research article new delay-dependent robust exponential ...new delay-dependent robust exponential...
TRANSCRIPT
-
Hindawi Publishing CorporationJournal of Applied MathematicsVolume 2013, Article ID 268905, 18 pageshttp://dx.doi.org/10.1155/2013/268905
Research ArticleNew Delay-Dependent Robust Exponential StabilityCriteria of LPD Neutral Systems with Mixed Time-VaryingDelays and Nonlinear Perturbations
Sirada Pinjai and Kanit Mukdasai
Department of Mathematics, Khon Kaen University, Khon Kaen 40002, Thailand
Correspondence should be addressed to Kanit Mukdasai; [email protected]
Received 15 July 2013; Revised 30 September 2013; Accepted 2 October 2013
Academic Editor: Jitao Sun
Copyright ยฉ 2013 S. Pinjai and K. Mukdasai. This is an open access article distributed under the Creative Commons AttributionLicense, which permits unrestricted use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properlycited.
This paper is concernedwith the problemof robust exponential stability for linear parameter-dependent (LPD) neutral systemswithmixed time-varying delays and nonlinear perturbations. Based on a new parameter-dependent Lyapunov-Krasovskii functional,Leibniz-Newton formula, decomposition technique of coefficient matrix, free-weighting matrices, Cauchyโs inequality, modifiedversion of Jensenโs inequality, model transformation, and linear matrix inequality technique, new delay-dependent robustexponential stability criteria are established in terms of linear matrix inequalities (LMIs). Numerical examples are given to showthe effectiveness and less conservativeness of the proposed methods.
1. Introduction
Over the past decades, the problem of stability for neutraldifferential systems, which have delays in both their state andthe derivatives of their states, has been widely investigatedby many researchers, especially in the last decade. It iswell known that nonlinearities, as time delays, may causeinstability and poor performance of practical systems suchas engineering, biology, and economics [1]. The problemsof various stability and stabilization for dynamical systemswith or without state delays and nonlinear perturbations havebeen intensively studied in the past years bymany researchersof mathematics and control communities [1โ35]. Stabilitycriteria for dynamical systems with time delay are generallydivided into two classes: delay-independent one and delay-dependent one. Delay-independent stability criteria tend tobe more conservative, especially for small size delay; suchcriteria do not give any information on the size of the delay.On the other hand, delay-dependent stability criteria areconcerned with the size of the delay and usually provide amaximal delay size.
Recently, many researchers have studied the stabilityproblem for neutral systems with time-varying delays andnonlinear perturbations have appeared [29, 31]. Furthermore,the convergence rates are essential for the practical system;then the exponential stability analysis of time delay systemshas been favorably approved in the past decades; see, forexample, [3, 9, 10, 14, 18โ21, 25โ28].
In addition, many researchers have paid attention to theproblem of stability for linear systems with polytope uncer-tainties. The linear systems with polytopic-type uncertaintiesare called linear parameter-dependent (LPD) systems. Thatis, the uncertain state matrices are in the polytope con-sisting of all convex combination of known matrices. Mostof sufficient (or necessary and sufficient) conditions havebeen obtained via Lyapunov-Krasovskii theory approachesin which parameter-dependent Lyapunov-Krasovskii func-tional has been employed. These conditions are alwaysexpressed in terms of linear matrix inequalities (LMIs).The results have been obtained for robust stability for LPDsystems in which time-delay occurs in state variable; forexample, [17, 18] presented sufficient conditions for robust
-
2 Journal of Applied Mathematics
stability of LPD discrete-time systems with delays. Moreover,robust stability of LPD continuous-time systems with delayswas studied in [6, 19, 22, 30].
In consequence, it is important and interesting to studythe problem of robust exponential stability for neutral sys-tems with parametric uncertainties. This paper investigatesthe robust exponential stability analysis for LPD neutralsystems with mixed time-varying delays and nonlinear per-turbations. Based on combination of Leibniz-Newton for-mula, free-weighting matrices, Cauchyโs inequality, modifiedversion of Jensenโs inequality, decomposition technique ofcoefficient matrix, the use of suitable parameter-dependentLyapunov-Krasovskii functional, model transformation, andlinear matrix inequality technique, new delay-dependentrobust exponential stability criteria for these systems will beobtained in terms of LMIs. Finally, numerical examples willbe given to show the effectiveness of the obtained results.
2. Problem Formulation and Preliminaries
We introduce some notations, a definition, and lemmas thatwill be used throughout the paper. ๐ + denotes the set ofall real nonnegative numbers; ๐ ๐ denotes the ๐-dimensionalspace with the vector norm โ โ โ; โ๐ฅโ denotes the Euclideanvector norm of ๐ฅ โ ๐ ๐; ๐ ๐ร๐ denotes the set of ๐ ร ๐real matrices; ๐ด๐ denotes the transpose of the matrix ๐ด;๐ด is symmetric if ๐ด = ๐ด๐; ๐ผ denotes the identity matrix;๐(๐ด) denotes the set of all eigenvalues of ๐ด; ๐max(๐ด) =max{Re ๐ : ๐ โ ๐(๐ด)}; ๐min(๐ด) = min{Re ๐ : ๐ โ ๐(๐ด)};๐max(๐ด(๐ผ)) = max{๐max(๐ด ๐) : ๐ = 1, 2, . . . , ๐}; ๐min(๐ด(๐ผ)) =min{๐min(๐ด ๐) : ๐ = 1, 2, . . . , ๐}; ๐ถ([โ๐, 0], ๐
๐) denotes the
space of all continuous vector functions mapping [โ๐, 0] into๐ ๐, where ๐ = max{โ, ๐}, โ, ๐ โ ๐ +; โ represents the elements
below the main diagonal of a symmetric matrix.Consider the system described by the following state
equations of the form:
๏ฟฝฬ๏ฟฝ (๐ก) = ๐ด (๐ผ) ๐ฅ (๐ก) + ๐ต (๐ผ) ๐ฅ (๐ก โ โ (๐ก))
+ ๐ถ (๐ผ) ๏ฟฝฬ๏ฟฝ (๐ก โ ๐ (๐ก)) + ๐ (๐ก, ๐ฅ (๐ก))
+ ๐ (๐ก, ๐ฅ (๐ก โ โ (๐ก))) + ๐ค (๐ก, ๏ฟฝฬ๏ฟฝ (๐ก โ ๐ (๐ก))) , ๐ก > 0;
๐ฅ (๐ก + ๐ก0) = ๐ (๐ก) , ๏ฟฝฬ๏ฟฝ (๐ก + ๐ก
0) = ๐ (๐ก) , ๐ก โ [โ๐, 0] ,
(1)
where ๐ฅ(๐ก) โ ๐ ๐ is the state variable and ๐ด(๐ผ), ๐ต(๐ผ), ๐ถ(๐ผ) โ๐ ๐ร๐ are uncertain matrices belonging to the polytope
๐ด (๐ผ) =
๐
โ
๐=1
๐ผ๐๐ด๐, ๐ต (๐ผ) =
๐
โ
๐=1
๐ผ๐๐ต๐, ๐ถ (๐ผ) =
๐
โ
๐=1
๐ผ๐๐ถ๐,
๐
โ
๐=1
๐ผ๐= 1, ๐ผ
๐โฅ 0, ๐ด
๐, ๐ต๐, ๐ถ๐โ ๐ ๐ร๐
, ๐ = 1, . . . , ๐.
(2)
โ(๐ก) and ๐(๐ก) are discrete and neutral time-varying delays,respectively,
0 โค โ (๐ก) โค โ, โฬ (๐ก) โค โ๐, (3)
0 โค ๐ (๐ก) โค ๐, ฬ๐ (๐ก) โค ๐๐, (4)
where โ, ๐, โ๐, and ๐
๐are given positive real constants.
Consider the initial functions ๐(๐ก),๐(๐ก) โ ๐ถ([โ๐, 0], ๐ ๐)withthe norm โ๐โ = sup
๐กโ[โ๐,0]โ๐(๐ก)โ and โ๐โ = sup
๐กโ[โ๐,0]โ๐(๐ก)โ.
The uncertainties ๐(๐ก, ๐ฅ(๐ก)), ๐(๐ก, ๐ฅ(๐ก โ โ(๐ก))), and ๐ค(๐ก, ๏ฟฝฬ๏ฟฝ(๐ก โ๐(๐ก))) are the nonlinear perturbations with respect to currentstate ๐ฅ(๐ก), discrete delayed state ๐ฅ(๐ก โ โ(๐ก)), and neutraldelayed state ๏ฟฝฬ๏ฟฝ(๐ก โ ๐(๐ก)), respectively, and are bounded inmagnitude:
๐๐
(๐ก, ๐ฅ (๐ก)) ๐ (๐ก, ๐ฅ (๐ก)) โค ๐2
๐ฅ๐
(๐ก) ๐ฅ (๐ก) ,
๐๐
(๐ก, ๐ฅ (๐ก โ โ (๐ก))) ๐ (๐ก, ๐ฅ (๐ก โ โ (๐ก)))
โค ๐2
๐ฅ๐
(๐ก โ โ (๐ก)) ๐ฅ (๐ก โ โ (๐ก)) ,
๐ค๐
(๐ก, ๏ฟฝฬ๏ฟฝ (๐ก โ ๐ (๐ก))) ๐ค (๐ก, ๏ฟฝฬ๏ฟฝ (๐ก โ ๐ (๐ก)))
โค ๐พ2
๏ฟฝฬ๏ฟฝ๐
(๐ก โ ๐ (๐ก)) ๏ฟฝฬ๏ฟฝ (๐ก โ ๐ (๐ก)) ,
(5)
where ๐, ๐, and ๐พ are given positive real constants.In order to improve the bound of the discrete time-
varying delayed โ(๐ก) in system (1), let us decompose theconstant matrix ๐ต(๐ผ) as
๐ต (๐ผ) = ๐ต1(๐ผ) + ๐ต
2(๐ผ) , (6)
where ๐ต1(๐ผ) = โ
๐
๐=1๐ผ๐๐ต1
๐, ๐ต2(๐ผ) = โ
๐
๐=1๐ผ๐๐ต2
๐, and โ๐
๐=1๐ผ๐= 1,
๐ผ๐โฅ 0 with ๐ต1
๐, ๐ต2
๐โ ๐ ๐ร๐, ๐ = 1, . . . , ๐ being real constant
matrices. By Leibniz-Newton formula, we have
0 = ๐ฅ (๐ก) โ ๐ฅ (๐ก โ โ (๐ก)) โ โซ
๐ก
๐กโโ(๐ก)
๏ฟฝฬ๏ฟฝ (๐ ) ๐๐ . (7)
By utilizing the following zero equation, we obtain
0 = ๐บ๐ฅ (๐ก) โ ๐บ๐ฅ (๐ก โ ๐ฝโ (๐ก)) โ ๐บโซ
๐ก
๐กโ๐ฝโ(๐ก)
๏ฟฝฬ๏ฟฝ (๐ ) ๐๐ , (8)
where ๐ฝ is a given positive real constant and ๐บ โ ๐ ๐ร๐ will bechosen to guarantee the robust exponential stability of system(1). By (6), (7), and (8), system (1) can be represented by theform
๏ฟฝฬ๏ฟฝ (๐ก) = [๐ด (๐ผ) + ๐ต1(๐ผ) + ๐บ] ๐ฅ (๐ก) + ๐ต
2(๐ผ) ๐ฅ (๐ก โ โ (๐ก))
โ ๐บ๐ฅ (๐ก โ ๐ฝโ (๐ก)) + ๐ (๐ก, ๐ฅ (๐ก))
+ ๐ (๐ก, ๐ฅ (๐ก โ โ (๐ก))) + ๐ค (๐ก, ๏ฟฝฬ๏ฟฝ (๐ก โ ๐ (๐ก)))
+ ๐ถ (๐ผ) ๏ฟฝฬ๏ฟฝ (๐ก โ ๐ (๐ก)) โ ๐ต1(๐ผ) โซ
๐ก
๐กโโ(๐ก)
๏ฟฝฬ๏ฟฝ (๐ ) ๐๐
โ ๐บโซ
๐ก
๐กโ๐ฝโ(๐ก)
๏ฟฝฬ๏ฟฝ (๐ ) ๐๐ .
(9)
-
Journal of Applied Mathematics 3
Definition 1. The system (1) is robustly exponentially stable,if there exist positive real constants ๐ and ๐ such that, foreach ๐(๐ก), ๐(๐ก) โ ๐ถ([โ๐, 0], ๐ ๐), the solution ๐ฅ(๐ก, ๐, ๐) of thesystem (1) satisfies
๐ฅ (๐ก, ๐, ๐) โค ๐max {
๐ ,๐
} ๐โ๐๐ก
, โ๐ก โ ๐ +
. (10)
Lemma 2 (Cauchy inequality). For any constant symmetricpositive definite matrix ๐ โ ๐ ๐ร๐ and ๐, ๐ โ ๐ ๐, one has
ยฑ2๐๐
๐ โค ๐๐
๐๐ + ๐๐
๐โ1
๐. (11)
Lemma 3 (see [15]). The following inequality holds for any ๐ โ๐ ๐, ๐ โ ๐ ๐,๐,๐ โ ๐ ๐ร๐,๐ โ ๐ ๐ร๐, and ๐ โ ๐ ๐ร๐:
โ2๐๐
๐๐ โค [๐
๐]
๐
[๐ ๐ โ ๐
โ ๐][
๐
๐] , (12)
where [๐ ๐โ ๐
] โฅ 0.
Lemma4. For any constant symmetric positive definitematrix๐ โ ๐
๐ร๐ and โ(๐ก) which is discrete time-varying delayswith (3), vector function ๐ : [โโ, 0] โ ๐ ๐ such that theintegrations concerned are well defined; then
โโซ
0
โโ
๐๐
(๐ ) ๐๐ (๐ ) ๐๐ โฅ โซ
0
โโ(๐ก)
๐๐
(๐ ) ๐๐ ๐โซ
0
โโ(๐ก)
๐ (๐ ) ๐๐ .
(13)
Proof. From Lemma 2, it is easy to see that
โโซ
0
โโ
๐๐
(๐ ) ๐๐ (๐ ) ๐๐ = โโซ
0
โโ(๐ก)
๐๐
(๐ ) ๐๐ (๐ ) ๐๐
+ โโซ
โโ(๐ก)
โโ
๐๐
(๐ ) ๐๐ (๐ ) ๐๐
โฅ โ (๐ก) โซ
0
โโ(๐ก)
๐๐
(๐ ) ๐๐ (๐ ) ๐๐
=1
2โฌ
0
โโ(๐ก)
[๐๐
(๐ ) ๐๐ (๐ )
+ ๐๐
(๐) ๐๐ (๐)] ๐๐ ๐๐
โฅ1
2โฌ
0
โโ(๐ก)
2๐๐
(๐ ) ๐1/2๐
ร ๐1/2
๐ (๐) ๐๐ ๐๐
= โซ
0
โโ(๐ก)
๐๐
(๐ ) ๐๐ ๐โซ
0
โโ(๐ก)
๐ (๐ ) ๐๐ .
