Ο έλεγχος μη γραμμικών δειγματοληπτικών συστημάτων αποτελεί μια σημαντική πρόκληση, στην ανάλυση και σχεδιασμό ελεγκτών συστημάτων, με μεγάλη πρακτική εφαρμογή. Σε αυτή την μελέτη παρουσιάζουμε ένα από τα πιο σημαντικά εργαλεία ανάλυσης και σχεδιασμού, για μια γενική κατηγορία μη γραμικών δειγματοληπτικών συστημάτων (nonlinear sampled-data control). Παρουσιάζεται μια γενίκευση και ενοποίηση των γνωστών αποτελεσμάτων σχεδίασης εξομοίωσης (Emulation Design), διαθέσιμων στην βιβλιογραφία, θεωρώντας την διατήρηση των γενικευμένων ανισώσεων διάχυσης (Dissipation inequalities) υπό δειγματοληψίας, στο πλαίσιο του σχεδιασμού εξομοιωτών ελεγκτών δυναμικής κατάστασης ανάδρασης (dynamic state feedback controllers). Στην συνέχεια παρουσιάζονται δύο παραδείγματα μελέτης εφαρμογής των αποτελεσμάτων της γενικής μελέτης σχετικά με την διατήρηση των ιδιοτήτων διαχυτικότητας (dissipativity properties), ευστάθειας (stability), εισόδου-σε-κατάσταση σταθερότητας (input-to-state stability) και παθητικότητας (passivity), όταν ο ελεγκτής διακριτού χρόνου ενός συστήματος σχεδιάζεται με εξομοίωση. / The current diploma thesis is about a general and unified framework of a sampled-data nonlinear system using the emulation design.

Η παρούσα διπλωματική εργασία ασχολείται με τη μελέτη των μη γραμμικών συστημάτων και τη σχεδίαση ενός προσαρμοστικού ελεγκτή για συστήματα δεύτερης τάξης με αβεβαιότητα. Αρχικά παρουσιάζονται η μορφή και οι ιδιότητες των μη γραμμικών συστημάτων τονίζοντας την ανάγκη για προσαρμοστικό έλεγχο. Στην συνέχεια προτείνεται ένας προσαρμοστικός ελεγκτής κατάλληλος για μη γραμμικά συστήματα δεύτερης τάξης που εγγυάται πλήρη ασυμπτωτική ευστάθεια για το συστημα κλειστού βρόγχου. Η μορφή του ελεγκτη βελτιώνεται σε περίπτωση που οι συναρτήσεις απόσβεσης και δυσκαμψίας είναι πολυωνυμικές και η αποδοτικότητα του επιβεβαιώνεται σε κάθε περίπτωση με εκτενείς προσομοιώσεις. Τέλος, ο προτεινόμενος ελεγκτής εφαρμόζεται σε δύο πραγματικά συστήματα (μηχανικός ταλαντωτής του duffing, απλό εκκρεμές) και συγκρίνεται με την τεχνική του feedback linearization, δίνοντας καλύτερες αποκρίσεις σε περιπτώσεις ύπαρξης αβεβαιότητας παραμέτρων. / This diploma thesis includes the analysis of non linear systems and the design of an aadaptive controller suitable for second order nonlinear systems. In the beginning we present the structure and the properties of nonlineat systems underlining the need for adaptive control. Futhermore, we propose an adaptive control law suitable for second order nonlinear systems which guarantees asympotic stability for the closed loop system. Finally, the proposed controller is applied in two real systems (Duffing's mechanical oscillator,pendulum) and compared with feedback linearization technique, resulting better responses in cases where the system includes uncertain parameters.

