<?xml version="1.0" encoding="UTF-8" standalone="no"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD Journal Publishing DTD v2.3 20070202//EN" "journalpublishing.dtd">
<article xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" article-type="research-article">
<front>
<journal-meta>
<journal-id journal-id-type="publisher-id">Front. Built Environ.</journal-id>
<journal-title>Frontiers in Built Environment</journal-title>
<abbrev-journal-title abbrev-type="pubmed">Front. Built Environ.</abbrev-journal-title>
<issn pub-type="epub">2297-3362</issn>
<publisher>
<publisher-name>Frontiers Media S.A.</publisher-name>
</publisher>
</journal-meta>
<article-meta>
<article-id pub-id-type="doi">10.3389/fbuil.2017.00056</article-id>
<article-categories>
<subj-group subj-group-type="heading">
<subject>Built Environment</subject>
<subj-group>
<subject>Original Research</subject>
</subj-group>
</subj-group>
</article-categories>
<title-group>
<article-title>A Discontinuous Unscented Kalman Filter for Non-Smooth Dynamic Problems</article-title>
</title-group>
<contrib-group>
<contrib contrib-type="author" corresp="yes">
<name><surname>Chatzis</surname> <given-names>Manolis N.</given-names></name>
<xref ref-type="aff" rid="aff1"><sup>1</sup></xref>
<xref ref-type="corresp" rid="cor1">&#x0002A;</xref>
<uri xlink:href="http://frontiersin.org/people/u/288520"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name><surname>Chatzi</surname> <given-names>Eleni N.</given-names></name>
<xref ref-type="aff" rid="aff2"><sup>2</sup></xref>
<uri xlink:href="http://frontiersin.org/people/u/247299"/>
</contrib>
</contrib-group>
<aff id="aff1"><sup>1</sup><institution>Department of Engineering Science, The University of Oxford</institution>, <addr-line>Oxford</addr-line>, <country>United Kingdom</country></aff>
<aff id="aff2"><sup>2</sup><institution>Department of Civil, Environmental and Geomatic Engineering, ETH Zurich</institution>, <addr-line>Zurich</addr-line>, <country>Switzerland</country></aff>
<author-notes>
<fn fn-type="edited-by"><p>Edited by: Dryver R. Huston, University of Vermont, United States</p></fn>
<fn fn-type="edited-by"><p>Reviewed by: Hamed Ebrahimian, California Institute of Technology, United States; Feng-Liang Zhang, Tongji University, China; Prakash Kripakaran, University of Exeter, United Kingdom</p></fn>
<corresp content-type="corresp" id="cor1">&#x0002A;Correspondence: Manolis N. Chatzis, <email>manolis.chatzis&#x00040;eng.ox.ac.uk</email></corresp>
<fn fn-type="other" id="fn001"><p>Specialty section: This article was submitted to Structural Sensing, a section of the journal Frontiers in Built Environment</p></fn>
</author-notes>
<pub-date pub-type="epub">
<day>19</day>
<month>10</month>
<year>2017</year>
</pub-date>
<pub-date pub-type="collection">
<year>2017</year>
</pub-date>
<volume>3</volume>
<elocation-id>56</elocation-id>
<history>
<date date-type="received">
<day>28</day>
<month>06</month>
<year>2017</year>
</date>
<date date-type="accepted">
<day>14</day>
<month>09</month>
<year>2017</year>
</date>
</history>
<permissions>
<copyright-statement>Copyright &#x000A9; 2017 Chatzis and Chatzi.</copyright-statement>
<copyright-year>2017</copyright-year>
<copyright-holder>Chatzis and Chatzi</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) or licensor are credited and that the original publication in this journal is cited, in accordance with accepted academic practice. No use, distribution or reproduction is permitted which does not comply with these terms.</p></license>
</permissions>
<abstract>
<p>For a number of applications, including real/time damage diagnostics as well as control, online methods, i.e., methods which may be implemented on-the-fly, are necessary. Within a system identification context, this implies adoption of filtering algorithms, typically of the Kalman or Bayesian class. For engineered structures, damage or deterioration may often manifest in relation to phenomena such as fracture, plasticity, impact, or friction. Despite the different nature of the previous phenomena, they are described by a common denominator: switching behavior upon occurrence of discrete events. Such events include for example, crack initiation, transitions between elastic and plastic response, or between stick and slide modes. Typically, the state-space equations of such models are non-differentiable at such events, rendering the corresponding systems non-smooth. Identification of non-smooth systems poses greater difficulties than smooth problems of similar computational complexity. Up to a certain extent, this may be attributed to the varying identifiability of such systems, which violates a basic requirement of online Bayesian Identification algorithms, thus affecting their convergence for non-smooth problems. Herein, a treatment to this problem is proposed by the authors, termed the Discontinuous <italic>D</italic>&#x02013; modification, where unidentifiable parameters are acknowledged and temporarily excluded from the problem formulation. In this work, the <italic>D</italic>&#x02013; modification is illustrated for the case of the Unscented Kalman Filter <italic>UKF</italic>, resulting in a method termed <italic>DUKF</italic>, proving superior performance to the conventional, and widely adopted, alternative.</p>
</abstract>
<kwd-group>
<kwd>identifiability</kwd>
<kwd>non-smooth systems</kwd>
<kwd>Kalman filters</kwd>
<kwd>UKF</kwd>
<kwd>system identification and structural health monitoring</kwd>
<kwd>Bayesian methods</kwd>
</kwd-group>
<contract-num rid="cn01">618359</contract-num>
<contract-sponsor id="cn01">European Research Council<named-content content-type="fundref-id">10.13039/501100000781</named-content></contract-sponsor>
<counts>
<fig-count count="16"/>
<table-count count="2"/>
<equation-count count="24"/>
<ref-count count="47"/>
<page-count count="15"/>
<word-count count="11264"/>
</counts>
</article-meta>
</front>
<body>
<sec id="S1" sec-type="introduction">
<label>1</label> <title>Introduction</title>
<p>The increasing availability of dense and heterogeneous sensor information has allowed for condition assessment and robust diagnostics of linear and non-linear engineered systems across diverse domains, including the civil, mechanical, and aerospace fields (Kumar and Crassidis, <xref ref-type="bibr" rid="B28">2007</xref>; Worden et al., <xref ref-type="bibr" rid="B44">2008</xref>; Farrar and Worden, <xref ref-type="bibr" rid="B20">2012</xref>). Of particular interest for a number of specialized implementations, including that of robust diagnostics and control, are systems that extend beyond the linear range, commonly attained in response to extreme or unusual loads. Such loads may induce behavior that is non-linear and potentially non-smooth, as in the case of plasticity (Smyth et al., <xref ref-type="bibr" rid="B39">1999</xref>; Ebrahimian et al., <xref ref-type="bibr" rid="B18">2017</xref>), impact (Wriggers, <xref ref-type="bibr" rid="B45">1991</xref>), fracture (Kakouris and Triantafyllou, <xref ref-type="bibr" rid="B26">2017</xref>), and sliding (Giannakopoulos, <xref ref-type="bibr" rid="B21">1989</xref>). The adequate modeling of such systems may be achieved by application of offline (Papadimitriou and Papadioti, <xref ref-type="bibr" rid="B36">2013</xref>; Au and Zhang, <xref ref-type="bibr" rid="B4">2016</xref>; Zhang and Au, <xref ref-type="bibr" rid="B46">2016</xref>) or of (near) &#x0201C;real-time&#x0201D; identification schemes, the latter typically relying on adoption of Bayesian-type filters (Kalman, <xref ref-type="bibr" rid="B27">1963</xref>; Ljung and Glad, <xref ref-type="bibr" rid="B30">1994</xref>). The task of online identification is a non-trivial one, especially when conjoined with identification of system parameters, which are often not known <italic>a priori</italic> or are highly uncertain (Astroza et al., <xref ref-type="bibr" rid="B3">2017</xref>).</p>
<p>When both unmeasured system states and system parameters are to be estimated, a so-called problem of joint state and parameter identification is posed, often expressed as a non-linear system identification case (Chatzi and Smyth, <xref ref-type="bibr" rid="B7">2014</xref>). In previous years, online non-linear estimation was for the most part achieved by means of the Extended Kalman Filter (<italic>EKF</italic>) (Mariani and Corigliano, <xref ref-type="bibr" rid="B31">2005</xref>; Ding et al., <xref ref-type="bibr" rid="B15">2014</xref>; Ebrahimian et al., <xref ref-type="bibr" rid="B17">2015</xref>). However, more recently, methods which avoid linearization of the state equations, such as the Ensemble Kalman Filter (<italic>EnKF</italic>) (Huang et al., <xref ref-type="bibr" rid="B24">2017</xref>), the Unscented Kalman Filter (<italic>UKF</italic>) (Julier and Uhlmann, <xref ref-type="bibr" rid="B25">1997</xref>; Chatzi et al., <xref ref-type="bibr" rid="B8">2010</xref>; Omrani et al., <xref ref-type="bibr" rid="B35">2013</xref>; Al-Hussein and Haldar, <xref ref-type="bibr" rid="B2">2015</xref>), and the Particle Filter (Chatzi and Smyth, <xref ref-type="bibr" rid="B6">2012</xref>; Eftekhar Azam et al., <xref ref-type="bibr" rid="B19">2012</xref>), have gained in popularity due to their flexibility in treating non-linear dynamics. Of the aforementioned techniques, the UKF in particular employs a reduced number of particles, termed the Sigma-Points, maintaining a rapid and online estimation. This is the main driver behind its selection as the method of choice in this paper.</p>
<p>Kalman-type, and Bayesian filters in general, place a fundamental assumption on the dynamic states and the time-invariant parameters of a system being fully observable (Kalman, <xref ref-type="bibr" rid="B27">1963</xref>; Hermann and Krener, <xref ref-type="bibr" rid="B23">1977</xref>; Diop and Fliess, <xref ref-type="bibr" rid="B16">1991</xref>) and identifiable (Walter, <xref ref-type="bibr" rid="B42">1982</xref>). While this holds true for smooth systems, the same does not apply for their non-smooth counterpart, which pertains to systems that are described by non-differentiable state-space equations (Chatzis et al., <xref ref-type="bibr" rid="B11">2014</xref>; Olivier and Smyth, <xref ref-type="bibr" rid="B33">2017a</xref>). Nonetheless, the simulation and tracking of non-smooth systems is essential for numerous engineering problems, since these are by default tied to manifestations of damage and failure.</p>