(14)
Lemma 5. Let ๐ฅ(๐ก) โ ๐ ๐ be a vector-valued function with firstorder continuous derivative entries.Then, the following integralinequality holds for any matrices ๐
๐โ ๐ ๐ร๐
, ๐ = 1, 2, . . . , 5,
and โ(๐ก) is discrete time-varying delays with (3) and symmetricpositive definite matrix ๐ โ ๐ ๐ร๐:
โโซ
๐ก
๐กโโ
๏ฟฝฬ๏ฟฝ๐
(๐ )๐๏ฟฝฬ๏ฟฝ (๐ ) ๐๐ โค [๐ฅ (๐ก)
๐ฅ (๐ก โ โ (๐ก))]
๐
ร [๐1+๐๐
1โ๐๐
1+๐2
โ โ๐2โ๐๐
2
]
ร [๐ฅ (๐ก)
๐ฅ (๐ก โ โ (๐ก))]
+ โ[๐ฅ (๐ก)
๐ฅ (๐ก โ โ (๐ก))]
๐
[๐3
๐4
โ ๐5
]
ร [๐ฅ (๐ก)
๐ฅ (๐ก โ โ (๐ก))] ,
(15)
where
[
[
๐ ๐1
๐2
โ ๐3
๐4
โ โ ๐5
]
]
โฅ 0. (16)
Proof. From the Leibniz-Newton formula, one has
0 = ๐ฅ (๐ก) โ ๐ฅ (๐ก โ โ (๐ก)) โ โซ
๐ก
๐กโโ(๐ก)
๏ฟฝฬ๏ฟฝ (๐ก) ๐๐ . (17)
Therefore, for any ๐ป1, ๐ป2โ ๐ ๐ร๐, the following equation is
true:
0 = 2 [๐ฅ๐
(๐ก) โ ๐ฅ๐
(๐ก โ โ (๐ก)) โ โซ
๐ก
๐กโโ(๐ก)
๏ฟฝฬ๏ฟฝ๐
(๐ก) ๐๐ ]
ร [๐ป1๐ฅ (๐ก) + ๐ป
2๐ฅ (๐ก โ โ (๐ก))]
= 2๐ฅ๐
(๐ก)๐ป1๐ฅ (๐ก) + 2๐ฅ
๐
(๐ก)๐ป2๐ฅ (๐ก โ โ (๐ก))
โ 2๐ฅ๐
(๐ก โ โ (๐ก))๐ป1๐ฅ (๐ก)
โ 2๐ฅ๐
(๐ก โ โ (๐ก))๐ป๐
2๐ฅ (๐ก โ โ (๐ก))
โ 2โซ
๐ก
๐กโโ(๐ก)
๏ฟฝฬ๏ฟฝ๐
(๐ ) ๐๐ ๐ป1๐ฅ (๐ก)
โ 2โซ
๐ก
๐กโโ(๐ก)
๏ฟฝฬ๏ฟฝ๐
(๐ ) ๐๐ ๐ป2๐ฅ (๐ก โ โ (๐ก))
= [๐ฅ (๐ก)
๐ฅ (๐ก โ โ (๐ก))]
๐
[
[
๐ป1+ ๐ป๐
1โ๐ป๐
1+ ๐ป2
โ โ๐ป2โ ๐ป๐
2
]
]
ร [๐ฅ (๐ก)
๐ฅ (๐ก โ โ (๐ก))]
โ 2โซ
๐ก
๐กโโ(๐ก)
๏ฟฝฬ๏ฟฝ๐
(๐ ) [๐ป1
๐ป2] [
๐ฅ (๐ก)
๐ฅ (๐ก โ โ (๐ก))] ๐๐ .
(18)
-
4 Journal of Applied Mathematics
Using Lemma 3 with ๐ = ๏ฟฝฬ๏ฟฝ(๐ ), ๐ = [ ๐ฅ(๐ก)๐ฅ(๐กโโ(๐ก))
], ๐ = [๐ป1
๐ป2], ๐ = [๐
1๐2], and ๐ = [๐3 ๐4
โ ๐5], we obtain
โ 2โซ
๐ก
๐กโโ(๐ก)
๏ฟฝฬ๏ฟฝ๐
(๐ ) [๐ป1
๐ป2] [
๐ฅ (๐ก)
๐ฅ (๐ก โ โ (๐ก))] ๐๐
โค โซ
๐ก
๐กโโ(๐ก)
[
[
๏ฟฝฬ๏ฟฝ (๐ )
๐ฅ (๐ก)
๐ฅ (๐ก โ โ (๐ก))
]
]
๐
[
[
๐ ๐1โ ๐ป1
๐2โ ๐ป2
โ ๐3
๐4
โ โ ๐5
]
]
ร [
[
๏ฟฝฬ๏ฟฝ (๐ )
๐ฅ (๐ก)
๐ฅ (๐ก โ โ (๐ก))
]
]
๐๐
= โซ
๐ก
๐กโโ(๐ก)
๏ฟฝฬ๏ฟฝ๐
(๐ )๐๏ฟฝฬ๏ฟฝ (๐ ) ๐๐
+ [๐ฅ (๐ก)
๐ฅ (๐ก โ โ (๐ก))]
๐
ร [๐1+๐๐
1โ ๐ป1โ ๐ป๐
1โ๐๐
1+๐2+ ๐ป๐
1โ ๐ป2
โ โ๐2โ๐๐
2+ ๐ป2+ ๐ป๐
2
]
ร [๐ฅ (๐ก)
๐ฅ (๐ก โ โ (๐ก))] + โ (๐ก) [
๐ฅ (๐ก)
๐ฅ (๐ก โ โ (๐ก))]
๐
[๐3
๐4
โ ๐5
]
ร [๐ฅ (๐ก)
๐ฅ (๐ก โ โ (๐ก))]
โค โซ
๐ก
๐กโโ(๐ก)
๏ฟฝฬ๏ฟฝ๐
(๐ )๐๏ฟฝฬ๏ฟฝ (๐ ) ๐๐ + [๐ฅ (๐ก)
๐ฅ (๐ก โ โ (๐ก))]
๐
ร ([๐1+๐๐
1โ๐๐
1+๐2
โ โ๐2โ๐๐
2
]
โ [๐ป1+ ๐ป๐
1โ๐ป๐
1+ ๐ป2
โ โ๐ป2โ ๐ป๐
2
]) [๐ฅ (๐ก)
๐ฅ (๐ก โ โ (๐ก))]
+ โ[๐ฅ (๐ก)
๐ฅ (๐ก โ โ (๐ก))]
๐
[๐3
๐4
โ ๐5
] [๐ฅ (๐ก)
๐ฅ (๐ก โ โ (๐ก))] .
(19)
Substituting (19) into (18), we obtain
โโซ
๐ก
๐กโโ(๐ก)
๏ฟฝฬ๏ฟฝ๐
(๐ )๐๏ฟฝฬ๏ฟฝ (๐ ) ๐๐ โค [๐ฅ (๐ก)
๐ฅ (๐ก โ โ (๐ก))]
๐
ร [๐ป1+ ๐ป๐
1โ๐ป๐
1+ ๐ป2
โ โ๐ป2โ ๐ป๐
2
]
ร [๐ฅ (๐ก)
๐ฅ (๐ก โ โ (๐ก))]
+ [๐ฅ (๐ก)
๐ฅ (๐ก โ โ (๐ก))]
๐
ร ([
[
๐1+๐๐
1โ๐๐
1+๐2
โ โ๐2โ๐๐
2
]
]
โ [๐ป1+ ๐ป๐
1โ๐ป๐
1+ ๐ป2
โ โ๐ป2โ ๐ป๐
2
])
ร [๐ฅ (๐ก)
๐ฅ (๐ก โ โ (๐ก))]
+ โ[๐ฅ (๐ก)
๐ฅ (๐ก โ โ (๐ก))]
๐
[๐3
๐4
โ ๐5
]
ร [๐ฅ (๐ก)
๐ฅ (๐ก โ โ (๐ก))]
= [๐ฅ(๐ก)
๐ฅ(๐ก โ โ(๐ก))]
๐
ร [๐1+๐๐
1โ๐๐
1+๐2
โ โ๐2โ๐๐
2
]
ร [๐ฅ (๐ก)
๐ฅ (๐ก โ โ (๐ก))]
+ โ[๐ฅ (๐ก)
๐ฅ (๐ก โ โ (๐ก))]
๐
[๐3
๐4
โ ๐5
]
ร [๐ฅ (๐ก)
๐ฅ (๐ก โ โ (๐ก))] .
(20)
From (3), it is clear that
โโซ
๐ก
๐กโโ
๏ฟฝฬ๏ฟฝ๐
(๐ )๐๏ฟฝฬ๏ฟฝ (๐ ) ๐๐ โค โโซ
๐ก
๐กโโ(๐ก)
๏ฟฝฬ๏ฟฝ๐
(๐ )๐๏ฟฝฬ๏ฟฝ (๐ ) ๐๐ . (21)
From (20) and (21), the integral inequality becomes
โโซ
๐ก
๐กโโ
๏ฟฝฬ๏ฟฝ๐
(๐ )๐๏ฟฝฬ๏ฟฝ (๐ ) ๐๐ โค [๐ฅ (๐ก)
๐ฅ (๐ก โ โ (๐ก))]
๐
ร [
[
๐1+๐๐
1โ๐๐
1+๐2
โ โ๐2โ๐๐
2
]
]
ร [๐ฅ (๐ก)
๐ฅ (๐ก โ โ (๐ก))]
+ โ[๐ฅ (๐ก)
๐ฅ (๐ก โ โ (๐ก))]
๐
[๐3
๐4
โ ๐5
]
ร [๐ฅ (๐ก)
๐ฅ (๐ก โ โ (๐ก))] .
(22)
The proof of the theorem is complete.
-
Journal of Applied Mathematics 5
Remark 6. In Lemma 4 and Lemma 5, we have modified themethod from [8, 33], respectively.
3. Main results
3.1. Robust Exponential Stability Criteria. In this section,robust exponential stability criteria dependent on mixedtime-varying delays of LPD neutral delayed system (1) withnonlinear perturbations via linear matrix inequality (LMI)approach will be presented. We introduce the followingnotations for later use:
๐๐(๐ผ) =
๐
โ
๐=1
๐ผ๐๐๐
๐, ๐
1(๐ผ) =
๐
โ
๐=1
๐ผ๐๐1
๐,
๐ ๐(๐ผ) =
๐
โ
๐=1
๐ผ๐๐ ๐
๐, ๐
๐(๐ผ) =
๐
โ
๐=1
๐ผ๐๐๐
๐,
๐๐(๐ผ) =
๐
โ
๐=1
๐ผ๐๐๐
๐, ๐
๐(๐ผ) =
๐
โ
๐=1
๐ผ๐๐๐
๐,
๐๐(๐ผ) =
๐
โ
๐=1
๐ผ๐๐๐
๐,
๐
โ
๐=1
๐ผ๐= 1, ๐ผ
๐โฅ 0,
๐๐
๐, ๐1
๐, ๐ ๐
๐,๐๐
๐, ๐๐
๐, ๐๐
๐,๐๐
๐โ ๐ ๐ร๐
,
๐ = 1, 2, . . . , 10, ๐ = 1, 2, . . . , 6, ๐ = 1, 2, . . . , ๐;
โ
๐,๐
=
[[[[[[[[[[[[[[[[[
[
ฮฃ1,1
๐,๐ฮฃ1,2
๐,๐ฮฃ1,3
๐,๐ฮฃ1,4
๐,๐ฮฃ1,5
๐,๐ฮฃ1,6
๐,๐ฮฃ1,7
๐,๐ฮฃ1,8
๐,๐ฮฃ1,9
๐,๐ฮฃ1,10
๐,๐
โ ฮฃ2,2
๐,๐ฮฃ2,3
๐,๐ฮฃ2,4
๐,๐ฮฃ2,5
๐,๐ฮฃ2,6
๐,๐ฮฃ2,7
๐,๐ฮฃ2,8
๐,๐ฮฃ2,9
๐,๐ฮฃ2,10
๐,๐
โ โ ฮฃ3,3
๐ฮฃ3,4
๐,๐ฮฃ3,5
๐ฮฃ3,6
๐ฮฃ3,7
๐,๐ฮฃ3,8
๐ฮฃ3,9
๐ฮฃ3,10
๐
โ โ โ ฮฃ4,4
๐,๐ฮฃ4,5
๐,๐ฮฃ4,6
๐,๐ฮฃ4,7
๐,๐ฮฃ4,8
๐ฮฃ4,9
๐ฮฃ4,10
๐
โ โ โ โ ฮฃ5,5
๐ฮฃ5,6
๐ฮฃ5,7
๐,๐ฮฃ5,8
๐ฮฃ5,9
๐ฮฃ5,10
๐
โ โ โ โ โ ฮฃ6,6
๐ฮฃ6,7
๐,๐ฮฃ6,8
๐ฮฃ6,9
๐ฮฃ6,10
๐
โ โ โ โ โ โ ฮฃ7,7
๐,๐ฮฃ7,8
๐,๐ฮฃ7,9
๐,๐ฮฃ7,10
๐,๐
โ โ โ โ โ โ โ ฮฃ8,8
๐ฮฃ8,9
๐ฮฃ8,10
๐
โ โ โ โ โ โ โ โ ฮฃ9,9
๐ฮฃ9,10
๐
โ โ โ โ โ โ โ โ โ ฮฃ10,10
๐
]]]]]]]]]]]]]]]]]
]
,
(23)
where
ฮฃ1,1
๐,๐= ๐ด๐
๐๐1
๐+ ๐ต1
๐
๐
๐1
๐+ ๐1
๐๐ด๐+ ๐1
๐๐ต1
๐+ ๐1
๐+ ๐1
๐
๐
+ ๐3
๐+ ๐4
๐+ โ๐
1
๐
๐
+ โ๐1
๐โ ๐โ2๐โ
๐9
๐
โ ๐โ2๐๐ฝโ
๐10
๐+ โ2
๐3
๐+ ๐ฝโ๐
6
๐+ ๐ฝโ๐
6
๐
๐
+ ๐ฝ2
โ2
๐8
๐
+ ๐1
๐
๐
+ ๐1
๐+ ๐1
๐
๐
+ ๐1
๐+ ๐ด๐
๐๐1
๐+๐1
๐
๐
๐ด๐
+ ๐ต1
๐
๐
๐1
๐+๐1
๐
๐
๐ต1
๐+ ๐1๐2
๐ผ + 2๐๐1
๐,
ฮฃ1,2
๐,๐= ๐1
๐๐ต2
๐โ โ๐
1
๐
๐
+ โ๐2
๐+ โ2
๐4
๐+ ๐โ2๐โ
๐9
๐
+ โ๐ 2