Είναι γνωστό ότι η ανάγκη για την ταυτοποίηση συστηµάτων εµφανίζεται σε πολλά προβλήµατα του ευρύτερου κλάδου της Επεξεργασίας Σηµάτων. Υπάρχουν πολλές εφαρµογές, στις οποίες είτε σήµατα προκύπτουν λόγω µη γραµµικών ϕαινοµένων, είτε σήµατα υπόκεινται σε µη γραµµική επεξεργασία. Παραδείγµατα τέτοιων εφαρµογών αποτελούν η µη γραµµική ακύρωση ηχούς, η εξίσωση καναλιών, η µοντελοποίηση ϕωνής, η προσαρµοστική ακύρωση ϑορύβου και η βελτίωση εικόνας. Σε τέτοιες περιπτώσεις, η ταυτοποίηση συστηµάτων χρησιµοποιώντας γραµµικά µοντέλα είναι εντελώς ακατάλληλη για τη µοντελοποίηση των αντιστοίχων ϕαινοµένων/διαδικασιών και τόσο η χρήση µη γραµµικών µοντέλων όσο και η ανάπτυξη σχετικών µεθόδων ταυτοποίησης είναι απαραίτητες. Στα πλαίσια της εν λόγω διπλωµατικής εργασίας, ϑα ασχοληθούµε µε το πρόβληµα της ταυτοποίησης µη γραµµικών συστηµάτων υψηλής τάξης µη γραµµικότητας, τα οποία επιδέχονται ανάπτυξη σε ισοδύναµες Σειρές Volterra. Αρχικά, ϑα ασχοληθούµε µε την ντετερµινιστική ταυτοποίηση µίας ειδικής µορφής διακριτού χρόνου πολυωνυµικών µη γραµµικών συστηµάτων, τα οποία περιγράφονται µέσω του λεγόµενου µοντέλου Volterra - Hammerstein. Πιο συγκεκριµένα, ϑα παρουσιάσουµε και ϑα αναλύσουµε µία σχετικά νέα µέθοδο ταυτοποίησης, η οποία βασίζεται στη διέγερση του υπό µελέτη συστήµατος χρησιµοποιώντας χρονικά µεταβαλλόµενα αρµονικά σήµατα πεπερασµένης διάρκειας, τα επονοµαζόµενα chirps, τα οποία διαθέτουν ορισµένες ενδιαφέρουσες χρονοσυχνοτικές ιδιότητες. Επιπλέον, παρουσιάζουµε καινούργια και ενδιαφέροντα αποτελέσµατα. Στη συνέχεια, εισάγουµε και αναλύουµε διεξοδικά το ϑεµελιώδες πρόβληµα της βέλτιστης στοχαστικής ταυτοποίησης συστηµάτων Volterra διακριτού χρόνου υπό την έννοια του ελάχιστου µέσου τετραγωνικού σφάλµατος, καθώς και το αντίστοιχο πρόβληµα της βέλτιστης ταυτοποίησης συστηµάτων Volterra διακριτού χρόνου υπό την έννοια των ελαχίστων τετραγώνων. Επιπλέον, ϑα επικεντρωθούµε στη διατύπωση των προαναφερθέντων προβληµάτων ελτιστοποίησης πάνω σε ισοδύναµους ορθοκανονικούς χώρους σηµάτων εισόδου. Ακόµα, εξετάζουµε αναλυτικά το πρόβληµα της βέλτιστης αναδροµικής και προσαρµοστικής ταυτοποίησης χρονικά µεταβλητών συστηµάτων Volterra διακριτού χρόνου υπό την έννοια του ελάχιστου µέσου τετραγωνικού σφάλµατος, µέσω του δηµοφιλούς ϕίλτρου Kalman. Χρησιµοποιώντας τη σχέση µίας ειδικής µορφής του ϕίλτρου Kalman µε τον εξίσου δηµοφιλή αλγόριθµο των εκθετικά σταθµισµένων αναδροµικών ελαχίστων τετραγώνων, αναπτύσσουµε προσαρµοστικά ϕίλτρα µε βελτιωµένες ικανότητες εντοπισµού. Τέλος, δοκιµάζουµε και συγκρίνουµε τις παραπάνω µεθόδους µέσω πειραµάτων και χρησιµοποιώντας δεδοµένα, τα οποία προέρχονται από περιβάλλοντα εξοµοίωσης. Επίσης, εξετάζουµε και συγκρίνουµε τη συµπεριφορά των µεθόδων υπό την επίδραση εξωτερικών διαταραχών µέτρησης στα αντίστοιχα σήµατα εξόδου. / -

Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας με τίτλο «Εκπαιδευτικό -Υπολογιστικό Πακέτο για Αριθμητική Επίλυση μη Γραμμικών Εξισώσεων, μη Γραμμικών και Γραμμικών συστημάτων και του Προβλήματος της Βελτιστοποίησης», είναι η δημιουργία ενός υπολογιστικού πακέτου για σημαντικά επιλεγμένα θέματα αριθμητικής ανάλυσης, αξιοποιώντας το προγραμματιστικό περιβάλλον της Matlab. Με δεδομένη την ύπαρξη οργανωμένου εργαστηρίου στο Tμήμα Μαθηματικών του Πανεπιστημίου Πατρών και την εύκολη πρόσβαση των φοιτητών σε αυτό, η δημιουργία ενός τέτοιου υπολογιστικού πακέτου θα μπορούσε άμεσα να αξιοποιηθεί από προπτυχιακούς φοιτητές έτσι ώστε: • να αποτελέσει για κάθε φοιτητή ένα συμπληρωματικό εργαλείο, εύκολα προσβάσιμο ακόμα και έξω από την αίθουσα διδασκαλίας, για την ενίσχυση της κατανόησης εννοιών και μεθόδων που δουλεύονται κατά τη διάρκεια της διδασκαλίας, σε χρόνο που θα επιλέξει και με την επανάληψη που επιθυμεί. • να συνδέσει ο φοιτητής τη θεωρία με δικά του παραδείγματα και με άμεσα αποτελέσματα αξιοποιώντας τα υποδείγματα και το βοηθητικό - φιλικό περιβάλλον που έχουμε δημιουργήσει για την υλοποίηση των επιλεγμένων