-title>. <source>Automatica</source> <volume>49</volume>, <fpage>89</fpage>&#x2013;<lpage>92</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.automatica.2012.09.019</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B7">
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Choi</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Casta&#xf1;eda</surname>
<given-names>F.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Tomlin</surname>
<given-names>C.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Sreenath</surname>
<given-names>K.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2020</year>). &#x201c;<article-title>Reinforcement Learning for Safety-Critical Control under Model Uncertainty, Using Control Lyapunov Functions and Control Barrier Functions</article-title>,&#x201d; in <conf-name>Proceedings of Robotics: Science and Systems</conf-name>, <conf-loc>Corvalis, Oregon, USA</conf-loc>, <conf-date>July 12&#x2013;16, 2020</conf-date>. <pub-id pub-id-type="doi">10.15607/RSS.2020.XVI.088</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B8">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Cohen</surname>
<given-names>M. H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Belta</surname>
<given-names>C.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2020</year>). &#x201c;<article-title>Approximate Optimal Control for Safety-Critical Systems with Control Barrier Functions</article-title>,&#x201d; in <conf-name>Proceedings of the IEEE Conference on Decision and Control</conf-name>, <conf-loc>Jeju, Korea (South)</conf-loc>, <conf-date>14&#x2013;18 Dec. 2020</conf-date>, <fpage>2062</fpage>&#x2013;<lpage>2067</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/CDC42340.2020.9303896</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B9">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Deptula</surname>
<given-names>P.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Chen</surname>
<given-names>H.-Y.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Licitra</surname>
<given-names>R. A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Rosenfeld</surname>
<given-names>J.&#x20;A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Dixon</surname>
<given-names>W. E.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2020</year>). <article-title>Approximate Optimal Motion Planning to Avoid Unknown Moving Avoidance Regions</article-title>. <source>IEEE Trans. Robot.</source> <volume>36</volume>, <fpage>414</fpage>&#x2013;<lpage>430</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/TRO.2019.2955321</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B10">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Doya</surname>
<given-names>K.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2000</year>). <article-title>Reinforcement Learning in Continuous Time and Space</article-title>. <source>Neural Comput.</source> <volume>12</volume>, <fpage>219</fpage>&#x2013;<lpage>245</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1162/089976600300015961</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B11">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Graichen</surname>
<given-names>K.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Petit</surname>
<given-names>N.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2009</year>). <article-title>Incorporating a Class of Constraints into the Dynamics of Optimal Control Problems</article-title>. <source>Optim. Control. Appl. Meth.</source> <volume>30</volume>, <fpage>537</fpage>&#x2013;<lpage>561</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1002/oca.880</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B12">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Greene</surname>
<given-names>M. L.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Deptula</surname>
<given-names>P.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Nivison</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Dixon</surname>
<given-names>W. E.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2020</year>). <article-title>Sparse Learning-Based Approximate Dynamic Programming with Barrier Constraints</article-title>. <source>IEEE Control. Syst. Lett.</source> <volume>4</volume>, <fpage>743</fpage>&#x2013;<lpage>748</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/LCSYS.2020.2977927</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B13">
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Greene</surname>
<given-names>M. L.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Deptula</surname>
<given-names>P.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kamalapurkar</surname>
<given-names>R.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Dixon</surname>
<given-names>W. E.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2021</year>). &#x201c;<article-title>Mixed Density Methods for Approximate Dynamic Programming</article-title>,&#x201d; in <source>Handbook of Reinforcement Learning and Control</source>. <source>Studies in Systems, Decision and Control</source>. Editors <person-group person-group-type="editor">
<name>
<surname>Vamvoudakis</surname>
<given-names>K. G.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wan</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lewis</surname>
<given-names>F.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Cansever</surname>
<given-names>D.</given-names>
</name>
</person-group> (<publisher-loc>Cham, Switzerland</publisher-loc>: <publisher-name>Springer International Publishing</publisher-name>), <volume>325</volume>, <fpage>139</fpage>&#x2013;<lpage>172</lpage>. <comment>chap. 5.</comment> <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/978-3-030-60990-0_5</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B14">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>He</surname>