๐โ ๐1
๐
๐
+ ๐2
๐+ ๐2
๐+๐1
๐
๐
๐ต2
๐
+ ๐ด๐
๐๐2
๐+ ๐ต1
๐
๐
๐2
๐,
ฮฃ1,3
๐,๐= โ๐1
๐โ ๐ฝโ๐
6
๐
๐
+ ๐ฝโ๐7
๐+ ๐ฝโ2
๐9
๐+ ๐ฝโ๐
5
๐
+ ๐โ2๐๐ฝโ
๐10
๐+ ๐3
๐โ ๐1
๐
๐
+ ๐3
๐
+ ๐ด๐
๐๐3
๐+ ๐ต1
๐
๐
๐3
๐,
ฮฃ1,4
๐,๐= โ๐1
๐๐ต1
๐โ ๐1
๐
๐
+ ๐4
๐+ ๐4
๐
โ๐1
๐
๐
๐ต1
๐+ ๐ด๐
๐๐4
๐+ ๐ต1
๐
๐
๐4
๐,
ฮฃ1,5
๐,๐= โ๐1
๐+ ๐5
๐โ ๐1
๐
๐
+ ๐5
๐+ ๐ด๐
๐๐5
๐+ ๐ต1
๐
๐
๐5
๐,
ฮฃ1,6
๐,๐= ๐6
๐+ ๐6
๐โ๐1
๐
๐
+ ๐ด๐
๐๐6
๐+ ๐ต1
๐
๐
๐6
๐,
ฮฃ1,7
๐,๐= ๐1
๐๐ถ๐+ ๐7
๐+ ๐7
๐+๐1
๐
๐
๐ถ๐+ ๐ด๐
๐๐7
๐+ ๐ต1
๐
๐
๐7
๐,
ฮฃ1,8
๐,๐= ๐1
๐+ ๐8
๐+ ๐8
๐+๐1
๐
๐
+ ๐ด๐
๐๐8
๐+ ๐ต1
๐
๐
๐8
๐,
ฮฃ1,9
๐,๐= ๐1
๐+ ๐9
๐+ ๐9
๐+๐1
๐
๐
+ ๐ด๐
๐๐9
๐+ ๐ต1
๐
๐
๐9
๐,
ฮฃ1,10
๐,๐= ๐1
๐+ ๐10
๐+ ๐10
๐+๐1
๐
๐
+ ๐ด๐
๐๐10
๐+ ๐ต1
๐
๐
๐10
๐,
ฮฃ2,2
๐,๐= โ (1 โ โ
๐) ๐โ2๐โ
๐3
๐โ โ๐
2
๐
๐
โ โ๐2
๐+ โ2
๐5
๐
+ โ2
๐ 1
๐โ 2โ๐
2
๐โ ๐โ2๐โ
๐9
๐+ ๐2๐2
๐ผ โ ๐2
๐
๐
โ ๐2
๐+๐2
๐
๐
๐ต2
๐+ ๐ต2
๐
๐
๐2
๐,
ฮฃ2,3
๐,๐= โ๐
3
๐โ ๐2
๐
๐
+ ๐ต2
๐
๐
๐3
๐,
ฮฃ2,4
๐,๐= โ๐
2
๐
๐
โ ๐4
๐โ๐2
๐
๐
๐ต1
๐+ ๐ต2
๐
๐
๐4
๐,
ฮฃ2,5
๐,๐= โ๐
5
๐โ ๐2
๐
๐
+ ๐ต2
๐
๐
๐5
๐,
ฮฃ2,6
๐,๐= โ๐
6
๐โ๐2
๐
๐
+ ๐ต2
๐
๐
๐6
๐,
ฮฃ2,7
๐,๐= โ๐
7
๐+๐2
๐
๐
๐ถ๐+ ๐ต2
๐
๐
๐7
๐,
ฮฃ2,8
๐,๐= โ๐
8
๐+๐2
๐
๐
+ ๐ต2
๐
๐
๐8
๐,
ฮฃ2,9
๐,๐= โ๐
9
๐
๐
โ๐2
๐
๐
+ ๐ต2
๐
๐
๐9
๐,
ฮฃ2,10
๐,๐= โ๐
10
๐+๐2
๐
๐
+ ๐ต2
๐
๐
๐10
๐,
ฮฃ3,3
๐= โ (1 โ ๐ฝโ
๐) ๐โ2๐ฝ๐โ
๐4
๐โ ๐โ2๐ฝ๐โ
๐10
๐+ ๐ฝ2
โ2
๐ 4
๐
โ 2๐ฝโ๐ 5
๐โ ๐ฝโ๐
7
๐
๐
โ ๐ฝโ๐7
๐+ ๐ฝ2
โ2
๐10
๐
โ ๐3
๐
๐
โ ๐3
๐,
-
6 Journal of Applied Mathematics
ฮฃ3,4
๐,๐= โ๐
3
๐
๐
โ ๐4
๐โ๐3
๐
๐
๐ต1
๐,
ฮฃ3,5
๐= โ๐3
๐
๐
โ ๐5
๐, ฮฃ
3,6
๐= โ๐9
๐+๐3
๐
๐
,
ฮฃ3,7
๐= โ๐7
๐+๐3
๐
๐
๐ถ๐, ฮฃ
3,8
๐= โ๐8
๐+๐3
๐
๐
,
ฮฃ3,9
๐= โ๐9
๐+๐3
๐
๐
, ฮฃ3,10
๐= โ๐10
๐+๐3
๐
๐
,
ฮฃ4,4
๐,๐= โ๐2๐โ
๐7
๐โ ๐4
๐
๐
โ ๐4
๐+๐4
๐
๐
๐ต1
๐โ ๐ต1
๐
๐
๐4
๐,
ฮฃ4,5
๐,๐= โ๐
5
๐โ ๐4
๐
๐
โ ๐ต1
๐
๐
๐5
๐,
ฮฃ4,6
๐,๐= โ๐
6
๐โ๐4
๐
๐
โ ๐ต1
๐
๐
๐6
๐,
ฮฃ4,7
๐,๐= โ๐
7
๐+๐4
๐
๐
๐ถ๐โ ๐ต1
๐
๐
๐7
๐, ฮฃ
4,8
๐= โ๐8
๐+๐3
๐
๐
,
ฮฃ4,9
๐= โ๐9
๐+๐3
๐
๐
, ฮฃ4,10
๐= โ๐10
๐+๐3
๐
๐
,
ฮฃ5,5
๐= โ๐2๐ฝ๐โ
๐8
๐โ ๐5
๐
๐
โ ๐5
๐, ฮฃ
5,6
๐= โ๐6
๐โ๐5
๐
๐
,
ฮฃ5,7
๐,๐= โ๐7
๐+๐5
๐
๐
๐ถ๐, ฮฃ
5,8
๐= โ๐8
๐+๐5
๐
๐
,
ฮฃ5,9
๐= โ๐9
๐+๐5
๐
๐
, ฮฃ5,10
๐= โ๐10
๐+๐5
๐
๐
,
ฮฃ6,6
๐= ๐2
๐+ โ2
๐5
๐+ ๐ฝ2
โ2
๐6
๐+ โ2
๐7
๐+ ๐ฝ2
โ2
๐8
๐
+ โ2
๐9
๐+ ๐ฝ2
โ2
๐10
๐โ๐6
๐
๐
โ๐6
๐,
ฮฃ6,7
๐,๐= ๐6
๐
๐
๐ถ๐โ๐7
๐, ฮฃ
6,8
๐= ๐6
๐
๐
โ๐8
๐,
ฮฃ6,9
๐= ๐6
๐
๐
โ๐9
๐, ฮฃ
6,10
๐= ๐6
๐
๐
โ๐10
๐,
ฮฃ7,7
๐,๐= โ (1 โ ๐
๐) ๐โ2๐๐
๐2
๐+ ๐3๐พ2
๐ผ + ๐7
๐
๐
๐ถ๐+ ๐ถ๐
๐๐7
๐,
ฮฃ7,8
๐,๐= ๐7
๐
๐
โ ๐ถ๐
๐๐8
๐, ฮฃ
7,9
๐,๐= ๐7
๐
๐
โ ๐ถ๐
๐๐9
๐,
ฮฃ7,10
๐,๐= ๐7
๐
๐
โ ๐ถ๐
๐๐10
๐, ฮฃ
8,8
๐= ๐8
๐
๐
+๐8
๐โ ๐1๐ผ,
ฮฃ8,9
๐= ๐8
๐
๐
+๐9
๐, ฮฃ
8,10
๐= ๐8
๐
๐
+๐10
๐,
ฮฃ9,9
๐= ๐9
๐
๐
+๐9
๐โ ๐2๐ผ, ฮฃ
9,10
๐= ๐9
๐
๐
+๐10
๐,
ฮฃ10,10
๐= ๐10
๐
๐
+๐10
๐โ ๐3๐ผ,
ฬฮฃ7,7
๐= โ (1 โ ๐๐) ๐
2๐๐
๐2
๐+๐7
๐
๐
๐ถ๐+ ๐ถ๐
๐๐7
๐,
๐1
๐= ๐1
๐๐บ.
(24)
Theorem 7. For โ๐ถ๐โ + ๐พ < 1, ๐ = 1, 2, . . . , ๐ and given
positive real constants โ, โ๐, ๐, ๐๐, ๐, ๐, ๐พ, and ๐ฝ, system (1)
is robustly exponentially stable with a decay rate ๐, if thereexist symmetric positive definite matrices ๐๐
๐, any appropriate
dimensional matrices ๐ ๐๐, ๐๐๐, ๐๐๐, ๐๐๐, ๐๐๐, ๐บ, ๐ = 1, 2, . . . 6,
๐ = 1, 2, . . . , 10, ๐ = 1, 2, . . . , ๐, and positive real constants
๐1, ๐2, and ๐
3such that the following symmetric linear matrix
inequalities hold:
[
[
๐ 1
๐๐ 2
๐
โ ๐ 3
๐
]
]
> 0, ๐ = 1, 2, . . . , ๐,
[
[
๐ 4
๐๐ 5
๐
โ ๐ 6
๐
]
]
> 0, ๐ = 1, 2, . . . , ๐,
[
[
๐โ2๐โ
๐3
๐โ ๐ 3
๐๐1
๐๐2
๐
โ ๐3
๐๐4
๐
โ โ ๐5
๐
]
]
โฅ 0, ๐ = 1, 2, . . . , ๐,
[
[
๐โ2๐ฝ๐โ
๐6
๐โ ๐ 6
๐๐6
๐๐7
๐
โ ๐8
๐๐9
๐
โ โ ๐10
๐
]
]
โฅ 0, ๐ = 1, 2, . . . , ๐,
โ
๐,๐
< โ๐ผ, ๐ = 1, 2, . . . , ๐,
โ
๐,๐
+โ
๐,๐
<2
(๐ โ 1)๐ผ, ๐ = 1, 2, . . . , ๐ โ 1,
๐ = ๐ + 1, ๐ + 2, . . . , ๐.
(25)
Moreover, the solution ๐ฅ(๐ก, ๐, ๐) satisfies the inequality
๐ฅ (๐ก, ๐, ๐) โค โ
๐ฟ
๐min (๐1 (๐ผ))max [๐
,๐
] ๐โ๐๐ก
,
โ๐ก โ ๐ +
,
(26)
where ๐ฟ = ๐max(๐1(๐ผ)) + ๐๐max(๐2(๐ผ)) + โ๐max(๐3(๐ผ))+๐ฝโ๐max(๐4(๐ผ)) + โ
3๐max(๐5(๐ผ)+๐7(๐ผ) + ๐9(๐ผ)) +
(๐ฝโ)3
๐max(๐6(๐ผ)+๐8(๐ผ) + ๐10(๐ผ)) + โ3๐max ([๐ 1(๐ผ) ๐ 2(๐ผ)
โ ๐ 3(๐ผ)])+
(๐ฝโ)3
๐max ([๐ 4(๐ผ) ๐ 5(๐ผ)
โ ๐ 6(๐ผ)]).
Proof. Choose a parameter-dependent Lyapunov-Krasovskiifunctional candidate for system (9) as
๐ (๐ก) =
7
โ
๐=1
๐๐(๐ก) , (27)
where
๐1(๐ก) = ๐ฅ
๐
(๐ก) ๐1(๐ผ) ๐ฅ (๐ก) ,
๐2(๐ก) = โซ
๐ก
๐กโ๐(๐ก)
๐2๐(๐ โ๐ก)
๏ฟฝฬ๏ฟฝ๐
(๐ ) ๐2(๐ผ) ๏ฟฝฬ๏ฟฝ (๐ ) ๐๐ ,
๐3(๐ก) = โซ
๐ก
๐กโโ(๐ก)
๐2๐(๐ โ๐ก)
๐ฅ๐
(๐ ) ๐3(๐ผ) ๐ฅ (๐ ) ๐๐
+ โซ
๐ก
๐กโ๐ฝโ(๐ก)
๐2๐(๐ โ๐ก)
๐ฅ๐
(๐ ) ๐4(๐ผ) ๐ฅ (๐ ) ๐๐ ,
-
Journal of Applied Mathematics 7
๐4(๐ก) = โโซ
0
โโ
โซ
๐ก
๐ก+๐
๐2๐(๐ โ๐ก)
๏ฟฝฬ๏ฟฝ๐
(๐ ) ๐5(๐ผ) ๏ฟฝฬ๏ฟฝ (๐ ) ๐๐ ๐๐
+ ๐ฝโโซ
0
โ๐ฝโ
โซ
๐ก
๐ก+๐
๐2๐(๐ โ๐ก)
๏ฟฝฬ๏ฟฝ๐
(๐ ) ๐6(๐ผ) ๏ฟฝฬ๏ฟฝ (๐ ) ๐๐ ๐๐,
๐5(๐ก) = โโซ
0
โโ
โซ
๐ก
๐ก+๐
๐2๐(๐ โ๐ก)
๏ฟฝฬ๏ฟฝ๐
(๐ ) ๐7(๐ผ) ๏ฟฝฬ๏ฟฝ (๐ ) ๐๐ ๐๐
+ ๐ฝโโซ
0
โ๐ฝโ
โซ
๐ก
๐ก+๐
๐2๐(๐ โ๐ก)
๏ฟฝฬ๏ฟฝ๐
(๐ ) ๐8(๐ผ) ๏ฟฝฬ๏ฟฝ (๐ ) ๐๐ ๐๐,
๐6(๐ก) = โโซ
0
โโ
โซ
๐ก
๐ก+๐
๐2๐(๐ โ๐ก)
๏ฟฝฬ๏ฟฝ๐
(๐ ) ๐9(๐ผ) ๏ฟฝฬ๏ฟฝ (๐ ) ๐๐ ๐๐
+ ๐ฝโโซ
0
โ๐ฝโ
โซ
๐ก
๐ก+๐
๐2๐(๐ โ๐ก)
๏ฟฝฬ๏ฟฝ๐
(๐ ) ๐10(๐ผ) ๏ฟฝฬ๏ฟฝ (๐ ) ๐๐ ๐๐,
๐7(๐ก) = โโซ
๐ก
โโ
โซ
๐
๐โโ(๐)
๐2๐(๐โ๐ก)
[๐ฅ (๐ โ โ (๐))
๏ฟฝฬ๏ฟฝ (๐ )]
๐
ร [๐ 1(๐ผ) ๐
2(๐ผ)
โ ๐ 3(๐ผ)
]
ร [๐ฅ (๐ โ โ (๐))
๏ฟฝฬ๏ฟฝ (๐ )] ๐๐ ๐๐
+ ๐ฝโโซ
๐ก
โ๐ฝโ
โซ
๐
๐โ๐ฝโ(๐)
๐2๐(๐โ๐ก)
[๐ฅ (๐ โ ๐ฝโ (๐))
๏ฟฝฬ๏ฟฝ (๐ )]
๐
ร [๐ 4(๐ผ) ๐
5(๐ผ)
โ ๐ 6(๐ผ)
]
ร [๐ฅ (๐ โ ๐ฝโ (๐))
๏ฟฝฬ๏ฟฝ (๐ )] ๐๐ ๐๐.