θεμάτων. • να αποτελέσει το κίνητρο για εξάσκηση στον προγραμματισμό μέσω της Matlab, η οποία δεν διδάσκεται και χρησιμοποιείται μόνο προαιρετικά σε επίπεδο εργασιών. / The aim of this work entitled “Educational Software Package for Numerical Solution of Nonlinear Equations, Nonlinear and Linear Systems and for Optimization Problem” is the creation of a software package which could deal with important issues of the field of mathematics called numerical analysis. This is achieved by using the Matlab computational environment. Taking into account the fact that there is a well equipped lab and easily accessible from students, in the Department of Mathematics of the University of Patras, the presented software package could be used by undergraduates students in order to: • be used by each student as a supplemental “tool” which can be easily accessible, even outside the classroom, for the better understanding of meanings and methods which are introduced during of courses, in time that each student may be selected. • combine theory with his examples and have direct results just by using the “models” of the friendly- assistant environment for the specified issues that are analyzed below. • be the motive for exercising the Matlab environment which could be a useful tool for solving many mathematical, and not only, issues.

Στην παρούσα διπλωματική εργασία παρουσιάζεται η μέθοδος της αναγνώρισης του μη γραμμικού δυναμικού συστήματος της καρδιαγγειακής ρύθμισης. Συγκεκριμένα, αυτή η μέθοδος εστιάζει στην αναγνώριση του Heart Rate Baroreflex μηχανισμού (ή αντίδραση πιεσοϋποδοχέα του καρδιακού παλμού) μέσω παρατηρήσεων της καρδιακής πίεσης η οποία αποτελεί την είσοδο και του καρδιακού παλμού ο οποίος αποτελεί την έξοδο του προς αναγνώριση συστήματος. Το μοντέλο αυτό βασίζεται στα έμφυτα χαρακτηριστικά του αυτόνομου νευρικού συστήματος, για την απεικόνιση των οποίων αναπτύσσουμε ένα προσαρμοζόμενο νεύρο-ασαφές σύστημα (ANFIS). Αυτή η μέθοδος μας επιτρέπει να ενσωματώσουμε τις φυσιολογικές λειτουργίες του νευρικού μας συστήματος όπως την συμπαθητική και παρασυμπαθητική, δια μέσου της επιλογής κατάλληλων συναρτήσεων συμμετοχής, οι οποίες αντικατοπτρίζουν επακριβώς, την συμπεριφορά των παραπάνω νεύρων για το προσαρμοζόμενο νεύρο-ασαφές σύστημα. Τα αποτελέσματα συμφωνούν με τα φυσικά χαρακτηριστικά του καρδιαγγειακού μηχανισμού ρύθμισης, όπως καθυστέρηση κατά την λειτουργία των παρασυμπαθητικών νευρών, διάρκεια κατά την λειτουργία των συμπαθητικών και διόρθωση ανάμεσα στο σήμα του καρδιακού παλμού και της καρδιακής ρύθμισης. Η σωστή εκτίμηση του Heart Rate Baroreflex μηχανισμού επιτρέπει στους κλινικούς γιατρούς να έχουν πιο αξιόπιστες πληροφορίες για τους ασθενείς τους. / This thesis presents the method of identification of nonlinear dynamic system of cardiovascular regulation. Specifically , this method focuses on the identification of the Heart Rate Baroreflex (or Baroreceptor Reflex ) mechanism by observation of the arterial blood pressure which is the input and heart rate which is the output of the system. This model is based on the inherent characteristics of the autonomic nervous system, so we develop an adaptive neuro- fuzzy inference system (ANFIS) to represent them. This method allows us to incorporate the physiological functions of our nervous system, such as sympathetic and parasympathetic nerves, through the selection of appropriate membership functions , which reflect accurately the behavior of these nerves for the adaptive neuro- fuzzy system . The results agree with the natural characteristics and physiological understanding of the cardiovascular regulatory system, such as delay in the parasympathetic function, durability in the function of sympathetic nerves and the correlation between the heart rate and the arterial blood pressure signals. Proper assessment of Heart Rate Baroreflex mechanism allows clinicians to have more reliable information for their patients.