<given-names>W.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Li</surname>
<given-names>Z.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Chen</surname>
<given-names>C. L. P.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2017</year>). <article-title>A Survey of Human-Centered Intelligent Robots: Issues and Challenges</article-title>. <source>Ieee/caa J.&#x20;Autom. Sin.</source> <volume>4</volume>, <fpage>602</fpage>&#x2013;<lpage>609</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/jas.2017.7510604</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B15">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Kamalapurkar</surname>
<given-names>R.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Rosenfeld</surname>
<given-names>J.&#x20;A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Dixon</surname>
<given-names>W. E.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2016a</year>). <article-title>Efficient Model-Based Reinforcement Learning for Approximate Online Optimal Control</article-title>. <source>Automatica</source> <volume>74</volume>, <fpage>247</fpage>&#x2013;<lpage>258</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.automatica.2016.08.004</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B16">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Kamalapurkar</surname>
<given-names>R.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Walters</surname>
<given-names>P.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Dixon</surname>
<given-names>W. E.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2016b</year>). <article-title>Model-based Reinforcement Learning for Approximate Optimal Regulation</article-title>. <source>Automatica</source> <volume>64</volume>, <fpage>94</fpage>&#x2013;<lpage>104</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.automatica.2015.10.039</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B17">
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Kamalapurkar</surname>
<given-names>R.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Walters</surname>
<given-names>P.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Rosenfeld</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Dixon</surname>
<given-names>W.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2018</year>). &#x201c;<article-title>Reinforcement Learning for Optimal Feedback Control: A Lyapunov-Based Approach</article-title>,&#x201d; in <source>Communications and Control Engineering</source>. <publisher-loc>Cham, Switzerland</publisher-loc>: <publisher-name>Springer International Publishing</publisher-name>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/978-3-319-78384-0</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B18">
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Khalil</surname>
<given-names>H. K.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2002</year>). <source>Nonlinear Systems</source>. <edition>third edn.</edition> <publisher-loc>Upper Saddle River, NJ</publisher-loc>: <publisher-name>Prentice-Hall</publisher-name>. </citation>
</ref>
<ref id="B19">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Kiumarsi</surname>
<given-names>B.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lewis</surname>
<given-names>F. L.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Modares</surname>
<given-names>H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Karimpour</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Naghibi-Sistani</surname>
<given-names>M.-B.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2014</year>). <article-title>Reinforcement -Learning for Optimal Tracking Control of Linear Discrete-Time Systems with Unknown Dynamics</article-title>. <source>Automatica</source> <volume>50</volume>, <fpage>1167</fpage>&#x2013;<lpage>1175</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.automatica.2014.02.015</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B20">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Lewis</surname>
<given-names>F. L.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Vrabie</surname>
<given-names>D.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2009</year>). <article-title>Reinforcement Learning and Adaptive Dynamic Programming for Feedback Control</article-title>. <source>IEEE Circuits Syst. Mag.</source> <volume>9</volume>, <fpage>32</fpage>&#x2013;<lpage>50</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/mcas.2009.933854</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B21">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Liu</surname>
<given-names>D.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wei</surname>
<given-names>Q.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2014</year>). <article-title>Policy Iteration Adaptive Dynamic Programming Algorithm for Discrete-Time Nonlinear Systems</article-title>. <source>IEEE Trans. Neural Netw. Learn. Syst.</source> <volume>25</volume>, <fpage>621</fpage>&#x2013;<lpage>634</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/TNNLS.2013.2281663</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B22">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Marvi</surname>
<given-names>Z.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kiumarsi</surname>
<given-names>B.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2021</year>). <article-title>Safe Reinforcement Learning: A Control Barrier Function Optimization Approach</article-title>. <source>Int. J.&#x20;Robust Nonlinear Control.</source> <volume>31</volume>, <fpage>1923</fpage>&#x2013;<lpage>1940</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1002/rnc.5132</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B23">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Modares</surname>
<given-names>H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lewis</surname>