(28)
Calculating the time derivatives of ๐๐(๐ก), ๐ = 1, 2, 3, . . . , 7,
along the trajectory of (9), yields
๏ฟฝฬ๏ฟฝ1(๐ก) = 2๐ฅ
๐
(๐ก) ๐1(๐ผ) ๏ฟฝฬ๏ฟฝ (๐ก)
= 2๐ฅ๐
๐1(๐ผ) [ (๐ด (๐ผ) + ๐ต
1(๐ผ) + ๐บ) ๐ฅ (๐ก)
+ ๐ต2(๐ผ) ๐ฅ (๐ก โ โ (๐ก)) โ ๐บ๐ฅ (๐ก โ ๐ฝโ (๐ก))
+ ๐ (๐ก, ๐ฅ (๐ก)) + ๐ (๐ก, ๐ฅ (๐ก โ โ (๐ก)))
+ ๐ค (๐ก, ๏ฟฝฬ๏ฟฝ (๐ก โ ๐ (๐ก))) + ๐ถ (๐ผ) ๏ฟฝฬ๏ฟฝ (๐ก โ ๐ (๐ก))
โ ๐ต1(๐ผ) โซ
๐ก
๐กโโ(๐ก)
๏ฟฝฬ๏ฟฝ (๐ ) ๐๐
โ๐บโซ
๐ก
๐กโ๐ฝโ(๐ก)
๏ฟฝฬ๏ฟฝ (๐ ) ๐๐ ]
+ 2๐๐ฅ๐
(๐ก) ๐1(๐ผ) ๐ฅ (๐ก) โ 2๐๐
1(๐ก) ,
๏ฟฝฬ๏ฟฝ2(๐ก) = ๏ฟฝฬ๏ฟฝ
๐
(๐ก) ๐2(๐ผ) ๏ฟฝฬ๏ฟฝ (๐ก)
โ (1 โ ฬ๐ (๐ก)) ๐โ2๐๐(๐ก)
๏ฟฝฬ๏ฟฝ๐
(๐ก โ ๐ (๐ก))
ร ๐2(๐ผ) ๏ฟฝฬ๏ฟฝ (๐ก โ ๐ (๐ก)) โ 2๐๐
2(๐ก)
โค ๏ฟฝฬ๏ฟฝ๐
(๐ก) ๐2(๐ผ) ๏ฟฝฬ๏ฟฝ (๐ก) โ ๐
โ2๐๐
๏ฟฝฬ๏ฟฝ๐
(๐ก โ ๐ (๐ก))
ร ๐2(๐ผ) ๏ฟฝฬ๏ฟฝ (๐ก โ ๐ (๐ก))
+ ๐๐๏ฟฝฬ๏ฟฝ๐
(๐ก โ ๐ (๐ก)) ๐2(๐ผ) ๏ฟฝฬ๏ฟฝ (๐ก โ ๐ (๐ก))
โ 2๐๐2(๐ก) .
(29)
The time derivative of ๐3(๐ก) is
๏ฟฝฬ๏ฟฝ3(๐ก) = ๐ฅ
๐
(๐ก) ๐3(๐ผ) ๐ฅ (๐ก) โ (1 โ โฬ (๐ก)) ๐
โ2๐โ(๐ก)
๐ฅ๐
(๐ก โ โ (๐ก))
ร ๐3(๐ผ) ๐ฅ (๐ก โ โ (๐ก)) + ๐ฅ
๐
(๐ก) ๐4(๐ผ) ๐ฅ (๐ก)
โ (1 โ ๐ฝโฬ (๐ก)) ๐โ2๐๐ฝโ(๐ก)
๐ฅ๐
(๐ก โ ๐ฝโ (๐ก))
ร ๐4(๐ผ) ๐ฅ (๐ก โ ๐ฝโ (๐ก)) โ 2๐๐
3(๐ก)
โค ๐ฅ๐
(๐ก) ๐3(๐ผ) ๐ฅ (๐ก) โ ๐
โ2๐โ
๐ฅ๐
(๐ก โ โ (๐ก))
ร ๐3(๐ผ) ๐ฅ (๐ก โ โ (๐ก)) + โ
๐๐โ2๐โ
๐ฅ๐
(๐ก โ โ (๐ก))
ร ๐3(๐ผ) ๐ฅ (๐ก โ โ (๐ก)) + ๐ฅ
๐
(๐ก) ๐4(๐ผ) ๐ฅ (๐ก)
โ ๐โ2๐ผ๐ฝโ
๐ฅ๐
(๐ก โ ๐ฝโ (๐ก)) ๐4(๐ผ) ๐ฅ (๐ก โ ๐ฝโ (๐ก))
+ ๐ฝโ๐๐โ2๐๐ฝโ
๐ฅ๐
(๐ก โ ๐ฝโ (๐ก)) ๐4(๐ผ) ๐ฅ (๐ก โ ๐ฝโ (๐ก))
โ 2๐๐3(๐ก) .
(30)
Obviously, for any scalar ๐ โ [๐ก โ โ, ๐ก], we get ๐โ2๐โ โค๐โ2๐(๐ โ๐ก)
โค 1 and for any scalar ๐ โ [๐ก โ ๐ฝโ, ๐ก], we obtain๐โ2๐ฝ๐โ
โค ๐โ2๐ฝ๐(๐ โ๐ก)
โค 1. Together with Lemma 4, we obtain
๏ฟฝฬ๏ฟฝ4(๐ก) = โ
2
๏ฟฝฬ๏ฟฝ๐
(๐ก) ๐5(๐ผ) ๏ฟฝฬ๏ฟฝ (๐ก)
โ โโซ
0
โโ
๐2๐๐
๏ฟฝฬ๏ฟฝ๐
(๐ก + ๐ ) ๐5(๐ผ) ๏ฟฝฬ๏ฟฝ (๐ก + ๐ ) ๐๐
+ ๐ฝ2
โ2
๏ฟฝฬ๏ฟฝ๐
(๐ก) ๐6(๐ผ) ๏ฟฝฬ๏ฟฝ (๐ก)
โ ๐ฝโโซ
0
โ๐ฝโ
๐2๐ฝ๐๐
๏ฟฝฬ๏ฟฝ๐
(๐ก + ๐ ) ๐6(๐ผ) ๏ฟฝฬ๏ฟฝ (๐ก + ๐ ) ๐๐
โ 2๐๐4(๐ก)
-
8 Journal of Applied Mathematics
โค โ2
๏ฟฝฬ๏ฟฝ๐
(๐ก) ๐5(๐ผ) ๏ฟฝฬ๏ฟฝ (๐ก)
โ โโซ
๐ก
๐กโโ
๐2๐(๐ โ๐ก)
๏ฟฝฬ๏ฟฝ๐
(๐ ) ๐5(๐ผ) ๏ฟฝฬ๏ฟฝ (๐ ) ๐๐
+ ๐ฝ2
โ2
๏ฟฝฬ๏ฟฝ๐
(๐ก) ๐6(๐ผ) ๏ฟฝฬ๏ฟฝ (๐ก)
โ ๐ฝโโซ
๐ก
๐กโ๐ฝโ
๐2๐ฝ๐(๐ โ๐ก)
๏ฟฝฬ๏ฟฝ๐
(๐ ) ๐6(๐ผ) ๏ฟฝฬ๏ฟฝ (๐ ) ๐๐
โ 2๐๐4(๐ก)
โค โ2
๏ฟฝฬ๏ฟฝ๐
(๐ก) ๐5(๐ผ) ๏ฟฝฬ๏ฟฝ (๐ก)
โ โ๐โ2๐โ
โซ
๐ก
๐กโโ
๏ฟฝฬ๏ฟฝ๐
(๐ ) ๐5(๐ผ) ๏ฟฝฬ๏ฟฝ (๐ ) ๐๐
+ ๐ฝ2
โ2
๏ฟฝฬ๏ฟฝ๐
(๐ก) ๐6(๐ผ) ๏ฟฝฬ๏ฟฝ (๐ก)
โ ๐ฝโ๐โ2๐ฝ๐โ
โซ
๐ก
๐กโ๐ฝโ
๏ฟฝฬ๏ฟฝ๐
(๐ ) ๐6(๐ผ) ๏ฟฝฬ๏ฟฝ (๐ ) ๐๐
โ 2๐๐4(๐ก) ,
๏ฟฝฬ๏ฟฝ5(๐ก) โค โ
2
๏ฟฝฬ๏ฟฝ๐
(๐ก) ๐7(๐ผ) ๏ฟฝฬ๏ฟฝ (๐ก)
โ โ๐โ2๐โ
โซ
๐ก
๐กโโ
๏ฟฝฬ๏ฟฝ๐
(๐ ) ๐7(๐ผ) ๏ฟฝฬ๏ฟฝ (๐ ) ๐๐
+ ๐ฝ2
โ2
๏ฟฝฬ๏ฟฝ๐
(๐ก) ๐8(๐ผ) ๏ฟฝฬ๏ฟฝ (๐ก)
โ ๐ฝโ๐โ2๐ฝ๐โ
โซ
๐ก
๐กโ๐ฝโ
๏ฟฝฬ๏ฟฝ๐
(๐ ) ๐8(๐ผ) ๏ฟฝฬ๏ฟฝ (๐ ) ๐๐
โ 2๐๐5(๐ก)
โค โ2
๏ฟฝฬ๏ฟฝ๐
(๐ก) ๐7(๐ผ) ๏ฟฝฬ๏ฟฝ (๐ก)
โ ๐โ2๐โ
โซ
๐ก
๐กโโ
๏ฟฝฬ๏ฟฝ๐
(๐ ) ๐๐ ๐7(๐ผ)โซ
๐ก
๐กโโ
๏ฟฝฬ๏ฟฝ (๐ ) ๐๐
+ ๐ฝ2
โ2
๏ฟฝฬ๏ฟฝ๐
(๐ก) ๐8(๐ผ) ๏ฟฝฬ๏ฟฝ (๐ก)
โ ๐โ2๐ฝ๐โ
โซ
๐ก
๐กโ๐ฝโ
๏ฟฝฬ๏ฟฝ๐
(๐ ) ๐๐ ๐8(๐ผ) โซ
๐ก
๐กโ๐ฝโ
๏ฟฝฬ๏ฟฝ (๐ ) ๐๐
โ 2๐๐5(๐ก)
โค โ2
๏ฟฝฬ๏ฟฝ๐
(๐ก) ๐7(๐ผ) ๏ฟฝฬ๏ฟฝ (๐ก)
โ ๐โ2๐โ
โซ
๐ก
๐กโโ(๐ก)
๏ฟฝฬ๏ฟฝ๐
(๐ ) ๐๐ ๐7(๐ผ) โซ
๐ก
๐กโโ(๐ก)
๏ฟฝฬ๏ฟฝ (๐ ) ๐๐
+ ๐ฝ2
โ2
๏ฟฝฬ๏ฟฝ๐
(๐ก) ๐8(๐ผ) ๏ฟฝฬ๏ฟฝ (๐ก)
โ ๐โ2๐ฝ๐โ
โซ
๐ก
๐กโ๐ฝโ(๐ก)
๏ฟฝฬ๏ฟฝ๐
(๐ ) ๐๐ ๐8(๐ผ) โซ
๐ก
๐กโ๐ฝโ(๐ก)
๏ฟฝฬ๏ฟฝ (๐ ) ๐๐
โ 2๐ผ๐5(๐ก) ,
๏ฟฝฬ๏ฟฝ6(๐ก) โค โ
2
๏ฟฝฬ๏ฟฝ๐
(๐ก) ๐9(๐ผ) ๏ฟฝฬ๏ฟฝ (๐ก)
โ ๐โ2๐โ
โซ
๐ก
๐กโโ(๐ก)
๏ฟฝฬ๏ฟฝ๐
(๐ ) ๐๐ ๐9(๐ผ) โซ
๐ก
๐กโโ(๐ก)
๏ฟฝฬ๏ฟฝ (๐ ) ๐๐
+ ๐ฝ2
โ2
๏ฟฝฬ๏ฟฝ๐
(๐ก) ๐10(๐ผ) ๏ฟฝฬ๏ฟฝ (๐ก)
โ ๐โ2๐ฝ๐โ
โซ
๐ก
๐กโ๐ฝโ(๐ก)
๏ฟฝฬ๏ฟฝ๐
(๐ ) ๐๐ ๐10(๐ผ)โซ
๐ก
๐กโ๐ฝโ(๐ก)
๏ฟฝฬ๏ฟฝ (๐ ) ๐๐
โ 2๐๐6(๐ก)
= โ2
๏ฟฝฬ๏ฟฝ๐
(๐ก) ๐9(๐ผ) ๏ฟฝฬ๏ฟฝ (๐ก)
โ ๐โ2๐โ
[๐ฅ๐
(๐ก) โ ๐ฅ๐
(๐ก โ โ (๐ก))]
ร ๐9(๐ผ) [๐ฅ (๐ก) โ ๐ฅ (๐ก โ โ (๐ก))]
+ ๐ฝโ2
๏ฟฝฬ๏ฟฝ๐
(๐ก) ๐10(๐ผ) ๏ฟฝฬ๏ฟฝ (๐ก)
โ ๐โ2๐ฝ๐โ
[๐ฅ๐
(๐ก) โ ๐ฅ๐
(๐ก โ ๐ฝโ (๐ก))]
ร ๐10(๐ผ) [๐ฅ (๐ก) โ ๐ฅ (๐ก โ ๐ฝโ (๐ก))] โ 2๐๐
6(๐ก) .
(31)
Taking the time derivative of ๐7(๐ก), we obtain
๏ฟฝฬ๏ฟฝ7(๐ก) = โโ (๐ก) ๐ฅ
๐
(๐ก โ โ (๐ก)) ๐ 1(๐ผ) ๐ฅ (๐ก โ โ (๐ก))
+ 2โ๐ฅ๐
(๐ก โ โ (๐ก)) ๐ 2(๐ผ) ๐ฅ (๐ก)
โ 2โ๐ฅ๐
(๐ก โ โ (๐ก)) ๐ 2(๐ผ) ๐ฅ (๐ก โ โ (๐ก))
+ โโซ
๐ก
๐กโโ
๏ฟฝฬ๏ฟฝ๐
(๐ ) ๐ 3(๐ผ) ๏ฟฝฬ๏ฟฝ (๐ ) ๐๐
+ ๐ฝ2
โโ (๐ก) ๐ฅ๐
(๐ก โ ๐ฝโ (๐ก)) ๐ 4(๐ผ) ๐ฅ (๐ก โ ๐ฝโ (๐ก))
+ 2๐ฝโ๐ฅ๐
(๐ก โ โ (๐ก)) ๐ 5(๐ผ) ๐ฅ (๐ก)
โ 2๐ฝโ๐ฅ๐
(๐ก โ ๐ฝโ (๐ก)) ๐ 5(๐ผ) ๐ฅ (๐ก โ ๐ฝโ (๐ก))
+ ๐ฝโโซ
๐ก
๐กโ๐ฝโ
๏ฟฝฬ๏ฟฝ๐
(๐ ) ๐ 6(๐ผ) ๏ฟฝฬ๏ฟฝ (๐ ) ๐๐ โ 2๐๐
7(๐ก)
โค โ2
๐ฅ๐
(๐ก โ โ (๐ก)) ๐ 1(๐ผ) ๐ฅ (๐ก โ โ (๐ก))
+ 2โ๐ฅ๐
(๐ก โ โ (๐ก)) ๐ 2(๐ผ) ๐ฅ (๐ก)
โ 2โ๐ฅ๐
(๐ก โ โ (๐ก)) ๐ 2(๐ผ) ๐ฅ (๐ก โ โ (๐ก))
+ โโซ
๐ก
๐กโโ
๏ฟฝฬ๏ฟฝ๐
(๐ ) ๐ 3(๐ผ) ๏ฟฝฬ๏ฟฝ (๐ ) ๐๐
+ ๐ฝ2
โ2
๐ฅ๐
(๐ก โ ๐ฝโ (๐ก)) ๐ 4(๐ผ) ๐ฅ (๐ก โ ๐ฝโ (๐ก))
+ 2๐ฝโ๐ฅ๐
(๐ก โ โ (๐ก)) ๐ 5(๐ผ) ๐ฅ (๐ก)
โ 2๐ฝโ๐ฅ๐
(๐ก โ ๐ฝโ (๐ก)) ๐ 5(๐ผ) ๐ฅ (๐ก โ ๐ฝโ (๐ก))
+ ๐ฝโโซ
๐ก
๐กโ๐ฝโ
๏ฟฝฬ๏ฟฝ๐
(๐ ) ๐ 6(๐ผ) ๏ฟฝฬ๏ฟฝ (๐ ) ๐๐ โ 2๐๐
7(๐ก) .