<p>Previous work of the authors (Chatzis et al., <xref ref-type="bibr" rid="B11">2014</xref>) overviews the classification of systems in accordance with their observability and identifiability properties. Violation of this property forms a salient obstacle for Bayesian-type online identification algorithms, which are expected to diverge for unobservable states or parameters (Liu et al., <xref ref-type="bibr" rid="B29">1996</xref>), which is naturally amplified for non-linear systems. The methods presented in Chatzis et al. (<xref ref-type="bibr" rid="B11">2014</xref>) may be implemented to infer the observability and identifiability of a system&#x02019;s states and parameters, and the way in which these evolve during a system&#x02019;s response under specific loads. This information may then be seeded into the online estimators (filters) in real-time for ensuring convergence, thereby improving estimation.</p>
<p>In this work, and following original developments introduced in Chatzis et al. (<xref ref-type="bibr" rid="B10">2017</xref>), a modified version of the standard <italic>UKF</italic> is proposed. The key to the formulation lies in adoption of a modular state-space formulation, evaluation of the observability within each time step of the analysis, and selection of an appropriate sub-space of the full state vector to be used by the <italic>UKF</italic>. The method is termed the Discontinuous <italic>D</italic>&#x02013; modification to the <italic>UKF</italic>, i.e., the <italic>DUKF</italic>. Examples are presented illustrating the performance of the method for models used in the context of plasticity, which are however general enough to be applied in several other applications of non-smooth problems. The examples reveal a consistently superior performance of the <italic>D</italic>&#x02013; modification further highlighting the effects of the special observability properties of non-smooth problems. The proposed alternative opens up the way for robust online tracking and control of a variety of engineered systems including rocking (Chatzis and Smyth, <xref ref-type="bibr" rid="B12">2012a</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="B13">b</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B14">2013</xref>; Greenbaum et al., <xref ref-type="bibr" rid="B22">2015</xref>), energy (Alavi et al., <xref ref-type="bibr" rid="B1">2015</xref>), and biological systems (Villaverde et al., <xref ref-type="bibr" rid="B41">2016</xref>; Villaverde and Banga, <xref ref-type="bibr" rid="B40">2017</xref>).</p>
</sec>
<sec id="S2">
<label>2</label> <title>Non-Smooth Dynamical Systems</title>
<p>A non-linear system with state variables <bold>x</bold><italic><sub>t</sub></italic>, time-invariant parameters <bold><italic>&#x003B8;</italic></bold>, known input vector <bold>u</bold>, and measurement vector <bold>y</bold> can in general be described by the following system of equations:
<disp-formula id="E1"><label>(1)</label><mml:math id="M1"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mn>&#x003B8;</mml:mn></mml:mstyle><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo><mml:mspace width="2em"/><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mn>&#x003B8;</mml:mn></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo><mml:mspace width="2em"/><mml:mtext mathvariant="bold">y</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mi>G</mml:mi><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mn>&#x003B8;</mml:mn></mml:mstyle><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
where <italic>E</italic> and <italic>G</italic> designate the non-linear state-space and measurement functions, respectively. For uncertain systems, i.e., systems whose time-invariant parameters are uncertain or unknown, the above problem may be recast into one of joint state and parameter identification. In this case, the state-space and measurement equations of formulation (1) may be written in an augmented form by introducing the state vector <bold>x</bold>&#x02009;&#x0003D;&#x02009;[<bold>x</bold><italic><sub>t</sub></italic>, <bold><italic>&#x003B8;</italic></bold>]:
<disp-formula id="E2"><label>(2)</label><mml:math id="M2"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo><mml:mspace width="2em" class="qquad"/><mml:mtext mathvariant="bold">y</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mi>g</mml:mi><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
<p>In the latter representation, one treats both the dynamic states and the parameters of the system as states of the augmented system. A dynamical system is further characterized as analytic or smooth, when the state-space equation (<xref ref-type="disp-formula" rid="E2">2</xref>) are continuous and infinitely differentiable. Very often, however, the state-space equations of physical models may not be analytic, either due to discontinuities in the state-space equation or in their derivatives. It should also be highlighted that smoothness requires that the equations are infinitely differentiable through at least all the realizations of the states encountered during the trajectory of the system. In this paper, we deal with models for which the state-space equations are continuous, but not differentiable, and whose state-space equations can be separated into smooth, i.e., continuous and infinitely differentiable, branches of the form:
<disp-formula id="E3"><label>(3)</label><mml:math id="M3"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mfenced separators="" open="&#x0007B;" close=""><mml:mrow><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd class="array" columnalign="center"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-rel">&#x02208;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="array" columnalign="center"><mml:mo class="MathClass-op">&#x022EE;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="array" columnalign="center"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-rel">&#x02208;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="array" columnalign="center"><mml:mo class="MathClass-op">&#x022EE;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="array" columnalign="center"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-rel">&#x02208;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mfenced></mml:math></disp-formula>
where <italic>e<sub>i</sub></italic>(<bold>x</bold>) is an analytic set of functions within <inline-formula><mml:math id="M4"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>. It should be noted that at a specific time instance the state is described by a given realization, corresponding to a single branch of equation (<xref ref-type="disp-formula" rid="E3">3</xref>).</p>
<p>Very often the study of the behavior of dynamic systems results in a discretized description of the problem where nodes are connected with each other with components, as can be seen in the following Figure <xref ref-type="fig" rid="F1">1</xref>. Often the nodes correspond to point masses with the components corresponding to elements that resist the relative displacements and velocities of the masses, or in the case of Finite Element analysis the nodes are the finite element nodes and the components correspond to the finite elements (Zienkiewicz and Taylor, <xref ref-type="bibr" rid="B47">2005</xref>).</p>
<fig id="F1" position="float">
<label>Figure 1</label>
<caption><p>Systems described as nodal points connected with components <bold>(A)</bold> Discrete masses connected with components providing resistance to motion <bold>(B)</bold> nodes connected with finite elements.</p></caption>
<graphic xlink:href="fbuil-03-00056-g001.tif"/>
</fig>
<p>The investigated system may be expressed as a combination of individual components <italic>C<sub>j</sub></italic>, <italic>j</italic>&#x02009;&#x0003D;&#x02009;1&#x02009;&#x02026;&#x02009;<italic>N<sub>c</sub></italic>, where <italic>N<sub>c</sub></italic> is the overall number of the components. For each component <italic>C<sub>j</sub></italic> a subset, <inline-formula><mml:math id="M5"><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">[</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace width="0.3em"/><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mn>&#x003B8;</mml:mn></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">]</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, of the overall states of the system <bold>x</bold>, acts as input. The outputs of <italic>C<sub>j</sub></italic>, <inline-formula><mml:math id="M6"><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">P</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, are connected to the inputs according to a set of equations of the form:
<disp-formula id="E4"><label>(4)</label><mml:math id="M7"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">P</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
where <inline-formula><mml:math id="M8"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> are generally non-smooth equations, which can further be separated into smooth branches, e.g., for the <italic>k<sup>th</sup></italic> branch of model <italic>C<sub>j</sub></italic>:
<disp-formula id="E5"><label>(5)</label><mml:math id="M9"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">P</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