- / -

Στη διπλωματική εργασία αυτή ασχοληθήκαμε με την πρόβλεψη της εξόδου μη-γραμμικών συστημάτων με τη χρήση αναδρομικών αλγορίθμων που χρησιμοποιούν συναρτήσεις πυρήνα. Παρουσιάζεται ο δικός μας αναδρομικός αλγόριθμος πρόβλεψης και βλέπουμε πως αποδίδει σε σχέση με έναν άλλο ήδη υπάρχων και ιδιαίτερα δημοφιλή αλγόριθμο. Στο πρώτο κεφάλαιο δίνουμε μια σύντομη περιγραφή του προβλήματος που καλούμαστε να λύσουμε. Στη συνέχεια δείχνουμε πως οι συναρτήσεις πυρήνα μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να μας βοηθήσουν να λύσουμε το πρόβλημα αυτό. Στο δεύτερο κεφάλαιο αναλύουμε περισσότερο τις συναρτήσεις πυρήνα και τις ιδιότητες που τις χαρακτηρίζουν. Παρουσιάζουμε τα βασικά θεωρήματα και βλέπουμε πώς διαμορφώνεται το πρόβλημα της πρόβλεψης με την εφαρμογή αυτών. Επιπλέον παρουσιάζουμε πως το πρόβλημα μας μετατρέπεται στο γνωστό πρόβλημα γραμμικών ελαχίστων τετραγώνων στην περίπτωση που χρησιμοποιήσουμε γραμμικό πυρήνα. Στο τρίτο κεφάλαιο παρουσιάζουμε τον αλγόριθμο μας, αναλύοντας το συλλογισμό που μας οδήγησε σε αυτόν. Δίνουμε επίσης μια περιγραφή ενός άλλου αλγορίθμου που χρησιμοποιείται ήδη για την επίλυση τέτοιων προβλημάτων. Στο τέταρτο κεφάλαιο γίνονται μια σειρά από προσομοιώσεις σε MATLAB οπού βλέπουμε πόσο καλά μπορεί να κάνει την πρόβλεψη των εξόδων μη-γραμικών συστημάτων ο αλγόριθμός μας. Επίσης αντιπαραθέτουμε και την απόδοση του ανταγωνιστικού αλγορίθμου. Στα πειράματα μας εξετάζουμε το σφάλμα πρόβλεψης των προαναφερθέντων αλγορίθμων, την ταχύτητα σύγκλισης τους καθώς και την σθεναρότητα τους. Τέλος παρουσιάζουμε τα συμπεράσματα μας εξηγώντας γιατί πιστεύουμε ότι η δικία μας προσέγγιση υπερτερεί της άλλης. / This dissertation deals with the problem of predicting the output of non-linear systems using recursive kernel methods. We will present our own prediction algorithm and see how it performs in relation to a widely used alternative algorithm. In the first chapter we provide a short description of the problem of non-linear prediction. We then describe how kernel methods could help us solve this problem. In the second chapter we further analyze kernel functions and their properties. We present the basic theorems and see how these affect and transform the problem at hand. Furthermore, we explain how this problem results in the linear least squares problem in case we use the linear kernel. In the third chapter we present our algorithm and reasoning that led to it. We also describe a different algorithm that is already used to predict such signals. In the fourth chapter we perform a series of simulations in the Matlab environment were we evaluate how well the two approaches predict the output. In this evaluation we consider the complexity, the error and robustness of the algorithms. Finally we present our conclusion and explain why our algorithm is superior to the alternative.