(32)
-
Journal of Applied Mathematics 9
By Lemma 5 and the integral term of the right hand sideof ๏ฟฝฬ๏ฟฝ4(๐ก) and ๏ฟฝฬ๏ฟฝ
7(๐ก), we obtain
โ โโซ
๐ก
๐กโโ
๏ฟฝฬ๏ฟฝ๐
(๐ ) [๐โ2๐โ
๐5(๐ผ) โ ๐
3(๐ผ)] ๏ฟฝฬ๏ฟฝ (๐ ) ๐๐
โ ๐ฝโโซ
๐ก
๐กโ๐ฝโ
๏ฟฝฬ๏ฟฝ๐
(๐ ) [๐โ2๐ฝ๐โ
๐6(๐ผ) โ ๐
6(๐ผ)] ๏ฟฝฬ๏ฟฝ (๐ ) ๐๐
โค โ[๐ฅ (๐ก)
๐ฅ๐ก โ โ (๐ก)]
๐
ร [๐๐
1(๐ผ) + ๐
1(๐ผ) โ๐
๐
1(๐ผ) + ๐
2(๐ผ)
โ โ๐๐
2(๐ผ) โ ๐
2(๐ผ)
]
ร [๐ฅ (๐ก)
๐ฅ๐ก โ โ (๐ก)]
+ โ2
[๐ฅ (๐ก)
๐ฅ๐ก โ โ (๐ก)]
๐
[๐3(๐ผ) ๐
4(๐ผ)
โ ๐5(๐ผ)
]
ร [๐ฅ (๐ก)
๐ฅ๐ก โ โ (๐ก)] + ๐ฝโ[
๐ฅ (๐ก)
๐ฅ๐ก โ ๐ฝโ (๐ก)]
๐
ร [๐๐
6(๐ผ) + ๐
6(๐ผ) โ๐
๐
6(๐ผ) + ๐
7(๐ผ)
โ โ๐๐
7(๐ผ) โ ๐
7(๐ผ)
]
ร [๐ฅ (๐ก)
๐ฅ๐ก โ ๐ฝโ (๐ก)]
+ ๐ฝ2
โ2
[๐ฅ (๐ก)
๐ฅ๐ก โ ๐ฝโ (๐ก)]
๐
[๐8(๐ผ) ๐
9(๐ผ)
โ ๐10(๐ผ)
]
ร [๐ฅ (๐ก)
๐ฅ๐ก โ ๐ฝโ (๐ก)] .
(33)
From the Leibniz-Newton formula, the following equa-tions are true for any parameter-dependent real matrices๐๐(๐ผ), ๐
๐(๐ผ), ๐ = 1, 2, . . . , 10 with appropriate dimensions:
2 [๐ฅ๐
(๐ก)๐๐
1(๐ผ) + ๐ฅ
๐
(๐ก โ โ (๐ก))๐๐
2(๐ผ)
+ ๐ฅ๐
(๐ก โ ๐ฝโ (๐ก))๐๐
3(๐ผ) + โซ
๐ก
๐กโโ(๐ก)
๏ฟฝฬ๏ฟฝ๐
(๐ ) ๐๐ ๐๐
4(๐ผ)
+ โซ
๐ก
๐กโ๐ฝโ(๐ก)
๏ฟฝฬ๏ฟฝ๐
(๐ ) ๐๐ ๐๐
5(๐ผ) + ๏ฟฝฬ๏ฟฝ
๐
(๐ก)๐๐
6(๐ผ)
+ ๏ฟฝฬ๏ฟฝ๐
(๐ก โ ๐ (๐ก))๐๐
7(๐ผ) + ๐
๐
(๐ก, ๐ฅ (๐ก))๐๐
8(๐ผ)
+๐๐
(๐ก, ๐ฅ (๐ก โ โ (๐ก)))๐๐
9(๐ผ) + ๐ค
๐
(๐ก, ๏ฟฝฬ๏ฟฝ (๐ก โ ๐ (๐ก)))๐๐
10(๐ผ) ]
ร [๐ฅ (๐ก) โ ๐ฅ (๐ก โ โ (๐ก)) โ โซ
๐ก
๐กโโ(๐ก)
๏ฟฝฬ๏ฟฝ (๐ ) ๐๐ ] = 0,
2 [๐ฅ๐
(๐ก) ๐๐
1(๐ผ) + ๐ฅ
๐
(๐ก โ โ (๐ก)) ๐๐
2(๐ผ)
+ ๐ฅ๐
(๐ก โ ๐ฝโ (๐ก)) ๐๐
3(๐ผ) + โซ
๐ก
๐กโโ(๐ก)
๏ฟฝฬ๏ฟฝ๐
(๐ ) ๐๐ ๐๐
4(๐ผ)
+ โซ
๐ก
๐กโ๐ฝโ(๐ก)
๏ฟฝฬ๏ฟฝ๐
(๐ ) ๐๐ ๐๐
5(๐ผ) + ๏ฟฝฬ๏ฟฝ
๐
(๐ก) ๐๐
6(๐ผ)
+ ๏ฟฝฬ๏ฟฝ๐
(๐ก โ ๐ (๐ก)) ๐๐
7(๐ผ) + ๐
๐
(๐ก, ๐ฅ (๐ก)) ๐๐
8(๐ผ)
+ ๐๐
(๐ก, ๐ฅ (๐ก โ โ (๐ก))) ๐๐
9(๐ผ) +๐ค
๐
(๐ก, ๏ฟฝฬ๏ฟฝ (๐ก โ ๐ (๐ก))) ๐๐
10(๐ผ) ]
ร [๐ฅ (๐ก) โ ๐ฅ (๐ก โ ๐ฝโ (๐ก)) โ โซ
๐ก
๐กโ๐ฝโ(๐ก)
๏ฟฝฬ๏ฟฝ (๐ ) ๐๐ ] = 0.
(34)
From the utilization of zero equation, the followingequation is true for any parameter-dependent real matrices๐๐, ๐ = 1, 2, . . . , 10 with appropriate dimensions:
2 [๐ฅ๐
(๐ก)๐๐
1(๐ผ) + ๐ฅ
๐
(๐ก โ โ (๐ก))๐๐
2(๐ผ)
+ ๐ฅ๐
(๐ก โ ๐ฝโ (๐ก))๐๐
3(๐ผ) + โซ
๐ก
๐กโโ(๐ก)
๏ฟฝฬ๏ฟฝ๐
(๐ ) ๐๐ ๐๐
4(๐ผ)
+ โซ
๐ก
๐กโ๐ฝโ(๐ก)
๏ฟฝฬ๏ฟฝ๐
(๐ ) ๐๐ ๐๐
5(๐ผ) + ๏ฟฝฬ๏ฟฝ
๐
(๐ก)๐๐
6(๐ผ)
+ ๏ฟฝฬ๏ฟฝ๐
(๐ก โ ๐ (๐ก))๐๐
7(๐ผ) + ๐
๐
(๐ก, ๐ฅ (๐ก))๐8(๐ผ)
+ ๐๐
(๐ก, ๐ฅ (๐ก โ โ (๐ก)))๐๐
9(๐ผ)
+๐ค๐
(๐ก, ๏ฟฝฬ๏ฟฝ (๐ก โ ๐ (๐ก)))๐๐
10(๐ผ) ]
ร [ (๐ด (๐ผ) + ๐ต1(๐ผ)) ๐ฅ (๐ก) + ๐ต
2(๐ผ) ๐ฅ (๐ก โ โ (๐ก))
+ ๐ถ (๐ผ) ๏ฟฝฬ๏ฟฝ (๐ก โ ๐ (๐ก)) + ๐ (๐ก, ๐ฅ (๐ก)) + ๐ (๐ก, ๐ฅ (๐ก โ โ (๐ก)))
+ ๐ค (๐ก, ๏ฟฝฬ๏ฟฝ (๐ก โ ๐ (๐ก))) โ ๐ต1(๐ผ) โซ
๐ก
๐กโโ(๐ก)
๏ฟฝฬ๏ฟฝ (๐ ) ๐๐ โ ๏ฟฝฬ๏ฟฝ (๐ก)]
= 0.
(35)
From (5), we obtain, for any positive real constants ๐1, ๐2,
and ๐3,
0 โค ๐1๐2
๐ฅ๐
(๐ก) ๐ฅ (๐ก) โ ๐1๐๐
(๐ก, ๐ฅ (๐ก)) ๐ (๐ก, ๐ฅ (๐ก)) ,
0 โค ๐2๐2
๐ฅ๐
(๐ก โ โ (๐ก)) ๐ฅ (๐ก โ โ (๐ก))
โ ๐2๐๐
(๐ก, ๐ฅ (๐ก โ โ (๐ก))) ๐ (๐ก, ๐ฅ (๐ก โ โ (๐ก))) ,
0 โค ๐3๐พ2
๏ฟฝฬ๏ฟฝ๐
(๐ก โ ๐ (๐ก)) ๏ฟฝฬ๏ฟฝ (๐ก โ ๐ (๐ก))
โ ๐3๐ค๐
(๐ก, ๏ฟฝฬ๏ฟฝ (๐ก โ ๐ (๐ก))) ๐ค (๐ก, ๏ฟฝฬ๏ฟฝ (๐ก โ ๐ (๐ก))) .
(36)
-
10 Journal of Applied Mathematics
According to (29)โ(36), it is straightforward to see that
๏ฟฝฬ๏ฟฝ (๐ก) โค ๐๐
(๐ก)
๐
โ
๐=1
๐
โ
๐=1
๐ผ๐๐ผ๐โ
๐,๐
๐ (๐ก) โ 2๐๐ (๐ก) , (37)
where ๐๐(๐ก) = [๐ฅ๐(๐ก),๐ฅ๐(๐กโโ(๐ก)),๐ฅ๐(๐กโ๐ฝโ(๐ก)),โซ๐ก๐กโโ(๐ก)
๏ฟฝฬ๏ฟฝ๐(๐ )๐๐ ,
โซ๐ก
๐กโ๐ฝโ(๐ก)๏ฟฝฬ๏ฟฝ๐(๐ )๐๐ , ๏ฟฝฬ๏ฟฝ
๐(๐ก), ๏ฟฝฬ๏ฟฝ๐(๐ก โ ๐(๐ก)), ๐๐(๐ก, ๐ฅ(๐ก)), ๐๐(๐ก, ๐ฅ(๐ก โ
โ(๐ก))), ๐ค๐(๐ก, ๏ฟฝฬ๏ฟฝ(๐ก โ ๐(๐ก))] and โ๐,๐is defined in (23). From the
fact that โ๐๐=1
๐ผ๐= 1,
๐
โ
๐=1
๐ผ๐๐ด๐
๐
โ
๐=1
๐ผ๐๐ต๐=
๐
โ
๐=1
๐ผ2
๐๐ด๐๐ต๐+
๐โ1
โ
๐=1
๐
โ
๐=๐+1
๐ผ๐๐ผ๐[๐ด๐๐ต๐+ ๐ด๐๐ต๐] ,
(๐ โ 1)
๐
โ
๐=1
๐ผ2
๐โ 2
๐โ1
โ
๐=1
๐
โ
๐=๐+1
๐ผ๐๐ผ๐=
๐โ1
โ
๐=1
๐
โ
๐=๐+1
[๐ผ๐โ ๐ผ๐]2
โฅ 0.
(38)It is true that if conditions (25) hold, then
๏ฟฝฬ๏ฟฝ (๐ก) + 2๐๐ (๐ก) โค 0, โ๐ก โ ๐ +
, (39)which gives
๐ (๐ก) โค ๐ (0) ๐โ2๐๐ก
, โ๐ก โ ๐ +
. (40)From (40), it is easy to see that
๐min (๐1 (๐ผ)) โ๐ฅ (๐ก)โ2
โค ๐ (๐ก) โค ๐ (0) ๐โ2๐๐ก
, (41)
๐ (0) =
7
โ
๐=1
๐๐(0) , (42)
where๐1(0) = ๐ฅ
๐
(0) ๐1(๐ผ) ๐ฅ (0) ,
๐2(0) = โซ
0
โ๐(0)
๐2๐๐
๏ฟฝฬ๏ฟฝ๐
(๐ ) ๐2(๐ผ) ๏ฟฝฬ๏ฟฝ (๐ ) ๐๐ ,
๐3(0) = โซ
0
โโ(0)
๐2๐๐
๐ฅ๐
(๐ ) ๐3(๐ผ) ๐ฅ (๐ ) ๐๐
+ โซ
0
โ๐ฝโ(0)
๐2๐๐
๐ฅ๐
(๐ ) ๐4(๐ผ) ๐ฅ (๐ ) ๐๐ ,
๐4(0) = โโซ
0
โโ
โซ
0
๐
๐2๐๐
๏ฟฝฬ๏ฟฝ๐
(๐ ) ๐5(๐ผ) ๏ฟฝฬ๏ฟฝ (๐ ) ๐๐ ๐๐
+ ๐ฝโโซ
0
โ๐ฝโ
โซ
0
๐
๐2๐๐
๏ฟฝฬ๏ฟฝ๐
(๐ ) ๐6(๐ผ) ๏ฟฝฬ๏ฟฝ (๐ ) ๐๐ ๐๐,
๐5(0) = โโซ
0
โโ
โซ
0
๐
๐2๐๐
๏ฟฝฬ๏ฟฝ๐
(๐ ) ๐7(๐ผ) ๏ฟฝฬ๏ฟฝ (๐ ) ๐๐ ๐๐
+ ๐ฝโโซ
0
โ๐ฝโ
โซ
0
๐
๐2๐๐
๏ฟฝฬ๏ฟฝ๐
(๐ ) ๐8(๐ผ) ๏ฟฝฬ๏ฟฝ (๐ ) ๐๐ ๐๐,
๐6(0) = โโซ
0
โโ
โซ
๐ก
๐
๐2๐๐
๏ฟฝฬ๏ฟฝ๐
(๐ ) ๐9(๐ผ) ๏ฟฝฬ๏ฟฝ (๐ ) ๐๐ ๐๐
+ ๐ฝโโซ
0
โ๐ฝโ
โซ
0
๐
๐2๐๐
๏ฟฝฬ๏ฟฝ๐
(๐ ) ๐10(๐ผ) ๏ฟฝฬ๏ฟฝ (๐ ) ๐๐ ๐๐,
๐7(0) = โโซ
0
โโ
โซ
๐
๐โโ(๐)
๐2๐๐
[๐ฅ (๐ โ โ (๐))
๏ฟฝฬ๏ฟฝ (๐ )]
๐
ร [๐ 1(๐ผ) ๐
2(๐ผ)
โ ๐ 3(๐ผ)
]
ร [๐ฅ (๐ โ โ (๐))
๏ฟฝฬ๏ฟฝ (๐ )] ๐๐ ๐๐
+ ๐ฝโโซ
0
โ๐ฝโ
โซ
๐
๐โ๐ฝโ(๐)
๐2๐๐
[๐ฅ (๐ โ ๐ฝโ (๐))
๏ฟฝฬ๏ฟฝ (๐ )]
๐
ร [๐ 4(๐ผ) ๐
5(๐ผ)
โ ๐ 6(๐ผ)
]
ร [๐ฅ (๐ โ ๐ฝโ (๐))
๏ฟฝฬ๏ฟฝ (๐ )] ๐๐ ๐๐.