where <inline-formula><mml:math id="M10"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is an analytic set of functions. As the system evolves dynamically over time, it is expected to shift between the individual branches of a component <italic>C<sub>j</sub></italic>. This transition between branches will be referred to as a dynamic event, and the corresponding time instance as the time of the event. A set of transition equations <inline-formula><mml:math id="M11"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo class="MathClass-rel">&#x02192;</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula> describe the transition from branch <inline-formula><mml:math id="M12"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> to <inline-formula><mml:math id="M13"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>. Having determined the active smooth branch of a component the smooth branch of the overall system from equation (<xref ref-type="disp-formula" rid="E3">3</xref>) can be easily chosen.</p>
<sec id="S2-1">
<label>2.1</label> <title>Observability of Non-Smooth Dynamical Systems</title>
<p>The observability of non-smooth systems and the points of differentiation to their smooth counterparts have been discussed in Chatzis et al. (<xref ref-type="bibr" rid="B11">2014</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B10">2017</xref>). It should be noted that the notions of observability and identifiability used in these papers and in this work refer to the ability to distinguish the states and parameters from their neighbors at a specific time instance. The method proposed in Chatzis et al. (<xref ref-type="bibr" rid="B11">2014</xref>) relies on the study of the observability of each of the smooth subsystems of equation (<xref ref-type="disp-formula" rid="E3">3</xref>), resulting into a characterization of each system branch as either observable, when all associated states are observable, and hence the parameters are identifiable, or as unobservable, when not all states are observable, and hence not all parameters are necessarily identifiable. In general, the separation of an analytic system&#x02019;s states into an observable and an unobservable set requires a non-linear transformation (Persis and Isidori, <xref ref-type="bibr" rid="B37">2000</xref>). However, for the systems examined herein, it is further assumed that for each of the subsystems <italic>i</italic> of equation (<xref ref-type="disp-formula" rid="E3">3</xref>), we can further separate the state vector <bold>x</bold> into its observable and a minimum number of unobservable components, denoted as <bold>x</bold><italic><sup>oi</sup></italic> and <bold>x</bold><italic><sup>ui</sup></italic>, in a straightforward manner.</p>
<p>If the union of the observable states from all branches is a strict subset of the state vector <inline-formula><mml:math id="M14"><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext><mml:mo>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-bin">&#x0222A;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">oi</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo class="MathClass-rel">&#x02282;</mml:mo><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext><mml:mo>)</mml:mo></mml:math></inline-formula>, i.e., does not contain at least one of the components of <bold>x</bold>, then it may be concluded that these excluded states are unobservable and may not be adequately tracked via a System Identification algorithm. If on the other hand, the union of the observable components results in the state vector <bold>x</bold>, <inline-formula><mml:math id="M15"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-bin">&#x0222A;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">oi</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:math></inline-formula>, then each component of the state vector <bold>x</bold> could potentially be identified within the corresponding smooth branch within which it is observable. Hence, if the response of the system includes at least one branch for which a parameter is identifiable, then a system identification algorithm could potentially succeed in identifying the value of that parameter. In this paper, the latter case of systems is studied, i.e., systems for which the parameters of the model may be inferred via an appropriate system identification method.</p>
<p>For a component <italic>C<sub>j</sub></italic> whose smooth branch <italic>k</italic> is defined by equations (<xref ref-type="disp-formula" rid="E5">5</xref>), it is of further interest to proceed in a observability analysis where it is assumed that all of the dynamic states, and their derivatives are measured inputs and <italic>P<sub>c</sub></italic> are the measured outputs, i.e., <inline-formula><mml:math id="M16"><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">[</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace width="0.3em"/><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace width="0.3em"/><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">]</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M17"><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">[</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">P</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">]</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. By studying the observability of this system the parameters <inline-formula><mml:math id="M18"><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mn>&#x003B8;</mml:mn></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> can be separated into identifiable and a minimum set of unidentifiable parameters <inline-formula><mml:math id="M19"><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">[</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mn mathvariant="bold-italic">&#x003B8;</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>o</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mn mathvariant="bold-italic">&#x003B8;</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">]</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0007C;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>. Equation (<xref ref-type="disp-formula" rid="E5">5</xref>) can be expressed only in terms of <inline-formula><mml:math id="M20"><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">[</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace width="0.3em"/><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace width="0.3em"/><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mn>&#x003B8;</mml:mn></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>o</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">]</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>:
<disp-formula id="E6"><label>(6)</label><mml:math id="M21"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">P</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace width="0.3em" class="thinspace"/><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace width="0.3em"/><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace width="0.3em"/><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mn mathvariant="bold-italic">&#x003B8;</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>o</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfenced></mml:math></disp-formula></p>
<p>Due to the absence of <inline-formula><mml:math id="M22"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mn mathvariant="bold-italic">&#x003B8;</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0007C;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> from equation (<xref ref-type="disp-formula" rid="E6">6</xref>), for any measurement setup which does not directly involve measurement of <inline-formula><mml:math id="M23"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mn mathvariant="bold-italic">&#x003B8;</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0007C;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, those parameters directly contribute to the unidentifiable states <bold>x</bold><italic><sup>ui</sup></italic> of the corresponding smooth branch of equation (<xref ref-type="disp-formula" rid="E3">3</xref>). If a parameter is shared between different components it will be contributing to the unidentifiable <bold>x</bold><italic><sup>ui</sup></italic> only if it belongs to <inline-formula><mml:math id="M24"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mn mathvariant="bold-italic">&#x003B8;</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0007C;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> for all of them. It should, however, be noted that whether <inline-formula><mml:math id="M25"><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">[</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace width="0.3em"/><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mn mathvariant="bold-italic">&#x003B8;</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">o</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0007C;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">y</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">I</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">]</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> contribute to <bold>x</bold><italic><sup>ui</sup></italic> depends on the observability of the system under the actual measurement setup used.</p>
<p>Hence, this component analysis may often pinpoint part of the unidentifiable parameters, although it ought to further be paired with an observability analysis, as discussed in Chatzis et al. (<xref ref-type="bibr" rid="B11">2014</xref>).</p>
</sec>
</sec>
<sec id="S3">
<label>3</label> <title>Unscented Kalman Filter</title>
<p>The UKF simulates non-linear systems by approximating the state as a Gaussian random variable (GRV), represented by a set of carefully chosen deterministic points known as the Sigma Points. This section only provides a basic overview of the filter equations; more details can be found in Julier and Uhlmann (<xref ref-type="bibr" rid="B25">1997</xref>) and Wan and Van Der Merwe, <xref ref-type="bibr" rid="B43">2000</xref> and previous work of the authors Chatzi and Smyth (<xref ref-type="bibr" rid="B5">2009</xref>), Chatzi et al. (<xref ref-type="bibr" rid="B8">2010</xref>), and Chatzis et al. (<xref ref-type="bibr" rid="B9">2015</xref>).</p>
<p>Consider the general dynamical system described by the following equations (<xref ref-type="disp-formula" rid="E7">7</xref>).