<given-names>F. L.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Naghibi-Sistani</surname>
<given-names>M.-B.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2013</year>). <article-title>Adaptive Optimal Control of Unknown Constrained-Input Systems Using Policy Iteration and Neural Networks</article-title>. <source>IEEE Trans. Neural Netw. Learn. Syst.</source> <volume>24</volume>, <fpage>1513</fpage>&#x2013;<lpage>1525</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/tnnls.2013.2276571</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B24">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Modares</surname>
<given-names>H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lewis</surname>
<given-names>F. L.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Naghibi-Sistani</surname>
<given-names>M.-B.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2014</year>). <article-title>Integral Reinforcement Learning and Experience Replay for Adaptive Optimal Control of Partially-Unknown Constrained-Input Continuous-Time Systems</article-title>. <source>Automatica</source> <volume>50</volume>, <fpage>193</fpage>&#x2013;<lpage>202</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.automatica.2013.09.043</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B25">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Patterson</surname>
<given-names>M. A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Rao</surname>
<given-names>A. V.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2014</year>). <article-title>GPOPS-II: A MATLAB Software for Solving Multiple-Phase Optimal Control Problems Using hp-Adaptive Gaussian Quadrature Collocation Methods and Sparse Nonlinear Programming</article-title>. <source>ACM Trans. Math. Softw.</source> <volume>41</volume>, <fpage>1</fpage>&#x2013;<lpage>37</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1145/2558904</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B26">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Qin</surname>
<given-names>C.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhang</surname>
<given-names>H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Luo</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2014</year>). <article-title>Online Optimal Tracking Control of Continuous-Time Linear Systems with Unknown Dynamics by Using Adaptive Dynamic Programming</article-title>. <source>Int. J.&#x20;Control.</source> <volume>87</volume>, <fpage>1000</fpage>&#x2013;<lpage>1009</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1080/00207179.2013.863432</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B27">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Roy</surname>
<given-names>S. B.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Bhasin</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kar</surname>
<given-names>I. N.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2016</year>). &#x201c;<article-title>Parameter Convergence via a Novel PI-like Composite Adaptive Controller for Uncertain Euler-Lagrange Systems</article-title>,&#x201d; in <conf-name>Proceedings of the IEEE Conference on Decision and Control</conf-name>, <conf-loc>Las Vegas, NV, USA</conf-loc>, <conf-date>12&#x2013;14 Dec. 2016</conf-date>, <fpage>1261</fpage>&#x2013;<lpage>1266</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/cdc.2016.7798439</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B28">
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Sanfelice</surname>
<given-names>R. G.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2021</year>). <source>Hybrid Feedback Control</source>. <publisher-loc>Princeton, NJ, USA</publisher-loc>: <publisher-name>Princeton University Press</publisher-name>. </citation>
</ref>
<ref id="B29">
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Sauvigny</surname>
<given-names>F.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2012</year>). <source>Partial Differential Equations 1</source>. <publisher-loc>London</publisher-loc>: <publisher-name>Springer-Verlag</publisher-name>. </citation>
</ref>
<ref id="B30">
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Sutton</surname>
<given-names>R. S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Barto</surname>
<given-names>A. G.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1998</year>). <source>Reinforcement Learning: An Introduction</source>. <publisher-loc>Cambridge, MA, USA</publisher-loc>: <publisher-name>MIT Press</publisher-name>. </citation>
</ref>
<ref id="B31">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Vamvoudakis</surname>
<given-names>K.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Vrabie</surname>
<given-names>D.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lewis</surname>
<given-names>F. L.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2009</year>). &#x201c;<article-title>Online Policy Iteration Based Algorithms to Solve the Continuous-Time Infinite Horizon Optimal Control Problem</article-title>,&#x201d; in <conf-name>IEEE Symp. Adapt. Dyn. Program. Reinf. Learn.</conf-name>, <conf-loc>Nashville, TN, USA</conf-loc>, <conf-date>30 March&#x2013;2 April 2009</conf-date>, <fpage>36</fpage>&#x2013;<lpage>41</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/adprl.2009.4927523</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B32">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Vamvoudakis</surname>
<given-names>K. G.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Miranda</surname>
<given-names>M. F.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Hespanha</surname>
<given-names>J.&#x20;P.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2016</year>). <article-title>Asymptotically Stable Adaptive-Optimal Control Algorithm with Saturating Actuators and Relaxed Persistence of Excitation</article-title>. <source>IEEE Trans. Neural Netw. Learn. Syst.</source> <volume>27</volume>, <fpage>2386</fpage>&#x2013;<lpage>2398</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/tnnls.2015.2487972</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B33">