(43)
From (41), we conclude that
๐min (๐1 (๐ผ)) โ๐ฅ (๐ก)โ2
โค ๐ (0) ๐โ2๐๐ก
โค ๐ฟmax [๐ ,๐
]2
๐โ2๐๐ก
,
(44)
where ๐ฟ = ๐max(๐1(๐ผ)) + ๐๐max(๐2(๐ผ))+ โ๐max(๐3(๐ผ)) +๐ฝโ๐max(๐4(๐ผ))+ โ
3๐max(๐5(๐ผ) + ๐7(๐ผ)+๐9(๐ผ)) + (๐ฝโ)
3
๐max(๐6(๐ผ) +๐8(๐ผ) +๐10(๐ผ)) + โ3๐max ([
๐ 1(๐ผ) ๐ 2(๐ผ)
โ ๐ 3(๐ผ)]) + (๐ฝโ)
3
๐max ([๐ 4(๐ผ) ๐ 5(๐ผ)
โ ๐ 6(๐ผ)]). From (44), this means that the system
(1) is robustly exponentially stable. The proof of the theoremis complete.
Next, we consider the following system:
๏ฟฝฬ๏ฟฝ (๐ก) = ๐ด (๐ผ) ๐ฅ (๐ก) + ๐ต (๐ผ) ๐ฅ (๐ก โ โ (๐ก)) + ๐ถ (๐ผ) ๏ฟฝฬ๏ฟฝ (๐ก โ ๐ (๐ก))
+ ๐ (๐ก, ๐ฅ (๐ก)) + ๐ (๐ก, ๐ฅ (๐ก โ โ (๐ก))) , ๐ก > 0;
๐ฅ (๐ก) = ๐ (๐ก) , ๏ฟฝฬ๏ฟฝ (๐ก) = ๐ (๐ก) , ๐ก โ [โ๐, 0] .
(45)
We introduce the following notations for later use:
โ
๐,๐
=
[[[[[[[[[[[[[[[[
[
ฮฃ1,1
๐,๐ฮฃ1,2
๐,๐ฮฃ1,3
๐,๐ฮฃ1,4
๐,๐ฮฃ1,5
๐,๐ฮฃ1,6
๐,๐ฮฃ1,7
๐,๐ฮฃ1,8
๐,๐ฮฃ1,9
๐,๐
โ ฮฃ2,2
๐,๐ฮฃ2,3
๐,๐ฮฃ2,4
๐,๐ฮฃ2,5
๐,๐ฮฃ2,6
๐,๐ฮฃ2,7
๐,๐ฮฃ2,8
๐,๐ฮฃ2,9
๐,๐
โ โ ฮฃ3,3
๐ฮฃ3,4
๐,๐ฮฃ3,5
๐ฮฃ3,6
๐ฮฃ3,7
๐,๐ฮฃ3,8
๐ฮฃ3,9
๐
โ โ โ ฮฃ4,4
๐,๐ฮฃ4,5
๐,๐ฮฃ4,6
๐,๐ฮฃ4,7
๐,๐ฮฃ4,8
๐ฮฃ4,9
๐
โ โ โ โ ฮฃ5,5
๐ฮฃ5,6
๐ฮฃ5,7
๐,๐ฮฃ5,8
๐ฮฃ5,9
๐
โ โ โ โ โ ฮฃ6,6
๐ฮฃ6,7
๐,๐ฮฃ6,8
๐ฮฃ6,9
๐
โ โ โ โ โ โ ฮฃฬ7,7
๐,๐ฮฃ7,8
๐,๐ฮฃ7,9
๐,๐
โ โ โ โ โ โ โ ฮฃ8,8
๐ฮฃ8,9
๐
โ โ โ โ โ โ โ โ ฮฃ9,9
๐
]]]]]]]]]]]]]]]]
]
.
(46)
Corollary 8. For โ๐ถ๐โ < 1, ๐ = 1, 2, . . . , ๐ and given
positive real constants โ, โ๐, ๐, ๐๐, ๐, ๐, and ๐ฝ, system (45)
is robustly exponentially stable with a decay rate ๐, if thereexist symmetric positive definite matrices ๐๐
๐, any appropriate
dimensional matrices ๐ ๐๐, ๐๐๐, ๐๐๐, ๐๐๐, ๐๐๐, ๐ = 1, 2, . . . 6,
๐ = 1, 2, . . . , 10, ๐ = 1, 2, . . . , 9, ๐ = 1, 2, . . . , ๐, and positive
-
Journal of Applied Mathematics 11
real constants ๐1, ๐2such that the following symmetric linear
matrix inequalities hold:
[๐ 1
๐๐ 2
๐
โ ๐ 3
๐
] > 0, ๐ = 1, 2, . . . , ๐,
[๐ 4
๐๐ 5
๐
โ ๐ 6
๐
] > 0, ๐ = 1, 2, . . . , ๐,
[
[
๐โ2๐โ
๐3
๐โ ๐ 3
๐๐1
๐๐2
๐
โ ๐3
๐๐4
๐
โ โ ๐5
๐
]
]
โฅ 0, ๐ = 1, 2, . . . , ๐,
[
[
๐โ2๐ฝ๐โ
๐6
๐โ ๐ 6
๐๐6
๐๐7
๐
โ ๐8
๐๐9
๐
โ โ ๐10
๐
]
]
โฅ 0, ๐ = 1, 2, . . . , ๐,
โ
๐,๐
< โ๐ผ, ๐ = 1, 2, . . . , ๐,
โ
๐,๐
+โ
๐,๐
<2
(๐ โ 1)๐ผ, ๐ = 1, 2, . . . , ๐ โ 1,
๐ = ๐ + 1, ๐ + 2, . . . , ๐.
(47)
Moreover, the solution ๐ฅ(๐ก, ๐, ๐) satisfies the inequality
๐ฅ (๐ก, ๐, ๐) โค โ
๐ฟ
๐min (๐1 (๐ผ))max [๐
,๐
] ๐โ๐๐ก
,
โ๐ก โ ๐ +
,
(48)
where ๐ฟ = ๐max(๐1(๐ผ)) + ๐๐max(๐2(๐ผ)) + โ๐max(๐3(๐ผ)) +๐ฝโ๐max(๐4(๐ผ)) + โ
3๐max(๐5(๐ผ) + ๐7(๐ผ) + ๐9(๐ผ)) +
(๐ฝโ)3
๐max(๐6(๐ผ) + ๐8(๐ผ) + ๐10(๐ผ)) + โ3๐max ([
๐ 1(๐ผ) ๐ 2(๐ผ)
โ ๐ 3(๐ผ)]) +
(๐ฝโ)3
๐max ([๐ 4(๐ผ) ๐ 5(๐ผ)
โ ๐ 6(๐ผ)]).
3.2. Exponential Stability Criteria. In this section, we studythe exponential stability criteria for neutral systems withtime-varying delays by using the combination of linearmatrixinequality (LMI) technique and Lyapunov theory method.We introduce the following notations for later use:
โ =
[[[[[[[[[[[[[[
[
ฮฃ11
ฮฃ12
ฮฃ13
ฮฃ14
ฮฃ15
ฮฃ16
ฮฃ17
ฮฃ18
ฮฃ19
ฮฃ1,10
โ ฮฃ22
ฮฃ23
ฮฃ24
ฮฃ25
ฮฃ26
ฮฃ27
ฮฃ28
ฮฃ29
ฮฃ2,10
โ โ ฮฃ33
ฮฃ34
ฮฃ35
ฮฃ36
ฮฃ37
ฮฃ38
ฮฃ39
ฮฃ3,10
โ โ โ ฮฃ44
ฮฃ45
ฮฃ46
ฮฃ47
ฮฃ48
ฮฃ49
ฮฃ4,10
โ โ โ โ ฮฃ55
ฮฃ56
ฮฃ57
ฮฃ58
ฮฃ59
ฮฃ5,10
โ โ โ โ โ ฮฃ66
ฮฃ67
ฮฃ68
ฮฃ69
ฮฃ6,10
โ โ โ โ โ โ ฮฃ77
ฮฃ78
ฮฃ79
ฮฃ7,10
โ โ โ โ โ โ โ ฮฃ88
ฮฃ89
ฮฃ8,10
โ โ โ โ โ โ โ โ ฮฃ99
ฮฃ9,10
โ โ โ โ โ โ โ โ โ ฮฃ10,10
]]]]]]]]]]]]]]
]
,
(49)
where
ฮฃ1,1
= ๐ด๐
๐1+ ๐ต๐
1๐1+ ๐๐
1+ ๐1๐ด + ๐
1๐ต1+ ๐1+ ๐3
+ ๐4+ โ๐
๐
1+ โ๐
1โ ๐โ2๐โ
๐9โ ๐โ2๐๐ฝโ
๐10
+ โ2
๐3+ ๐ฝโ๐
6+ ๐ฝโ๐
๐
6+ ๐ฝ2
โ2
๐8
+ ๐๐
1+ ๐1+ ๐๐
1+ ๐1+ ๐ด๐
๐1+๐๐
1๐ด
+ ๐ต๐
1๐1+๐๐
1๐ต1+ ๐1๐2
๐ผ + 2๐๐1,
ฮฃ1,2
= ๐1๐ต2โ โ๐
๐
1+ โ๐
2+ โ2
๐4+ ๐โ2๐โ
๐9
+ โ๐ 2โ ๐๐
1+ ๐2+ ๐2+๐๐
1๐ต2
+ ๐ด๐
๐2+ ๐ต๐
1๐2,
ฮฃ1,3
= โ๐1โ ๐ฝโ๐
๐
6+ ๐ฝโ๐
7+ ๐ฝโ2
๐9+ ๐ฝโ๐
5
+ ๐โ2๐๐ฝโ
๐10+ ๐3โ ๐๐
1+ ๐3
+ ๐ด๐
๐3+ ๐ต๐
1๐3,
ฮฃ1,4
= โ๐1๐ต1โ ๐๐
1+ ๐4+ ๐4
โ๐๐
1๐ต1+ ๐ด๐
๐4+ ๐ต๐
1๐4,
ฮฃ1,5
= โ๐1+ ๐5โ ๐๐
1+ ๐5+ ๐ด๐
๐5+ ๐ต๐
1๐5,
ฮฃ1,6
= ๐6+ ๐6โ๐๐
1+ ๐ด๐
๐6+ ๐ต๐
1๐6,
ฮฃ1,7
= ๐1๐ถ + ๐
7+ ๐7+๐๐
1๐ถ + ๐ด
๐
๐7+ ๐ต๐
1๐7,
ฮฃ1,8
= ๐1+ ๐8+ ๐8+๐๐
1+ ๐ด๐
๐8+ ๐ต๐
1๐8,
ฮฃ1,9
= ๐1+ ๐9+ ๐9+๐๐
1+ ๐ด๐
๐9+ ๐ต๐
1๐9,
ฮฃ1,10
= ๐1+ ๐10+ ๐10+๐๐
1+ ๐ด๐
๐10+ ๐ต๐
1๐10,
ฮฃ2,2
= โ (1 โ โ๐) ๐โ2๐โ
๐3โ โ๐
๐
2โ โ๐
2
+ โ2
๐5+ โ2
๐ 1โ 2โ๐
2โ ๐โ2๐โ
๐9
+ ๐2๐2
๐ผ โ ๐๐
2โ ๐2+๐๐
2๐ต2+ ๐ต๐
2๐2,
ฮฃ2,3
= โ๐3โ ๐๐
2+ ๐ต๐
2๐3,
ฮฃ2,4
= โ๐๐
2โ ๐4โ๐๐
2๐ต1+ ๐ต๐
2๐4,
ฮฃ2,5
= โ๐5โ ๐๐
2+ ๐ต๐
2๐5,
ฮฃ2,6
= โ๐6โ๐๐
2+ ๐ต๐
2๐6,
ฮฃ2,7
= โ๐7+๐๐
2๐ถ + ๐ต
๐
2๐7,
ฮฃ2,8
= โ๐8+๐๐
2+ ๐ต๐
2๐8,
ฮฃ2,9
= โ๐๐
9โ๐๐
2+ ๐ต๐
2๐9,
ฮฃ2,10
= โ๐10+๐๐
2+ ๐ต๐
2๐10,
-
12 Journal of Applied Mathematics
ฮฃ3,3
= โ (1 โ ๐ฝโ๐) ๐โ2๐ฝ๐โ
๐4โ ๐โ2๐ฝ๐โ
๐10+ ๐ฝ2
โ2
๐ 4
โ 2๐ฝโ๐ 5โ ๐ฝโ๐
๐
7โ ๐ฝโ๐
7+ ๐ฝ2
โ2
๐10
โ ๐๐
3โ ๐3,
ฮฃ3,4
= โ๐๐
3โ ๐4โ๐๐
3๐ต1,
ฮฃ3,5
= โ๐๐
3โ ๐5,
ฮฃ3,6
= โ๐9+๐๐
3, ฮฃ
3,7= โ๐7+๐๐
3๐ถ,
ฮฃ3,8
= โ๐8+๐๐
3, ฮฃ
3,9= โ๐9+๐๐
3,
ฮฃ3,10
= โ๐10+๐๐
3,
ฮฃ4,4
= โ๐2๐โ
๐7โ ๐๐
4โ ๐4+๐๐
4๐ต1โ ๐ต๐
1๐4,
ฮฃ4,5
= โ๐5โ ๐๐
4โ ๐ต๐
1๐5,
ฮฃ4,6
= โ๐6โ๐๐
4โ ๐ต๐
1๐6,
ฮฃ4,7
= โ๐7+๐๐
4๐ถ โ ๐ต
๐
1๐7,
ฮฃ4,8
= โ๐8+๐๐
3,
ฮฃ4,9
= โ๐9+๐๐
3, ฮฃ
4,10= โ๐10+๐๐
3,
ฮฃ5,5
= โ๐2๐ฝ๐โ
๐8โ ๐๐
5โ ๐5,
ฮฃ5,6
= โ๐6โ๐๐
5,
ฮฃ5,7
= โ๐7+๐๐
5๐ถ, ฮฃ
5,8= โ๐8+๐๐
5,
ฮฃ5,9
= โ๐9+๐๐
5,
ฮฃ5,10
= โ๐10+๐๐
5,
ฮฃ6,6
= ๐2+ โ2
๐5+ ๐ฝ2
โ2
๐6+ โ2
๐7+ ๐ฝ2
โ2
๐8
+ โ2
๐9+ ๐ฝ2
โ2
๐10โ๐๐
6โ๐6,
ฮฃ6,7
= ๐๐
6๐ถ โ๐
7, ฮฃ
6,8= ๐๐
6โ๐8,
ฮฃ6,9
= ๐๐
6โ๐9, ฮฃ
6,10= ๐๐
6โ๐10,
ฮฃ7,7
= โ (1 โ ๐๐) ๐โ2๐๐
๐2+ ๐3๐พ2
๐ผ
+ ๐๐
7๐ถ + ๐ถ
๐
๐7,
ฮฃ7,8
= ๐๐
7โ ๐ถ๐
๐8, ฮฃ
7,9= ๐๐
7โ ๐ถ๐
๐9,
ฮฃ7,10
= ๐๐
7โ ๐ถ๐
๐10
ฮฃ8,8
= ๐๐
8+๐8โ ๐1๐ผ,
ฮฃ8,9
= ๐๐
8+๐9, ฮฃ
8,10= ๐๐
8+๐10,
ฮฃ9,9
= ๐๐
9+๐9โ ๐2๐ผ, ฮฃ
9,10= ๐๐
9+๐10,
ฮฃ10,10
= ๐๐
10+๐10โ ๐3๐ผ,
ฮฃฬ7,7
= โ (1 โ ๐๐) ๐โ2๐๐
๐2+๐๐
7๐ถ + ๐ถ
๐
๐7,
๐1= ๐1๐บ.