<disp-formula id="E7"><label>(7)</label><mml:math id="M26"><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mi>f</mml:mi><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-bin">&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">w</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo><mml:mspace width="2em"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">y</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-bin">&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">v</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></disp-formula>
where <bold>w</bold><italic><sub>k</sub></italic> is the process noise and <bold>v</bold><italic><sub>k</sub></italic> is the observation noise, both of which are considered to be white Gaussian noise processes of covariance matrices <bold>Q</bold><italic><sub>k</sub></italic> and <bold>P</bold><italic><sub>k</sub></italic>, respectively.</p>
<p>Given the state vector at step <italic>k&#x02009;&#x02212;</italic>&#x02009;1 and assuming that this has a mean value of <inline-formula><mml:math id="M27"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold-italic">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x0005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> and covariance <bold>P</bold><sub><italic>k</italic>&#x02212;1</sub>, the statistics of <bold><italic>x</italic></bold><italic><sub>k</sub></italic> can be calculated by using the Unscented Transformation, or in other words by computing the set of sigma points <inline-formula><mml:math id="M28"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mn mathvariant="bold-italic">&#x003C7;</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> with associated weights <italic>W<sub>i</sub></italic>. The steps of the method are summarized in Table <xref ref-type="table" rid="T1">1</xref>.</p>
<table-wrap position="float" id="T1">
<label>Table 1</label>
<caption><p>The steps of the <italic>UKF</italic> algorithm.</p></caption>
<table frame="hsides" rules="groups">
<tbody>
<tr>
<td align="left"><bold><italic>UKF</italic></bold></td>
</tr>
<tr>
<td align="left"><hr/></td>
</tr>
<tr>
<td align="left">Initialization at time <italic>t</italic><sub>0</sub>: <inline-formula><mml:math id="M29"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x0005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>0</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mi mathvariant="double-struck">E</mml:mi><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">[</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>0</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">]</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula></td>
</tr>
<tr>
<td align="left"><hr/></td>
</tr>
<tr>
<td align="left">&#x02022; The unscented transform</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">1. Augment the state vector to include the noise parameters:</td>
</tr>
<tr>
<td align="left"><inline-formula><mml:math id="M30"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold-italic">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:mtext>1</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>&#x003B1;</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mfenced separators="" open="[" close="]"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold-italic">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:mtext>1</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">T</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mspace width="2.56804pt" class="tmspace"/><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold-italic">w</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:mtext>1</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">T</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mspace width="2.56804pt" class="tmspace"/><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">v</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:mtext mathvariant="bold">1</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">T</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">T</mml:mtext></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula></td>
</tr>
<tr>
<td align="left">2. Formulation of the sigma point vector:</td>
</tr>
<tr>
<td align="left"><inline-formula><mml:math id="M31"><mml:mspace width="2.56804pt" class="tmspace"/><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mn mathvariant="bold-italic">&#x003C7;</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:mtext>1</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>&#x003B1;</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mfenced separators="" open="[" close="]"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold-italic">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x0005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:mtext>1</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>&#x003B1;</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mspace width="2.56804pt" class="tmspace"/><mml:mspace width="2.56804pt" class="tmspace"/><mml:mspace width="2.56804pt" class="tmspace"/><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold-italic">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x0005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:mtext>1</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>&#x003B1;</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo class="MathClass-bin">&#x0002B;</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo class="MathClass-bin">&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>&#x003BB;</mml:mn></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">P</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>&#x003B1;</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mspace width="2.56804pt" class="tmspace"/><mml:mspace width="2.56804pt" class="tmspace"/><mml:mspace width="2.56804pt" class="tmspace"/><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x0005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:mtext>1</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>&#x003B1;</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo class="MathClass-bin">&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>&#x003BB;</mml:mn></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">P</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>&#x003B1;</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfenced></mml:math></inline-formula></td>
</tr>
<tr>
<td align="left">where &#x003BB; is a <italic>UKF</italic> parameter,</td>
</tr>
<tr>
<td align="left"><italic>L</italic> is the dimension of the state vector <italic>x</italic> and <bold>P</bold><italic><sup>&#x003B1;</sup></italic>&#x02009;&#x0003D;&#x02009;<italic>diag</italic>(<bold>P</bold>, <bold>Q</bold>, <bold>R</bold>)</td>
</tr>
<tr>
<td align="left"><hr/></td>
</tr>
<tr>
<td align="left">&#x02022; Time-update:</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">3. Propagation of the sigma points through the system model:</td>
</tr>
<tr>
<td align="left"><inline-formula><mml:math id="M32"><mml:mspace width="2.56804pt" class="tmspace"/><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mn mathvariant="bold-italic">&#x003C7;</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0007C;</mml:mo><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:mtext>1</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">i</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mtext mathvariant="italic">f</mml:mtext><mml:mspace width="0.3em" class="thinspace"/><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mn mathvariant="bold-italic">&#x003C7;</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:mtext>1</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">i</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mn mathvariant="bold-italic">&#x003C7;</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:mtext>1</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">w</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo><mml:mtext mathvariant="italic">i</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mspace width="0.3em" class="thinspace"/><mml:mspace width="0.3em" class="thinspace"/><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo><mml:mtext mathvariant="italic">i</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mtext>0</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo><mml:mo class="MathClass-punc">.</mml:mo><mml:mo class="MathClass-punc">.</mml:mo><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo><mml:mtext>2</mml:mtext><mml:mi>L</mml:mi></mml:math></inline-formula></td>
</tr>
<tr>
<td align="left">4. Predicted mean and covariance:</td>
</tr>
<tr>
<td align="left"><inline-formula><mml:math id="M33"><mml:mspace width="2.56804pt" class="tmspace"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold-italic">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x0005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0007C;</mml:mo><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:mtext mathvariant="bold">1</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">i</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mtext>0</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>2</mml:mtext><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mspace width="0.3em"/><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">W</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">i</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">m</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mn mathvariant="bold-italic">&#x003C7;</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0007C;</mml:mo><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:mtext>1</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">i</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> and</td>
</tr>
<tr>
<td align="left"><inline-formula><mml:math id="M34"><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">P</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0007C;</mml:mo><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:mtext>1</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">i</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mtext>0</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>2</mml:mtext><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mspace width="0.3em"/><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">W</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">i</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">c</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mfenced separators="" open="[" close="]"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mn mathvariant="bold-italic">&#x003C7;</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0007C;</mml:mo><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:mtext>1</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">i</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold-italic">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x0005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0007C;</mml:mo><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:mtext>1</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mspace width="0.3em"/><mml:msup><mml:mrow><mml:mfenced separators="" open="[" close="]"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mn mathvariant="bold-italic">&#x003C7;</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0007C;</mml:mo><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:mtext>1</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">i</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold-italic">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x0005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0007C;</mml:mo><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:mtext>1</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">T</mml:mtext></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula></td>
</tr>
<tr>
<td align="left"><hr/></td>
</tr>
<tr>
<td align="left">&#x02022; Measurement steps:</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">5. Measurement mean and covariance matrices:</td>
</tr>
<tr>
<td align="left"><inline-formula><mml:math id="M35"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold-italic">y</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x0005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0007C;</mml:mo><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:mtext>1</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">i</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mtext>0</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>2</mml:mtext><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mspace width="0.3em"/><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">W</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">i</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">m</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mn>&#x1D4B4;</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0007C;</mml:mo><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:mtext>1</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">i</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M36"><mml:mspace width="2.56804pt" class="tmspace"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mn>&#x1D4B4;</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0007C;</mml:mo><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:mtext>1</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mtext mathvariant="italic">h</mml:mtext><mml:mspace width="0.3em" class="thinspace"/><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mn mathvariant="bold-italic">&#x003C7;</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0007C;</mml:mo><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:mtext>1</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">i</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mn mathvariant="bold-italic">&#x003C7;</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:mtext>1</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>&#x003B7;</mml:mn><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo><mml:mtext mathvariant="italic">i</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfenced></mml:math></inline-formula></td>
</tr>