Η παρούσα διπλωματική εργασία ασχολείται με τη μελέτη και το σχεδιασμό ενός άμεσου προσαρμοστικού ελεγκτή, για μη γραμμικά συστήματα με αβεβαιότητα και εξωγενείς διαταραχές. Αρχικά παρουσιάζονται οι έννοιες του προσαρμοστικού ελέγχου, των μη γραμμικών συστημάτων και διερευνώνται οι έννοιες της ευστάθειας και των διαταραχών, με ιδιαίτερη έμφαση στην ευστάθεια κατά Lyapunov. Στη συνέχεια προτείνεται ένας προσαρμοστικός ελεγκτής για άμεσο προσαρμοστικό έλεγχο, προσαρμοστική ευστάθεια, απόρριψη διαταραχών και εκτέλεση εντολών, σε μη γραμμικά δυναμικά συστήματα πολλαπλών μεταβλητών, με αβεβαιότητα και εξωγενείς διαταραχές, ο οποίος εγγυάται μερική ασυμπτωτική ευστάθεια του συστήματος κλειστού βρόχου. Το προτεινόμενο πλαίσιο, ειδικεύεται περαιτέρω για τις περιπτώσεις όπου το μη γραμμικό σύστημα παρουσιάζεται σε κανονική μορφή, με ευσταθείς input-to-state internal dynamics, έχει μια είσοδο ή έχει εξωγενείς L2 διαταραχές. Τέλος ο προτεινόμενος ελεγκτής εφαρμόζεται σε αρκετά πειραματικά συστήματα, καθώς και στον έλεγχο της αστάθειας θερμοακουστικής καύσης. / This diploma thesis features the analysis and design of a direct adaptive controller, for nonlinear uncertain systems with exogenous disturbances. At first, we introduce the concept of adaptive control and we underline its’ need in modern applications. Also, we include a brief presentation of nonlinear systems and we inquire into the theory of stabilization and disturbances, with significant emphasis in Lyapunov’s methods. Furthermore we develop a direct adaptive control framework for adaptive stabilization, disturbance rejection, and command following of multivariable nonlinear uncertain dynamical systems with exogenous disturbances, which guarantees partial asymptotic stability of the closed-loop system. The proposed framework is further specialized for the cases where the nonlinear system is represented in normal form with input-to-state stable internal dynamics, has single-input with uncertain dynamics, or exogenous L2 disturbances .Finally we present several illustrative numerical examples and we apply our framework to the control of thermoacoustic combustion instabilities.

Στην παρούσα εργασία ασχοληθήκαμε με την παρατηρησιμότητα σε μη-γραμμικά συστήματα, αφού πρώτα εξετάσαμε τα γραμμικά συστήματα μέσω μίας γεωμετρικής προσέγγισης. Αρχικώς, ασχοληθήκαμε με την παρατηρησιμότητα affine συστημάτων υπό τμηματικά σταθερές εισόδους. Στη συνέχεια μελετήσαμε τα ίδια συστήματα υπό διαφορίσιμες εισόδους. Κατόπιν, αποδείξαμε ένα θεώρημα που θέτει ένα άνω φράγμα στο πλήθος των Lie παραγωγίσεων της συνάρτησης εξόδου. Τέλος, εξετάσαμε τη μη-γραμμική μη-παρατηρησιμότητα σε γενικότερες κατηγορίες μη-γραμμικών συστημάτων με χρήση γραμμικών μεθόδων και logic dynamic approach. / This thesis is focused on the problem of observability in non-linear systems. A brief examination of linear systems via a geometric approach is initially given. First, observability of affine systems under piecewise constant controls is examined. Second, the same examination is repeated for the same systems under differentiable inputs. Moreover, a theorem that sets an upper bound on the number of Lie derivatives of the output functions is proved and explained. Finally, the non-linear unobservability of non-linear systems in general is presented under the scope of linear methods and logic dynamic approach.