(50)
If ๐ด(๐ผ) = ๐ด, ๐ต(๐ผ) = ๐ต, and ๐ถ(๐ผ) = ๐ถ, where ๐ด, ๐ต, ๐ถ โ๐ ๐ร๐ are real constant matrices, then system (1) reduces to the
following system:
๏ฟฝฬ๏ฟฝ (๐ก) = ๐ด๐ฅ (๐ก) + ๐ต๐ฅ (๐ก โ โ (๐ก)) + ๐ถ๏ฟฝฬ๏ฟฝ (๐ก โ ๐ (๐ก))
+ ๐ (๐ก, ๐ฅ (๐ก)) + ๐ (๐ก, ๐ฅ (๐ก โ โ (๐ก)))
+ ๐ค (๐ก, ๏ฟฝฬ๏ฟฝ (๐ก โ ๐ (๐ก))) , ๐ก > 0;
๐ฅ (๐ก) = ๐ (๐ก) , ๏ฟฝฬ๏ฟฝ (๐ก) = ๐ (๐ก) , ๐ก โ [โ๐, 0] .
(51)
Corollary 9. For โ๐ถโ+๐พ < 1 and given positive real constantsโ, โ๐, ๐, ๐๐,๐,๐, ๐พ, and๐ฝ, system (51) is exponentially stablewith
a decay rate ๐, if there exist symmetric positive definitematrices๐๐, any appropriate dimensional matrices ๐
๐ , ๐๐, ๐๐, ๐๐, ๐๐,
๐บ, ๐ = 1, 2, . . . 6, ๐ = 1, 2, . . . , 10, and positive real constants๐1, ๐2, and ๐
3such that the following symmetric linear matrix
inequalities hold:
[๐ 1
๐ 2
โ ๐ 3
] > 0,
[๐ 4
๐ 5
โ ๐ 6
] > 0,
[
[
๐โ2๐โ
๐3โ ๐ 3
๐1
๐2
โ ๐3
๐4
โ โ ๐5
]
]
โฅ 0,
[
[
๐โ2๐ฝ๐โ
๐6โ ๐ 6
๐6
๐7
โ ๐8
๐9
โ โ ๐10
]
]
โฅ 0,
โ < 0.
(52)
Moreover, the solution ๐ฅ(๐ก, ๐, ๐) satisfies the inequality
๐ฅ (๐ก, ๐, ๐) โค โ
๐ท
๐min (๐1)max [๐
,๐
] ๐โ๐๐ก
, โ๐ก โ ๐ +
,
(53)
where๐ท = ๐max(๐1) + ๐๐max(๐2) + โ๐max(๐3) + ๐ฝโ๐max(๐4) +โ3๐max(๐5 + ๐7 + ๐9) + (๐ฝโ)
3
๐max(๐6 + ๐8 + ๐10) +
โ3๐max ([
๐ 1 ๐ 2
โ ๐ 3]) + (๐ฝโ)
3
๐max ([๐ 4 ๐ 5
โ ๐ 6]).
If๐ด(๐ผ) = ๐ด,๐ต(๐ผ) = ๐ต,๐ถ(๐ผ) = ๐ถ, and๐ค(๐ก, ๏ฟฝฬ๏ฟฝ(๐กโ๐(๐ก))) = 0,where ๐ด, ๐ต, ๐ถ โ ๐ ๐ร๐ are real constant matrices, then system(1) reduces to the following system:
๏ฟฝฬ๏ฟฝ (๐ก) = ๐ด๐ฅ (๐ก) + ๐ต๐ฅ (๐ก โ โ (๐ก)) + ๐ถ๏ฟฝฬ๏ฟฝ (๐ก โ ๐ (๐ก))
+ ๐ (๐ก, ๐ฅ (๐ก)) + ๐ (๐ก, ๐ฅ (๐ก โ โ (๐ก))) , ๐ก > 0;
๐ฅ (๐ก) = ๐ (๐ก) , ๏ฟฝฬ๏ฟฝ (๐ก) = ๐ (๐ก) , ๐ก โ [โ๐, 0] .
(54)
Corollary 10. For โ๐ถโ < 1 and given positive real constantsโ, โ๐, ๐, ๐๐, ๐, ๐, and ๐ฝ, system (54) is exponentially stable
with a decay rate ๐, if there exist symmetric positive definitematrices ๐
๐, any appropriate dimensional matrices ๐
๐ , ๐๐, ๐๐,
-
Journal of Applied Mathematics 13
๐๐, ๐๐, and ๐บ, where ๐ = 1, 2, . . . 6, ๐ = 1, 2, . . . , 9, and
๐ = 1, 2, . . . 10, and positive real constants ๐1, ๐2such that the
following symmetric linear matrix inequalities hold:
[๐ 1
๐ 2
โ ๐ 3
] > 0,
[๐ 4
๐ 5
โ ๐ 6
] > 0,
[
[
๐โ2๐โ
๐3โ ๐ 3
๐1
๐2
โ ๐3
๐4
โ โ ๐5
]
]
โฅ 0,
[
[
๐โ2๐ฝ๐โ
๐6โ ๐ 6
๐6
๐7
โ ๐8
๐9
โ โ ๐10
]
]
โฅ 0,
โ < 0,
(55)
where
โ =
[[[[[[[[[[[[[
[
ฮฃ11
ฮฃ12
ฮฃ13
ฮฃ14
ฮฃ15
ฮฃ16
ฮฃ17
ฮฃ18
ฮฃ19
โ ฮฃ22
ฮฃ23
ฮฃ24
ฮฃ25
ฮฃ26
ฮฃ27
ฮฃ28
ฮฃ29
โ โ ฮฃ33
ฮฃ34
ฮฃ35
ฮฃ36
ฮฃ37
ฮฃ38
ฮฃ39
โ โ โ ฮฃ44
ฮฃ45
ฮฃ46
ฮฃ47
ฮฃ48
ฮฃ49
โ โ โ โ ฮฃ55
ฮฃ56
ฮฃ57
ฮฃ58
ฮฃ59
โ โ โ โ โ ฮฃ66
ฮฃ67
ฮฃ68
ฮฃ69
โ โ โ โ โ โ ฮฃฬ77
ฮฃ78
ฮฃ79
โ โ โ โ โ โ โ ฮฃ88
ฮฃ89
โ โ โ โ โ โ โ โ ฮฃ99
]]]]]]]]]]]]]
]
. (56)
Moreover, the solution ๐ฅ(๐ก, ๐, ๐) satisfies the inequality
๐ฅ (๐ก, ๐, ๐) โค โ
๐ท
๐min (๐1)max [๐
,๐
] ๐โ๐๐ก
, โ๐ก โ ๐ +
,
(57)
where๐ท = ๐max(๐1) + ๐๐max(๐2) + โ๐max(๐3) + ๐ฝโ๐max(๐4) +โ3๐max(๐5 + ๐7 + ๐9) + (๐ฝโ)
3
๐max(๐6 + ๐8 + ๐10) +
โ3๐max ([
๐ 1 ๐ 2
โ ๐ 3]) + (๐ฝโ)
3
๐max ([๐ 4 ๐ 5
โ ๐ 6]).
4. Numerical Examples
In order to show the effectiveness of the approaches presentedin Section 3, three numerical examples are provided.
Example 1. Consider the robust exponential stability of sys-tem (1) with
๐ด (๐ผ) = ๐ผ1[โ2 0
0 โ1] + ๐ผ2[โ2 0
0 โ0.8] ,
๐ต (๐ผ) = ๐ผ1[โ1 0
โ1 โ0.8] + ๐ผ2[โ1 0
โ1 โ1] ,
๐ถ (๐ผ) = ๐ผ1[0.1 0
0 0.1] + ๐ผ2[0.2 0
0 0.1] ,
๐ (๐ก, ๐ฅ (๐ก)) = [0.05 sin (๐ก) ๐ฅ
1(๐ก)
0.05 cos (๐ก) ๐ฅ2(๐ก)
] ,
๐ (๐ก, ๐ฅ (๐ก โ โ (๐ก))) = [0.1 cos (๐ก)2๐ฅ
1(๐ก โ โ (๐ก))
0.1 sin (๐ก)2๐ฅ2(๐ก โ โ (๐ก))
] ,
โ (๐ก) = 0.9sin2 ( ๐ก2) ,
๐ค (๐ก, ๏ฟฝฬ๏ฟฝ (๐ก โ ๐ (๐ก))) = [0.1 cos (๐ก) ๏ฟฝฬ๏ฟฝ
1(๐ก โ ๐ (๐ก))
0.1 sin (๐ก) ๏ฟฝฬ๏ฟฝ2(๐ก โ ๐ (๐ก))
] ,
๐ (๐ก) = cos2 ( ๐ก4) ,
(58)
where ๐ฅ(๐ก) โ ๐ 2. It is easy to see that โ = 0.9, โ๐= 0.45,
๐ = 1, ๐๐= 0.25, ๐ = 0.05, ๐ = 0.1, ๐พ = 0.1, and given rate
of convergence ๐ = 0.1. Decompose matrix ๐ต(๐ผ) as follows:๐ต(๐ผ) = ๐ต
1(๐ผ) + ๐ต
2(๐ผ), where
๐ต1(๐ผ) = ๐ผ
1[โ0.83 0
โ1 โ0.63] + ๐ผ2[โ0.83 0
โ1 โ0.83] ,
๐ต2(๐ผ) = ๐ผ
1[โ0.17 0
0 โ0.17] + ๐ผ2[โ0.17 0
0 โ0.17] .
(59)
The numerical solutions ๐ฅ1(๐ก) and ๐ฅ
2(๐ก) of system (1) with
(58)-(59) are plotted in Figure 1 where the states ๐ฅ1(๐ก) and
๐ฅ2(๐ก) are attracted to the stable origin.
Solution. By using the LMI Toolbox in MATLAB (withaccuracy 0.01), we use conditions (25) in Theorem 7 forsystem (1) with (58)-(59). The solutions of LMIs verify asfollows:
๐1
1= 103
ร [3.3091 โ0.0455
โ0.0455 0.7941] ,
๐1
2= 103
ร [3.3091 โ0.0455
โ0.0455 0.7941] ,
๐2
1= 103
ร [4.3739 โ0.3929
โ0.3929 2.7610] ,
๐2
2= 103
ร [4.7896 โ0.4618
โ0.4618 2.8307] ,
๐3
1= 104
ร [1.5976 0.1384
0.1384 0.3189] ,
๐3
2= 104
ร [1.5976 0.1384
0.1384 0.3189] ,
๐4
1= 103
ร [9.8670 โ0.0635
โ0.0635 4.5726] ,
-
14 Journal of Applied Mathematics
๐4
2= 103
ร [8.8868 โ0.2421
โ0.2421 3.2473] ,
๐5
1= 103
ร [1.3009 โ0.1372
โ0.1372 0.6505] ,
๐5
2= 103
ร [1.0898 โ0.0980
โ0.0980 0.3986] ,
๐6
1= 104
ร [2.8885 โ0.0338
โ0.0338 2.6935] ,
๐6
2= 104
ร [2.8526 โ0.0449
โ0.0449 2.4922] ,
๐7
1= 103
ร [2.6064 โ0.3045
โ0.3045 2.5259] ,
๐7
2= 103
ร [2.3663 โ0.1722
โ0.1722 2.5747] ,
๐8
1= 104
ร [1.4801 โ0.0277
โ0.0277 1.4063] ,
๐8
2= 104
ร [1.4740 โ0.0862
โ0.0862 1.4207] ,
๐9
1= 103
ร [2.6064 โ0.3045
โ0.3045 2.5259] ,
๐9
2= 103
ร [2.3663 โ0.1722
โ0.1722 2.5747] ,
๐10
1= 104
ร [1.4570 โ0.0000
โ0.0000 1.2074] ,
๐10
2= 104
ร [1.4354 0.0019
0.0019 1.0978] ,
๐1
1= 103
ร [โ9.1839 โ1.2537
โ1.2537 โ2.0706] ,
๐1
2= 104
ร [โ1.0642 โ0.1844
โ0.1844 โ0.2293] ,
๐2
1= 103
ร [8.8459 1.1503
1.1503 2.0066] ,
๐2
2= 104
ร [1.0288 0.1763
0.1763 0.2238] ,
๐3
1= 104
ร [1.0499 0.1090
0.1090 0.2928] ,
๐3
2= 104
ร [1.1838 0.1766
0.1766 0.2881] ,
๐4
1= 103
ร [โ8.8058 โ0.9604
โ0.9604 โ2.6545] ,
๐4
2= 104
ร [โ1.0454 โ0.1677
โ0.1677 โ0.2680] ,
๐5
1= 104
ร [1.0303 0.1018
0.1018 0.3190] ,
๐5
2= 104
ร [1.1590 0.1622
0.1622 0.3078] ,
๐6
1= [
โ34.9655 โ18.7513
โ18.7513 35.4129] ,
๐6
2= [
โ39.8158 โ24.8476
โ24.8476 13.4547] ,
๐7
1= [
2.0904 2.7717
2.7717 โ7.8109] , ๐
7
2= [
3.2803 5.2929
5.2929 โ4.0693] ,
๐8
1= 104
ร [1.4679 0.0003
0.0003 1.2678] ,
๐8
2= 104
ร [1.4438 โ0.0080
โ0.0080 1.1830] ,
๐9
1= 103
ร [โ0.8905 0.0058
0.0058 โ2.9028] ,
๐9
2= 103
ร [โ1.1307 โ0.0760
โ0.0760 โ3.7474] ,
๐10
1= 104
ร [1.4684 0.0005
0.0005 1.2673] ,
๐10
2= 104
ร [1.4444 โ0.0077
โ0.0077 1.1828] ,
๐ 1
1= 103
ร [2.9131 0.1748
0.1748 0.7782] ,
๐ 1
2= 103
ร [2.3463 0.0353
0.0353 0.5806] ,
๐ 2
1= 103
ร [1.1393 0.0531
0.0531 0.1251] ,
๐ 2
2= [
876.5627 32.5550
32.5550 98.5599] ,
๐ 3
1= 103
ร [2.6387 โ0.0759
โ0.0759 0.5866] ,
๐ 3
2= 103
ร [2.0346 โ0.0762
โ0.0762 0.3589] ,
๐ 4
1= 103
ร [5.6600 โ0.0415
โ0.0415 5.0541] ,
๐ 4
2= 103
ร [5.5782 โ0.0710
โ0.0710 4.6031] ,
๐ 5
1= 104
ร [โ7.9071 0.0551
0.0551 โ3.8199] ,
๐ 5
2= 104
ร [โ7.3912 0.4576
0.4576 โ3.2145] ,
-
Journal of Applied Mathematics 15
๐ 6
1= 104
ร [1.4893 โ0.0162
โ0.0162 1.3778] ,
๐ 6
2= 104
ร [1.4703 โ0.0223
โ0.0223 1.2713] ,
๐1
1= 103
ร [8.7493 3.8534
3.8534 โ3.1296] ,
๐1
2= 104
ร [0.6691 0.2686
0.2686 โ1.0299] ,
๐2
1= 103
ร [โ3.8698 โ0.3606
โ0.3606 1.4605] ,
๐2
2= 103
ร [โ4.5981 โ0.9753
โ0.9753 1.2772] ,
๐3
1= [
โ114.8946 โ186.6948
โ186.6948 โ113.8034] ,
๐3
2= [
210.0606 โ115.9077
โ115.9077 โ174.4056] ,
๐4
1= 104
ร [โ1.1296 โ0.0266
โ0.0266 0.1446] ,
๐4
2= 104
ร [โ1.0062 0.1041
0.1041 0.8782] ,
๐5
1= 103
ร [4.5589 โ2.3847
โ2.3847 0.8561] ,
๐5
2= 103
ร [5.3887 โ2.4363
โ2.4363 1.1619] ,
๐6
1= 103
ร [5.9564 โ1.9530
โ1.9530 1.5688] ,
๐6
2= 103
ร [6.7696 โ1.9958
โ1.9958 2.0384] ,
๐7
1= 103
ร [5.9602 โ0.2891
โ0.2891 2.9332] ,
๐7
2= 103
ร [6.3929 โ0.0855
โ0.0855 3.1668] ,
๐8
1= 103
ร [โ9.6508 โ0.4780
โ0.4780 3.5901] ,
๐8
2= 104
ร [โ0.8505 0.0574
0.0574 1.1344] ,
๐9
1= 103
ร [5.5789 โ2.0704
โ2.0704 1.3737] ,
๐9
2= 103
ร [6.3923 โ2.1169
โ2.1169 1.8008] ,
๐10
1= 103
ร [โ3.6595 3.2032
3.2032 โ0.1648] ,
๐10
2= 103
ร [โ4.3781 3.2120
3.2120 0.1271] ,
๐1
1= 104
ร [1.5923 โ0.7669
โ0.7669 1.6350] ,
๐1
2= 104
ร [1.8134 โ0.6324
โ0.6324 2.3112] ,
๐2
1= 104
ร [1.0371 โ0.0001
โ0.0001 โ0.3635] ,
๐2
2= 104
ร [0.9152 โ0.1464
โ0.1464 โ1.0978] ,
๐3
1= 103
ร [โ1.0355 0.1515
0.1515 โ0.3626] ,
๐3
2= 103
ร [โ1.4990 0.3148
0.3148 โ0.4988] ,
๐4
1= [
โ51.1797 71.7167
71.7167 โ390.4844] ,
๐4
2= [