<tr>
<td align="left"><inline-formula><mml:math id="M37"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">P</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">yy</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">i</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mtext>0</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>2</mml:mtext><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mspace width="0.3em"/><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">W</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">i</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">c</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mspace width="0.3em" class="thinspace"/><mml:mfenced separators="" open="[" close="]"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mn>&#x1D4B4;</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0007C;</mml:mo><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:mtext>1</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">i</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold-italic">y</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x0005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0007C;</mml:mo><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:mtext>1</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mspace width="0.3em" class="thinspace"/><mml:msup><mml:mrow><mml:mfenced separators="" open="[" close="]"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mn>&#x1D4B4;</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0007C;</mml:mo><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:mtext>1</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">i</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">y</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x0005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0007C;</mml:mo><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:mtext>1</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">T</mml:mtext></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> and</td>
</tr>
<tr>
<td align="left"><inline-formula><mml:math id="M38"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">P</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">xy</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">i</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mtext>0</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>2</mml:mtext><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mspace width="0.3em"/><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">W</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">i</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">c</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mspace width="0.3em" class="thinspace"/><mml:mfenced separators="" open="[" close="]"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mn mathvariant="bold-italic">&#x003C7;</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0007C;</mml:mo><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:mtext>1</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">i</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold-italic">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x0005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0007C;</mml:mo><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:mtext>1</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mspace width="1em" class="thinspace"/><mml:msup><mml:mrow><mml:mfenced separators="" open="[" close="]"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mn>&#x1D4B4;</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0007C;</mml:mo><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:mtext>1</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold-italic">y</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x0005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0007C;</mml:mo><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:mtext>1</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">T</mml:mtext></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula></td>
</tr>
<tr>
<td align="left"><hr/></td>
</tr>
<tr>
<td align="left">&#x02022; Kalman updating</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">6. Calculation of Kalman Gain:</td>
</tr>
<tr>
<td align="left"><inline-formula><mml:math id="M39"><mml:mspace width="2.56804pt" class="tmspace"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">K</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">P</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">xy</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msup><mml:mrow><mml:mspace width="0.3em" class="thinspace"/><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">P</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">yy</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow><mml:mrow><mml:mspace width="0.3em" class="thinspace"/><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:mtext>1</mml:mtext></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula></td>
</tr>
<tr>
<td align="left">where:</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">7. Improve predictions of the state and covariance using the latest observations:</td>
</tr>
<tr>
<td align="left"><inline-formula><mml:math id="M40"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold-italic">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x0005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold-italic">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x0005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0007C;</mml:mo><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:mtext>1</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-bin">&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">K</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace width="0.3em" class="thinspace"/><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold-italic">y</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold-italic">y</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x0005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0007C;</mml:mo><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:mtext>1</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced></mml:math></inline-formula></td>
</tr>
<tr>
<td align="left"><inline-formula><mml:math id="M41"><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">P</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">P</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0007C;</mml:mo><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:mtext>1</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">K</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">P</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">yy</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">K</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">T</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula></td>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
<p>As inferred by the steps outlined above, the <italic>UKF</italic> algorithm does not discern between observable/unobservable states and identifiable/unidentifiable parameters. The overall convergence of the method is ensured only when a parameter converges faster during identifiable time steps, than it diverges during unidentifiable steps.</p>
</sec>
<sec id="S4">
<label>4</label> <title>Discontinuous Unscented Kalman Filter <italic>DUKF</italic></title>
<p>As stated in Section <xref ref-type="sec" rid="S2-1">2.1</xref>., during a specific time instance where the system lies in a specific smooth branch <italic>i</italic>, only part <bold>x</bold><italic><sup>oi</sup></italic> of the state vector may be observable. Therefore, the <italic>UKF</italic> algorithm is expected to converge only for that observable part <bold>x</bold><italic><sup>oi</sup></italic>. The predictions furnished during this interval by the <italic>UKF</italic> for the unobservable part <bold>x</bold><italic><sup>ui</sup></italic>, which in this work is assumed to be the unidentifiable parameters, are non-optimal and it is also quite likely that during these time intervals the values of <bold>x</bold><italic><sup>ui</sup></italic> may very well diverge from the real solutions. In fact, their resulting estimates are expected to be inferior to the initial estimates of these parameters in the initiation of the interval. Hence, during such intervals it is argued that the optimal choice would be to update only the observable part of the state.</p>
<p>To introduce the computational part of the <italic>D</italic>&#x02013; modification, a row switching transformation matrix <bold>T<sub>i</sub></bold> is defined such that:
<disp-formula id="E8"><label>(8)</label><mml:math id="M42"><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">T</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace width="0.3em"/><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mfenced separators="" open="&#x0007B;" close="&#x0007D;"><mml:mrow><mml:mtable class="array"><mml:mtr><mml:mtd class="array" columnalign="center"><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">oi</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="array" columnalign="center"><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ui</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-rel">&#x02032;</mml:mo></mml:math></disp-formula>
in other words, pre-multiplying <bold>x</bold> with <bold>T<sub>i</sub></bold> results in a rearranged vector <bold>x&#x02032;</bold> where the first <italic>n<sub>oi</sub></italic> components are observable and the remaining <italic>n<sub>ui</sub></italic> components are unidentifiable. As the order among the observable components, and likewise for the corresponding order among the unidentifiable parameters, is not of importance any of the <bold>T<sub>i</sub></bold> matrices that satisfy equation (<xref ref-type="disp-formula" rid="E8">8</xref>) may be chosen. In all cases, those are by definition Boolean matrices containing only one non-zero element per row which is further equal to one, satisfying the property <inline-formula><mml:math id="M43"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">T</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">i</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">T</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">i</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">T</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>. Any vector <italic>v</italic> and matrix <italic>A</italic> whose rows, and columns for the latter, correspond to the elements of <italic>x</italic> may be brought to the order of <bold>x&#x02032;</bold> with the following operations:
<disp-formula id="E9"><label>(9)</label><mml:math id="M44"><mml:mtable columnalign="left" class="align"><mml:mtr><mml:mtd columnalign="right" class="align-odd"><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">T</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace width="0.3em"/><mml:mtext mathvariant="bold">v</mml:mtext></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mfenced separators="" open="&#x0007B;" close="&#x0007D;"><mml:mrow><mml:mtable class="array"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">v</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">oi</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">v</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ui</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mspace width="2em" class="qquad"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">T</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace width="0.3em"/><mml:mtext mathvariant="bold">A</mml:mtext><mml:mspace width="0.3em"/><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">T</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mfenced separators="" open="[" close="]"><mml:mrow><mml:mtable equalrows="false" columnlines="solid" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">A</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">oo</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">A</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">uo</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">A</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">uo</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">A</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">uu</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
while for a <italic>n&#x02009;&#x000D7;&#x02009;m</italic> matrix <italic>B</italic>, whose rows only correspond to the order of the elements in <bold>x</bold>, the following operating reorders its elements to the order of <bold>x</bold>&#x02032;:
<disp-formula id="E10"><label>(10)</label><mml:math id="M45"><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">T</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace width="0.3em"/><mml:mtext mathvariant="bold">B</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mfenced separators="" open="[" close="]"><mml:mrow><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd class="array" columnalign="center"><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">B</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>o</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="array" columnalign="center"><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">B</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mfenced></mml:math></disp-formula></p>