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Vrabie</surname>
<given-names>D.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lewis</surname>
<given-names>F.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2010</year>). &#x201c;<article-title>Online Adaptive Optimal Control Based on Reinforcement Learning</article-title>,&#x201d; in <source>Optimization and Optimal Control: Theory and Applications</source>. Editors <person-group person-group-type="editor">
<name>
<surname>Chinchuluun</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Pardalos</surname>
<given-names>P. M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Enkhbat</surname>
<given-names>R.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Tseveendorj</surname>
<given-names>I.</given-names>
</name>
</person-group> (<publisher-loc>New York, NY</publisher-loc>: <publisher-name>Springer New York</publisher-name>), <fpage>309</fpage>&#x2013;<lpage>323</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/978-0-387-89496-6_16</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B34">
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Walters</surname>
<given-names>P.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kamalapurkar</surname>
<given-names>R.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Dixon</surname>
<given-names>W. E.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2015</year>). &#x201c;<article-title>Approximate Optimal Online Continuous-Time Path-Planner with Static Obstacle Avoidance</article-title>,&#x201d; in <conf-name>Proceedings of the IEEE Conference on Decision and Control</conf-name>, <conf-loc>Osaka, Japan</conf-loc>, <conf-date>15&#x2013;18 Dec. 2015</conf-date> (<publisher-loc>Osaka, Japan</publisher-loc>, <fpage>650</fpage>&#x2013;<lpage>655</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/cdc.2015.7402303</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B35">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Yang</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Yin</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
<name>
<surname>He</surname>
<given-names>W.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Vamvoudakis</surname>
<given-names>K. G.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Modares</surname>
<given-names>H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wunsch</surname>
<given-names>D. C.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2019</year>). &#x201c;<article-title>Safety-aware Reinforcement Learning Framework with an Actor-Critic-Barrier Structure</article-title>,&#x201d; in <conf-name>Proceedings of the American Control Conference</conf-name>, <conf-loc>Philadelphia, PA, USA</conf-loc>, <conf-date>10&#x2013;12 July 2019</conf-date>, <fpage>2352</fpage>&#x2013;<lpage>2358</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.23919/acc.2019.8815335</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B36">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Yang</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ding</surname>
<given-names>D.-W.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Xiong</surname>
<given-names>H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Yin</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wunsch</surname>
<given-names>D. C.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2020</year>). <article-title>Online Barrier-Actor-Critic Learning for H&#x221e; Control with Full-State Constraints and Input Saturation</article-title>. <source>J.&#x20;Franklin Inst.</source> <volume>357</volume>, <fpage>3316</fpage>&#x2013;<lpage>3344</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.jfranklin.2019.12.017</pub-id> </citation>
</ref>
</ref-list>
<sec id="s15">
<title>Nomenclature</title>
<def-list>
<def-item>
<term id="G1-frobt.2021.733104">
<bold>RL</bold>
</term>
<def>
<p>Reinforcement Learning</p>
</def>
</def-item>
<def-item>
<term id="G2-frobt.2021.733104">
<bold>MBRL</bold>
</term>
<def>
<p>Model-based Reinforcement Learning</p>
</def>
</def-item>
<def-item>
<term id="G3-frobt.2021.733104">
<bold>ADP</bold>
</term>
<def>
<p>Approximate Dynamic Programming</p>
</def>
</def-item>
<def-item>
<term id="G4-frobt.2021.733104">
<bold>NN</bold>
</term>
<def>
<p>Neural Network</p>
</def>
</def-item>
<def-item>
<term id="G5-frobt.2021.733104">
<bold>BF</bold>
</term>
<def>
<p>Barrier Function</p>
</def>
</def-item>
<def-item>
<term id="G6-frobt.2021.733104">
<bold>BT</bold>
</term>
<def>
<p>Barrier Transformation</p>
</def>
</def-item>
<def-item>
<term id="G7-frobt.2021.733104">
<bold>CL</bold>
</term>
<def>
<p>Concurrent Learning</p>
</def>
</def-item>
<def-item>
<term id="G8-frobt.2021.733104">
<bold>FCL</bold>
</term>
<def>
<p>Filtered Concurrent Learning</p>
</def>
</def-item>
<def-item>
<term id="G9-frobt.2021.733104">
<bold>PE</bold>
</term>
<def>
<p>Persistence of Excitation</p>
</def>
</def-item>
<def-item>
<term id="G10-frobt.2021.733104">
<bold>FE</bold>
</term>
<def>
<p>Finite Excitation</p>
</def>
</def-item>
<def-item>
<term id="G11-frobt.2021.733104">
<bold>TS</bold>
</term>
<def>
<p>Transformed State</p>
</def>
</def-item>
<def-item>
<term id="G12-frobt.2021.733104">
<bold>BE</bold>
</term>
<def>
<p>Bellman Error</p>
</def>
</def-item>
<def-item>
<term id="G13-frobt.2021.733104">
<bold>HJB</bold>
</term>
<def>
<p>Hamilton-Jacobi-Bellman</p>
</def>
</def-item>
<def-item>
<term id="G14-frobt.2021.733104">
<bold>VI</bold>
</term>
<def>
<p>Value Iteration</p>
</def>
</def-item>
<def-item>
<term id="G15-frobt.2021.733104">
<bold>PI</bold>
</term>
<def>
<p>Policy Iteration.</p>
</def>
</def-item>
</def-list>
</sec>
</back>
</article>