- / In this thesis new advanced nonlinear control methods that solve the power system stabilization problem in a more efficient and integrated manner are considered. The proposed methods mainly concern with the primary level control of a power system that plays a central role in maintaining transient stability and obtaining a desired system performance. To this end, several new nonlinear control schemes mainly applicable on power system stabilizers (PSS) have been designed and extensively analyzed. For a theoretical assessment of the system operation the concepts of passivity and passivity margin are analyzed while the concept of Ω--passivity is introduced. Using partial feedback linearization and backstepping design techniques on suitable models of the system under consideration (power system) the Ω--passivity property of the system is proved. This property is further improved through the control in the closed-loop design. To this end, several control schemes are developed and a series of different theoretical problems have been solved on using simple output feedback and advanced nonlinear control methods like sliding mode control, adaptive control or a combination of them. A significant breakthrough has been achieved with the use of fuzzy techniques in these schemes yielding designs with combined advantages of both fuzzy and adaptive control methods. A detailed stability analysis, based on Lyapunov functions, has been used to prove that the proposed controllers guarantee either uniform ultimate boundedness or asymptotic stability for the closed-loop system. The proposed schemes are examined assuming that the system operates under parameter uncertainties as well as external disturbances. The theoretical analysis indicates that regulating some design parameters of the proposed controllers one can significantly improve the robustness and the disturbance attenuation capability of the system. Extensive simulations on a two machines infinite bus test system have been carried out to evaluate the effectiveness of the proposed schemes as these are applied on the PSS of each machine. Hard cases of three phase faults or significant power demand changes have been simulated. The simulation results show that the proposed nonlinear controllers enhance the damping of the electromechanical oscillations with respect to classical AVR/PSS and improve their robustness to parameter uncertainties and disturbance attenuation capability. Using similar techniques, speed governor controls (SGC) are also designed. An adaptive control scheme is proposed that ensures asymptotic stabilization of the closed-loop system as proved by standard Lyapunov techniques. Simulations are carried out for the one generator system connected to infinite bus. The simulation results confirm a significant improvement in the electromechanical oscillations damping compared to conventional speed governor controls. An important contribution of the thesis involves the coordination and management of the controls at the primary level. The design is carried out so that each control is not competing with the action of the other and it is cooperating to complement the action of the other. In this frame, first, the coordinated operation of the designed nonlinear power system stabilizers with the classical AVR/PSS is proposed. Particularly, the sequential operation of these controllers is considered in the following way: immediately after a fault, only the nonlinear controller operates but when the fault attenuates the classical AVR/PSS takes over. In this way, significant transient enhancement and voltage regulation after the large transients can be achieved. To implement this kind of operation a soft-switching logic from the one controller to the other is proposed by using a fuzzy logic mechanism to determine which controller will act each time period. In this way, it is avoided a discontinuous switching that can create a number of problems and may even lead to instabilities. The analysis and the simulation results confirm the validity of this approach since it is shown that the coordinated control scheme has an almost identical transient performance with the nonlinear controllers ensuring simultaneously the voltage regulation at the desired set-point. The same approach is used for the coordinated operation of FACTS with the excitation controllers. To this end, a static var compensator (SVC) controller is developed which, during a fault, acts to improve the transient stability. During the transient period, the SVC uses as inputs not the voltage at the connecting point but suitable signals from neighbor stations in order to contribute to the electromechanical oscillations damping; in the sequel, it returns to its normal operation maintaining the voltage level at the connecting point at a specified value. A soft switching scheme is also applied while signal transmission delays are taken into the account. The simulation results of a three phase short-circuit in a system with a single machine connected to infinite bus through a bus that has a SVC attached, indicate that this coordinated control scheme improves the transient stability even more (in comparison to the previous coordinated scheme). Finally, coordinated control logic is used for the design of both the speed governor control and the PSS. This is needed when the operation of the PSS cannot be considered completely independent and decoupled from the speed governor dynamics (in the case of fast valve operation). In this combined system a parallel design of both the SGC and the PSS ensures the uniform ultimate boundedness of the complete closed-loop system. Moreover, the use of continuous switching through fuzzy logic, as mentioned before, between these controllers and the classical AVR/PSS (for the excitation system) and a PID control (for the SGC) is proposed. The simulation results on the two machines infinite bus system clearly confirm the superiority of the coordinated control scheme with respect to the classical AVR/PSS excitation controllers and PID speed governor controllers. As a conclusion, new combined advanced nonlinear control schemes are analyzed and proposed for power systems. From the stability analysis and the simulation results it is clearly confirmed that the application of these nonlinear controls can be effectively improve the transient behavior as well as the robustness and disturbance attenuation of a power system. It is also proved that, without extreme cost, coordinated control schemes implemented through the proposed soft-switching techniques further enhance the transient and dynamic performance of the system.