<p>It is now straightforward to separate a vector or matrix to the observable <italic><sup>o</sup></italic>, unobservable <italic><sup>u</sup></italic>, and cross <italic><sup>uo</sup></italic> components. <italic>DUKF</italic> follows the steps of the <italic>UKF</italic> algorithm for steps 1&#x02013;5, as shown in Table <xref ref-type="table" rid="T1">1</xref>. The <italic>DUKF</italic> structure in nonetheless differentiated from the standard <italic>UKF</italic> steps as follows: <italic>DUKF</italic> updates the observable components of the estimates of the mean vector and covariance matrix during the Kalman updating step: <inline-formula><mml:math id="M46"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold-italic">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x0005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0007C;</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-rel">&#x02192;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold-italic">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x0005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0007C;</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M47"><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">P</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0007C;</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-rel">&#x02192;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">P</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0007C;</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, using an appropriate Kalman gain matrix defined based on the observable components. The unobservable parts are retained invariant, while the cross terms of the covariance are updated using the Schmidt-Kalman Filter (Schmidt, <xref ref-type="bibr" rid="B38">1966</xref>; Novoselov et al., <xref ref-type="bibr" rid="B32">2005</xref>). The steps of the <italic>DUKF</italic> algorithm are summarized in detail in Table <xref ref-type="table" rid="T2">2</xref>.</p>
<table-wrap position="float" id="T2">
<label>Table 2</label>
<caption><p>The steps of the <italic>DUKF</italic> algorithm.</p></caption>
<table frame="hsides" rules="groups">
<tbody>
<tr>
<td align="left"><bold><italic>DUKF</italic></bold></td>
</tr>
<tr>
<td align="left"><hr/></td>
</tr>
<tr>
<td align="left">Initialization at time <italic>t</italic><sub>0</sub>: <inline-formula><mml:math id="M48"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x0005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>0</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mi mathvariant="double-struck">E</mml:mi><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">[</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>0</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">]</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula></td>
</tr>
<tr>
<td align="left"><hr/></td>
</tr>
<tr>
<td align="left">&#x02022; The Unscented Transform, &#x02022; Time-update and &#x02022; Measurement steps</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">Steps 1&#x02013;5 identical to the <italic>UKF</italic>&#x02019;s 1&#x02013;5 steps as shown in Table <xref ref-type="table" rid="T1">1</xref></td>
</tr>
<tr>
<td align="left"><hr/></td>
</tr>
<tr>
<td align="left">&#x02022; Separate to observable and unobservable components</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">6. Choose <italic>M<sub>i</sub></italic> based on <inline-formula><mml:math id="M49"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x0005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0007C;</mml:mo><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:mtext>1</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula></td>
</tr>
<tr>
<td align="left">7. <inline-formula><mml:math id="M50"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold-italic">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x0005E;</mml:mo></mml:mover><mml:mo class="MathClass-rel">&#x02032;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0007C;</mml:mo><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:mtext>1</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">T</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace width="0.3em"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold-italic">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x0005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0007C;</mml:mo><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:mtext>1</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mfenced separators="" open="[" close="]"><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold-italic">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x0005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0007C;</mml:mo><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:mtext>1</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">o</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">T</mml:mtext></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace width="0.3em"/><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold-italic">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x0005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0007C;</mml:mo><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:mtext>1</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">u</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">T</mml:mtext></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">T</mml:mtext></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula></td>
</tr>
<tr>
<td align="left"><inline-formula><mml:math id="M51"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">P</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0007C;</mml:mo><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:mtext>1</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-rel">&#x02032;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">T</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">i</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace width="0.3em"/><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">P</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0007C;</mml:mo><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:mtext>1</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-rel">&#x02032;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mspace width="0.3em"/><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">T</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">i</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">T</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mfenced separators="" open="[" close="]"><mml:mrow><mml:mtable equalrows="false" columnlines="solid" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd class="array" columnalign="left"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">P</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0007C;</mml:mo><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:mtext>1</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">oo</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd><mml:mtd class="array" columnalign="left"><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">P</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0007C;</mml:mo><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:mtext>1</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">uo</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">T</mml:mtext></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="array" columnalign="left"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">P</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0007C;</mml:mo><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:mtext mathvariant="bold">1</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">uo</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd><mml:mtd class="array" columnalign="left"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">P</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0007C;</mml:mo><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:mtext>1</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">uu</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mfenced></mml:math></inline-formula></td>
</tr>
<tr>
<td align="left"><inline-formula><mml:math id="M52"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">P</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-rel">&#x02032;</mml:mo><mml:mtext mathvariant="italic">xy</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">T</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">i</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace width="0.3em"/><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">P</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">xy</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mfenced separators="" open="[" close="]"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">P</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">xy</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">o</mml:mtext></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">P</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">xy</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">u</mml:mtext></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:mfenced></mml:math></inline-formula></td>
</tr>
<tr>
<td align="left"><hr/></td>
</tr>
<tr>
<td align="left">&#x02022; Kalman updating</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">8. Calculation of Kalman Gain:</td>
</tr>
<tr>
<td align="left"><inline-formula><mml:math id="M53"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">K</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">o</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">P</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">xy</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">o</mml:mtext></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msup><mml:mrow><mml:mspace width="0.3em" class="thinspace"/><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">P</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">yy</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:mtext>1</mml:mtext></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula></td>
</tr>
<tr>
<td align="left">11. Updating observable components:</td>
</tr>
<tr>
<td align="left"><inline-formula><mml:math id="M54"><mml:mspace width="2.56804pt" class="tmspace"/><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold-italic">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x0005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">o</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold-italic">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x0005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0007C;</mml:mo><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:mtext>1</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">o</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo class="MathClass-bin">&#x0002B;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">K</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">o</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mspace width="0.3em" class="thinspace"/><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold-italic">y</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold-italic">y</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x0005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0007C;</mml:mo><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:mtext>1</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced></mml:math></inline-formula></td>
</tr>
<tr>
<td align="left"><inline-formula><mml:math id="M55"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">P</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">oo</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">P</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0007C;</mml:mo><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:mtext>1</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">oo</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">K</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">o</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">P</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">yy</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msup><mml:mrow><mml:mspace width="0.3em" class="thinspace"/><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">K</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">o</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">T</mml:mtext></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula></td>
</tr>
<tr>
<td align="left">12. Retaining unobservable components invariant:</td>
</tr>
<tr>
<td align="left"><inline-formula><mml:math id="M56"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold-italic">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x0005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0007C;</mml:mo><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">u</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold-italic">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x0005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:mtext>1</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0007C;</mml:mo><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:mtext>1</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">u</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula></td>
</tr>
<tr>
<td align="left"><inline-formula><mml:math id="M57"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">P</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0007C;</mml:mo><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">uu</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">P</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:mtext>1</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0007C;</mml:mo><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:mtext>1</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">uu</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula></td>
</tr>
<tr>
<td align="left">13. Updating cross terms:</td>
</tr>
<tr>
<td align="left"><inline-formula><mml:math id="M58"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">P</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0007C;</mml:mo><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">ou</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">P</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0007C;</mml:mo><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:mtext>1</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">ou</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">K</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">o</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">P</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">xy</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">u</mml:mtext></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula></td>
</tr>
<tr>
<td align="left"><hr/></td>
</tr>
<tr>