โ22.7818 โ177.9764
โ177.9764 237.5644] ,
๐5
1= 104
ร [โ1.4569 0.2376
0.2376 โ0.4763] ,
๐5
2= 104
ร [โ1.5078 0.2277
0.2277 โ0.4312] ,
๐6
1= 104
ร [โ1.3667 0.2475
0.2475 โ0.4459] ,
๐6
2= 104
ร [โ1.4169 0.2441
0.2441 โ0.4015] ,
๐7
1= 103
ร [5.5038 0.7900
0.7900 โ4.7294] ,
๐7
2= 104
ร [0.4206 โ0.0170
โ0.0170 โ1.2249] ,
๐8
1= [
244.5684 88.4596
88.4596 481.2263] ,
๐8
2= [
272.5078 401.6259
401.6259 โ0.2695] ,
๐9
1= 104
ร [โ1.3911 0.2447
0.2447 โ0.4543] ,
๐9
2= 104
ร [โ1.4415 0.2394
0.2394 โ0.4095] ,
๐10
1= 104
ร [1.3674 โ0.2535
โ0.2535 0.3868] ,
๐10
2= 104
ร [1.4277 โ0.2479
โ0.2479 0.3580] ,
-
16 Journal of Applied Mathematics
๐1
1= 104
ร [1.5106 โ0.0468
โ0.0468 0.7929] ,
๐1
2= 104
ร [1.4523 โ0.0341
โ0.0341 0.7069] ,
๐2
1= 103
ร [5.9653 โ2.4134
โ2.4134 1.7851] ,
๐2
2= 103
ร [6.9091 โ2.5666
โ2.5666 1.9597] ,
๐3
1= [
โ289.7085 24.4200
24.4200 โ461.3886] ,
๐3
2= [
โ223.5193 93.6566
93.6566 โ234.3346] ,
๐4
1= 104
ร [โ1.2746 0.2653
0.2653 โ0.3694] ,
๐4
2= 104
ร [โ1.3242 0.2636
0.2636 โ0.3371] ,
๐5
1= 103
ร [4.8778 โ0.0916
โ0.0916 3.8521] ,
๐5
2= 103
ร [4.8245 โ0.0681
โ0.0681 3.9058] ,
๐6
1= 103
ร [7.9418 โ0.4415
โ0.4415 6.9527] ,
๐6
2= 103
ร [7.9864 โ0.4713
โ0.4713 7.2384] ,
๐7
1= 103
ร [4.5999 โ2.3966
โ2.3966 0.1608] ,
๐7
2= 103
ร [5.2537 โ2.3858
โ2.3858 0.0285] ,
๐8
1= 104
ร [โ1.3844 0.2577
0.2577 โ0.4094] ,
๐8
2= 104
ร [โ1.4426 0.2499
0.2499 โ0.3763] ,
๐9
1= 103
ร [7.1086 โ0.3474
โ0.3474 6.1090] ,
๐9
2= 103
ร [7.1257 โ0.3627
โ0.3627 6.3346] ,
๐10
1= 103
ร [8.0468 โ0.7400
โ0.7400 6.5133] ,
๐10
2= 103
ร [8.1365 โ0.8020
โ0.8020 6.8109] ,
๐บ = [โ2.1527 1.4389
6.5441 โ11.7139] , ๐
1= 4.2164 ร 10
4
,
๐2= 5.7269 ร 10
4
, ๐3= 5.3163 ร 10
4
.
(60)
0 1 2 3 4 5 6 7 8Time (s)
โ2
โ1
0
1
2
3
4
5
6
The s
tate
var
iabl
ex(t)
x1(t)
x2(t)
Figure 1: The simulation solutions ๐ฅ1(๐ก) and ๐ฅ
2(๐ก) are presented for
system (1) with (58)-(59) in Example 1, ๐ผ1= ๐ผ2= 1/2, and initial
conditions ๐ฅ1(๐ก) = 2 + 3 cos(๐ก), ๐ฅ
2(๐ก) = 1 + 2 sin(๐ก), ๐ก โ [โ1, 0], by
using the Runge-Kutta fourth order method with Matlab.
Table 1: The maximum allowed time delay โ for ๐ = 0.1, ๐ = 0.05,๐ = 0.1, and ๐ฝ = 0.1.
โ๐= ๐๐
0 0.5 0.9Chen et al. (2008) [3] 1.2999 0.9442 0.5471Qiu and Cui (2010) [26] 1.4008 1.0120 0.6438Pinjai and Mukdasai (2011) [25] 1.6237 1.1052 0.6205Corollary 10 6.4417 5.2362 2.5666
Example 2. Consider the following neutral system (54),which is considered in [3, 25, 26]:
๏ฟฝฬ๏ฟฝ (๐ก) = ๐ด๐ฅ (๐ก) + ๐ต๐ฅ (๐ก โ โ (๐ก)) + ๐ถ๏ฟฝฬ๏ฟฝ (๐ก โ ๐ (๐ก))
+ ๐ (๐ก, ๐ฅ (๐ก)) + ๐ (๐ก, ๐ฅ (๐ก โ โ (๐ก))) ,
(61)
with
๐ด = [โ2 0
0 โ0.9] , ๐ต = [
โ1 0
โ1 โ1] , ๐ถ = [
0.1 0
0 0.1] .
(62)
Decompose matrix ๐ต as follows: ๐ต = ๐ต1+ ๐ต2, where
๐ต1= [
โ0.83 0
โ1 โ0.83] , ๐ต
2= [
โ0.17 0
0 โ0.17] , (63)
โ๐(๐ก, ๐ฅ(๐ก))โ โค ๐โ๐ฅ(๐ก)โ, and โ๐(๐ก, ๐ฅ(๐กโโ(๐ก)))โ โค ๐โ๐ฅ(๐กโโ(๐ก))โ.The maximum value โ for exponential stability of system(61) with (62)-(63) is listed in the comparison in Table 1, fordifferent values of โ
๐and ๐
๐. In Table 1, we let ๐ = 0.05,
๐ = 0.1, ๐ฝ = 0.1 and โ(๐ก) = ๐(๐ก). We can see that our resultsin Corollary 8 are much less conservative than in [3, 25, 26].
Example 3. Consider the following neutral system (51), whichis considered in [14, 28]:
๏ฟฝฬ๏ฟฝ (๐ก) = ๐ด๐ฅ (๐ก) + ๐ต๐ฅ (๐ก โ โ (๐ก)) + ๐ถ๏ฟฝฬ๏ฟฝ (๐ก โ ๐ (๐ก)) + ๐ (๐ก, ๐ฅ (๐ก))
+ ๐ (๐ก, ๐ฅ (๐ก โ โ (๐ก))) + ๐ค (๐ก, ๏ฟฝฬ๏ฟฝ (๐ก โ ๐ (๐ก))) ,
(64)
-
Journal of Applied Mathematics 17
Table 2: The maximum allowed time delay โ.
โ๐= ๐๐= 0 ๐ = 0.1 ๐ = 0.3 ๐ = 0.5 ๐ = 0.7 ๐ = 0.9
Syed Ali (2012) [28] 10.2180 2.9481 1.4126 0.7232 0.3045Liu et al. (2013) [14] 12.2475 3.7460 1.9563 1.1015 0.5957Corollary 9 14.1728 4.7242 2.8345 2.0246 1.5747โ๐= ๐๐= 0.5 ๐ = 0.1 ๐ = 0.3 ๐ = 0.5 ๐ = 0.7 ๐ = 0.9
Syed Ali (2012) [28] 6.7523 1.7922 0.7308 0.3580 0.1027Liu et al. (2013) [14] 10.8211 3.3202 1.7390 0.9662 0.4857Corollary 9 11.5872 3.8624 2.3174 1.6553 1.2874
with
๐ด = [โ2 0
0 โ2] , ๐ต = [
0 0.4
0.4 0] , ๐ถ = [
0.1 0
0 0.1] .
(65)
Decompose matrix ๐ต as follows: ๐ต = ๐ต1+ ๐ต2, where
๐ต1= [
0 0.3
0.2 0] , ๐ต
2= [
0 0.1
0.2 0] , (66)
โ๐(๐ก, ๐ฅ(๐ก))โ โค ๐โ๐ฅ(๐ก)โ, โ๐(๐ก, ๐ฅ(๐ก โ โ(๐ก)))โ โค ๐โ๐ฅ(๐ก โ โ(๐ก))โ,and โ๐ค(๐ก, ๏ฟฝฬ๏ฟฝ(๐ก โ ๐(๐ก)))โ โค ๐พโ๏ฟฝฬ๏ฟฝ(๐ก โ ๐(๐ก))โ. By Corollary 9 tosystem (64) with (65)-(66), one can obtain the maximumupper bounds of the time delay with different convergencerate ๐ as listed in Table 2. In Table 2, we let โ = 0.1, ๐ = 0.1,๐ = 0.05, ๐พ = 0.05, and ๐ฝ = 0.1. It is clear that the results inCorollary 9 give larger delay bounds than the recent resultsin [14, 28].
5. Conclusions
The problem of robust exponential stability for LPD neu-tral systems with mixed time-varying delays and nonlinearuncertainties has been presented. Based on combinationof Leibniz-Newton formula, free-weighting matrices, linearmatrix inequality, Cauchyโs inequality, modified version ofJensenโs inequality, model transformation, and the use of suit-able parameter-dependent Lyapunov-Krasovskii functional,new delay-dependent robust exponential stability criteriaare formulated in terms of LMIs. Numerical examples haveshown significant improvements over some existing results.
Acknowledgments
This work was supported by the Higher Education ResearchPromotion and the National Research University Projectof Thailand, Office of the Higher Education Commission,through the Cluster of Research to Enhance the Qualityof Basic Education, Khon Kaen University, Khon Kaen,Thailand.
References
[1] K. Gu, V. L. Kharitonov, and J. Chen, Stability of Time-DelaySystem, Birkhaฬauser, Berlin, Germany, 2003.
[2] Y. Y. Cao and J. Lam, โComputation of robust stabilitybounds for time-delay systems with nonlinear time-varying
perturbations,โ International Journal of Systems Science, vol. 31,pp. 359โ365, 2000.
[3] Y. Chen, A. Xue, R. Lu, and S. Zhou, โOn robustly exponentialstability of uncertain neutral systems with time-varying delaysand nonlinear perturbations,โNonlinear Analysis:Theory,Meth-ods & Applications, vol. 68, no. 8, pp. 2464โ2470, 2008.
[4] W.-H. Chen and W. X. Zheng, โDelay-dependent robust stabi-lization for uncertain neutral systems with distributed delays,โAutomatica, vol. 43, no. 1, pp. 95โ104, 2007.
[5] J. Hale, Theory of Functional Differential Equations, Springer,New York, NY, USA, 2nd edition, 1977.
[6] Y. He, M. Wu, J.-H. She, and G.-P. Liu, โParameter-dependentLyapunov functional for stability of time-delay systems withpolytopic-type uncertainties,โ IEEE Transactions on AutomaticControl, vol. 49, no. 5, pp. 828โ832, 2004.
[7] Y.He,Q.-G.Wang, C. Lin, andM.Wu, โDelay-range-dependentstability for systems with time-varying delay,โ Automatica, vol.43, no. 2, pp. 371โ376, 2007.
[8] X. Jiang and Q.-L. Han, โOn ๐ปโ
control for linear systemswith interval time-varying delay,โAutomatica, vol. 41, no. 12, pp.2099โ2106, 2005.
[9] V. L. Kharitonov and D. Hinrichsen, โExponential estimates fortime delay systems,โ Systems & Control Letters, vol. 53, no. 5, pp.395โ405, 2004.
[10] O. M. Kwon and J. H. Park, โExponential stability for time-delay systems with interval time-varying delays and nonlinearperturbations,โ Journal ofOptimizationTheory andApplications,vol. 139, no. 2, pp. 277โ293, 2008.
[11] O. M. Kwon, J. H. Park, and S. M. Lee, โOn robust stabilitycriterion for dynamic systems with time-varying delays andnonlinear perturbations,โ Applied Mathematics and Computa-tion, vol. 203, no. 2, pp. 937โ942, 2008.
[12] C. Li, J. Sun, andR. Sun, โStability analysis of a class of stochasticdifferential delay equations with nonlinear impulsive effects,โJournal of the Franklin Institute, vol. 347, no. 7, pp. 1186โ1198,2010.
[13] C. Li, J. Shi, and J. Sun, โStability of impulsive stochastic differ-ential delay systems and its application to impulsive stochasticneural networks,โNonlinear Analysis: Theory, Methods & Appli-cations, vol. 74, no. 10, pp. 3099โ3111, 2011.
[14] Y. Liu, S. M. Lee, O. M. Kwon, and J. H. Park, โDelay-dependentexponential stability criteria for 9 neutral systems with intervaltime-varying delay and nonlinear perturbations,