<td align="left">14. Gathering terms: <inline-formula><mml:math id="M59"><mml:msub><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold-italic">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x0005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-rel">&#x02032;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0007C;</mml:mo><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mspace width="0.3em" class="thinspace"/><mml:mfenced separators="" open="[" close="]"><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold-italic">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x0005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0007C;</mml:mo><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:mtext>1</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">o</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">T</mml:mtext></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace width="0.3em"/><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold-italic">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x0005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0007C;</mml:mo><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:mtext>1</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">u</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">T</mml:mtext></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">T</mml:mtext></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula></td>
</tr>
<tr>
<td align="left"><inline-formula><mml:math id="M60"><mml:msub><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">P</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-rel">&#x02032;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0007C;</mml:mo><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mfenced separators="" open="[" close="]"><mml:mrow><mml:mtable equalrows="false" columnlines="solid" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd class="array" columnalign="left"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">P</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0007C;</mml:mo><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">oo</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd><mml:mtd class="array" columnalign="left"><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">P</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0007C;</mml:mo><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">uo</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">T</mml:mtext></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="array" columnalign="left"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">P</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0007C;</mml:mo><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">uo</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd><mml:mtd class="array" columnalign="left"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">P</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0007C;</mml:mo><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">uu</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mfenced></mml:math></inline-formula></td>
</tr>
<tr>
<td align="left">15. Rearranging terms:</td>
</tr>
<tr>
<td align="left"><inline-formula><mml:math id="M61"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold-italic">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x0005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0007C;</mml:mo><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">T</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">i</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">T</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mspace width="0.3em"/><mml:msub><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold-italic">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x0005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-rel">&#x02032;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0007C;</mml:mo><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula></td>
</tr>
<tr>
<td align="left"><inline-formula><mml:math id="M62"><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">P</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0007C;</mml:mo><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">T</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">i</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">T</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mspace width="0.3em"/><mml:msub><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">P</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-rel">&#x02032;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0007C;</mml:mo><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace width="0.3em"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">T</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">i</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula></td>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
<p>The extra steps entailed by the <italic>D</italic>&#x02013; modification in comparison to the standard <italic>UKF</italic> are simple operations involving multiplications with the transformation matrix <bold>T</bold><italic><sub>i</sub></italic>. Hence, the extra computations required are of minimal cost, while in fact the computational cost of the <italic>DUKF</italic> results similar to, or lower than, that of the <italic>UKF</italic>. This may be attributed to the fact that the Kalman updating steps result in multiplications of matrices that are of lower dimension to those of the original method. An additional advantage of the method against the Discontinuous Extended Kalman Filter, <italic>DEKF</italic>, previously introduced by the authors, lies in that it does not require the detection of events and hence there are no constraints on the algorithm used for the time updating step. This implies that the method can be directly paired with any existing dynamic or finite element software for the time updating step.</p>
<sec id="S4-2">
<label>4.1</label> <title>Estimating the Active Smooth Branch</title>
<p>An important step of the <italic>DUKF</italic> algorithm is related to separating the states to observable and unobservable as indicated in Table <xref ref-type="table" rid="T2">2</xref>. This is straightforward to do once the smooth branch the system lies in is known. As discussed earlier, this may more easily be constructed by choosing the active smooth branch for each component <italic>C<sub>j</sub></italic> of equation (<xref ref-type="disp-formula" rid="E5">5</xref>). If the true value of the states is known that can be done by evaluating the values of the set of functions <inline-formula><mml:math id="M63"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> which result to the transition equations between branches, <inline-formula><mml:math id="M64"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo class="MathClass-rel">&#x02192;</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>. In this paper, this branch has to be estimated by evaluating a related set of functions <inline-formula><mml:math id="M65"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x0005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> at <inline-formula><mml:math id="M66"><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold-italic">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x0005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0007C;</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>.
<list list-type="order">
<list-item><p>The non-smoothness is a result of a non-differentiable function in the state-space equations. In that case, <inline-formula><mml:math id="M67"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x0005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>.</p></list-item>
<list-item><p>The non-smoothness is a result of an inequality constraint equation <inline-formula><mml:math id="M68"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-rel">&#x02264;</mml:mo><mml:mtext mathvariant="bold">0</mml:mtext></mml:math></inline-formula>. As a result, at least one of the branches lies entirely within the space defined by the constraint equation <inline-formula><mml:math id="M69"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mtext mathvariant="bold">0</mml:mtext></mml:math></inline-formula>. As for any sigma point <italic>i</italic>, <inline-formula><mml:math id="M70"><mml:mi>g</mml:mi><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mn mathvariant="bold-italic">&#x003C7;</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0007C;</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003C;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula> or <inline-formula><mml:math id="M71"><mml:mi>g</mml:mi><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mn mathvariant="bold-italic">&#x003C7;</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0007C;</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>, their weighted sum is likely to satisfy: <inline-formula><mml:math id="M72"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold-italic">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x0005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0007C;</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003C;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>. In fact the previous could be observed even if <inline-formula><mml:math id="M73"><mml:mi>g</mml:mi><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mn mathvariant="bold-italic">&#x003C7;</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0007C;</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mspace width="0.3em"/><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo><mml:mo class="MathClass-rel">&#x02200;</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi></mml:math></inline-formula>. This creates situations where all sigma points may lie in the smooth branch define by the equality constraint, yet the estimated active smooth branch is different. For this reason, <inline-formula><mml:math id="M74"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x0005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-rel">&#x02260;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> and a different estimator has to be used based on the physics of the studied problem. Such an example is presented in Section <xref ref-type="sec" rid="S5-4">5.2</xref>.</p></list-item>
</list></p>
</sec>
</sec>
<sec id="S5">
<label>5</label> <title>Applications</title>
<sec id="S5-3">
<label>5.1</label> <title>Non-Linear Hysteretic Bouc&#x02013;Wen Model</title>
<p>In this example, the hysteretic system illustrated in Figure <xref ref-type="fig" rid="F2">2</xref> comprising a Bouc&#x02013;Wen type spring of mass-normalized stiffness <italic>k</italic> and linear damping <italic>c</italic> is examined.</p>
<fig id="F2" position="float">
<label>Figure 2</label>
<caption><p>Mass on a Bouc&#x02013;Wen Spring.</p></caption>
<graphic xlink:href="fbuil-03-00056-g002.tif"/>
</fig>
<p>The relative displacement <italic>x</italic> of the body with respect to the ground is considered as the measured quantity. The observability of this system was examined in Chatzis et al. (<xref ref-type="bibr" rid="B11">2014</xref>). The equations of motion are formulated as:
<disp-formula id="E11"><label>(11)</label><mml:math id="M75"><mml:mtable class="aligned"><mml:mtr><mml:mtd columnalign="right"></mml:mtd><mml:mtd columnalign="left"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x000A8;</mml:mo></mml:mover><mml:mo class="MathClass-bin">&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mspace width="0.3em"/><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo class="MathClass-bin">&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x000A8;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd columnalign="right"></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="right"></mml:mtd><mml:mtd columnalign="left"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mspace width="0.3em"/><mml:mfenced separators="" open="|" close="|"><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mspace width="0.3em"/><mml:msup><mml:mrow><mml:mfenced separators="" open="|" close="|"><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>&#x003BD;</mml:mn><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace width="0.3em"/><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:mn>&#x003B3;</mml:mn><mml:mspace width="0.3em"/><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mspace width="0.3em"/><mml:msup><mml:mrow><mml:mfenced separators="" open="|" close="|"><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>&#x003BD;</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
where <italic>k</italic> is the stiffness of the spring, <italic>c</italic> the damping coefficient, and <italic>&#x003B2;</italic>, &#x003B3;, and <italic>&#x003BD;</italic> are the parameters of the Bouc&#x02013;Wen model. The term <inline-formula><mml:math id="M203"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:math></inline-formula> can be rewritten as <inline-formula><mml:math id="M76"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, where <italic>x<sub>s</sub></italic> is the displacement of the slider and <inline-formula><mml:math id="M77"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mspace width="0.3em"/><mml:mfenced separators="" open="|" close="|"><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mspace width="0.3em"/><mml:msup><mml:mrow><mml:mfenced separators="" open="|" close="|"><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>&#x003BD;</mml:mn><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace width="0.3em"/><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:mn>&#x003B3;</mml:mn><mml:mspace width="0.3em"/><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mspace width="0.3em"/><mml:msup><mml:mrow><mml:mfenced separators="" open="|" close="|"><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>&#x003BD;</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>. Hence, <italic>r</italic> can be thought of as the displacement of the elastic spring. As stated in that paper the dynamic equations of motion of the system can be separated into four smooth branches:
<disp-formula id="E12"><label>(12)</label><mml:math id="M78"><mml:mtable columnalign="left" class="align"><mml:mtr><mml:mtd></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-punc">:</mml:mo><mml:mspace width="0.3em"/><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mspace width="0.3em"/><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mspace width="0.3em"/><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>&#x003BD;</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:mn>&#x003B3;</mml:mn><mml:mspace width="0.3em"/><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mspace width="0.3em"/><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>&#x003BD;</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace width="0.3em"/><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo><mml:mtext>for</mml:mtext><mml:mspace width="0.3em"/><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003E;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mspace width="0.3em"/><mml:mi>&#x00026;</mml:mi><mml:mspace width="0.3em"/><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003E;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-punc">:</mml:mo><mml:mspace width="0.3em"/><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mo class="MathClass-bin">&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mspace width="0.3em"/><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mspace width="0.3em"/><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>&#x003BD;</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:mn>&#x003B3;</mml:mn><mml:mspace width="0.3em"/><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mspace width="0.3em"/><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>&#x003BD;</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace width="0.3em"/><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo><mml:mtext>for</mml:mtext><mml:mspace width="0.3em"/><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003C;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mspace width="0.3em"/><mml:mi>&#x00026;</mml:mi><mml:mspace width="0.3em"/><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003E;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-punc">:</mml:mo><mml:mspace width="0.3em"/><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mo class="MathClass-bin">&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mspace width="0.3em"/><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mspace width="0.3em"/><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>&#x003BD;</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:mn>&#x003B3;</mml:mn><mml:mspace width="0.3em"/><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mspace width="0.3em"/><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>&#x003BD;</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace width="0.3em"/><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo><mml:mtext>for</mml:mtext><mml:mspace width="0.3em"/><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003E;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mspace width="0.3em"/><mml:mi>&#x00026;</mml:mi><mml:mspace width="0.3em"/><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003C;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-punc">:</mml:mo><mml:mspace width="0.3em"/><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mspace width="0.3em"/><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mspace width="0.3em"/><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>&#x003BD;</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:mn>&#x003B3;</mml:mn><mml:mspace width="0.3em"/><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mspace width="0.3em"/><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>&#x003BD;</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace width="0.3em"/><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo><mml:mtext>for</mml:mtext><mml:mspace width="0.3em"/><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003C;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mspace width="0.3em"/><mml:mi>&#x00026;</mml:mi><mml:mspace width="0.3em"/><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003C;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
within these branches the system is not fully observable, but may be rewritten in the form:
<disp-formula id="E13"><label>(13)</label><mml:math id="M79"><mml:mtable columnalign="left" class="align"><mml:mtr><mml:mtd></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-punc">:</mml:mo><mml:mspace width="0.3em"/><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mn>&#x00394;</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace width="0.3em"/><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mspace width="0.3em"/><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>&#x003BD;</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace width="0.3em"/><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo><mml:mtext>for</mml:mtext><mml:mspace width="0.3em"/><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003E;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mspace width="0.3em"/><mml:mi>&#x00026;</mml:mi><mml:mspace width="0.3em"/><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003E;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-punc">:</mml:mo><mml:mspace width="0.3em"/><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mo class="MathClass-bin">&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mn>&#x00394;</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace width="0.3em"/><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mspace width="0.3em"/><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>&#x003BD;</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace width="0.3em"/><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo><mml:mtext>for</mml:mtext><mml:mspace width="0.3em"/><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003C;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mspace width="0.3em"/><mml:mi>&#x00026;</mml:mi><mml:mspace width="0.3em"/><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003E;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-punc">:</mml:mo><mml:mspace width="0.3em"/><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mo class="MathClass-bin">&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mn>&#x00394;</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace width="0.3em"/><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mspace width="0.3em"/><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>&#x003BD;</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace width="0.3em"/><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo><mml:mtext>for</mml:mtext><mml:mspace width="0.3em"/><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003E;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mspace width="0.3em"/><mml:mi>&#x00026;</mml:mi><mml:mspace width="0.3em"/><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003C;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-punc">:</mml:mo><mml:mspace width="0.3em"/><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mn>&#x00394;</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace width="0.3em"/><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mspace width="0.3em"/><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>&#x003BD;</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace width="0.3em"/><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo><mml:mtext>for</mml:mtext><mml:mspace width="0.3em"/><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003C;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mspace width="0.3em"/><mml:mi>&#x00026;</mml:mi><mml:mspace width="0.3em"/><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003C;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
where &#x00394;<sub>1</sub>&#x02009;&#x0003D;&#x02009;<italic>&#x003B2;</italic>&#x02009;&#x0002B;&#x02009;&#x003B3; and &#x00394;<sub>2</sub>&#x02009;&#x0003D;&#x02009;<italic>&#x003B2;</italic>&#x02009;&#x02212;&#x02009;&#x003B3;. The augmented state vector is hence defined as: <inline-formula><mml:math id="M80"><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo><mml:mspace width="0.3em"/><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo><mml:mspace width="0.3em"/><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo><mml:mspace width="0.3em"/><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo><mml:mspace width="0.3em"/><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo><mml:mspace width="0.3em"/><mml:mn>&#x003BD;</mml:mn><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo><mml:mspace width="0.3em"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mn>&#x00394;</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo><mml:mspace width="0.3em"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mn>&#x00394;</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">]</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. In this new representation, within each branch all of the states <inline-formula><mml:math id="M81"><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo><mml:mspace width="0.3em"/><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo><mml:mspace width="0.3em"/><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo><mml:mspace width="0.3em"/><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo><mml:mspace width="0.3em"/><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo><mml:mspace width="0.3em"/><mml:mn>&#x003BD;</mml:mn></mml:mrow></mml:mfenced></mml:math></inline-formula> are observable while only one of the parameters &#x00394;<sub>1</sub> and &#x00394;<sub>2</sub> is identifiable depending on the <inline-formula><mml:math id="M82"><mml:mi mathvariant="italic">sign</mml:mi><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mspace width="0.3em"/><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. When <inline-formula><mml:math id="M83"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mspace width="0.3em"/><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo class="MathClass-rel">&#x02265;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>, i.e., with branches (A, D) &#x00394;<sub>1</sub> is identifiable, while when <inline-formula><mml:math id="M84"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mspace width="0.3em"/><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003C;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>, i.e., within the branches (B, C) &#x00394;<sub>2</sub> is identifiable.</p>
<p>The previous result can also be demonstrated in terms of the Bouc&#x02013;Wen spring that can be considered to be the non-smooth component <italic>C</italic><sub>1</sub>, for which equations (<xref ref-type="disp-formula" rid="E13">13</xref>) correspond to the form of equation (<xref ref-type="disp-formula" rid="E5">5</xref>) with <inline-formula><mml:math id="M85"><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">P</mml:mtext></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 class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M86"><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></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:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">[</mml:mo><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">]</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. For such a component, <inline-formula><mml:math id="M87"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mn>&#x003B8;</mml:mn></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:mrow><mml:mi>o</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mn>&#x00394;</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo><mml:mspace width="0.3em"/><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mn>&#x003B8;</mml:mn></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:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mn>&#x00394;</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, when <inline-formula><mml:math id="M88"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mspace width="0.3em"/><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo class="MathClass-rel">&#x02265;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M89"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mn>&#x003B8;</mml:mn></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:mrow><mml:mi>o</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mn>&#x00394;</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo><mml:mspace width="0.3em"/><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mn>&#x003B8;</mml:mn></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:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mn>&#x00394;</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, when <inline-formula><mml:math id="M90"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mspace width="0.3em"/><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003C;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>. For the given measurement setup used, the observability analysis on the overall system shows that there are no further unidentifiable parameters or unobservable states. To complete the description of the method the transformation matrices are defined:
<list list-type="order">
<list-item><p><inline-formula><mml:math id="M91"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mspace width="0.3em"/><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo class="MathClass-rel">&#x02265;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo class="MathClass-punc">:</mml:mo></mml:math></inline-formula>
<disp-formula id="E14"><label>(14)</label><mml:math id="M92"><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">T</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="double-struck">I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>8</mml:mn><mml:mo class="MathClass-bin">&#x000D7;</mml:mo><mml:mn>8</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></disp-formula></p></list-item>
<list-item><p>else:
<disp-formula id="E15"><label>(15)</label><mml:math id="M93"><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">T</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mfenced separators="" open="[" close="]"><mml:mrow><mml:mtable equalrows="false" columnlines="solid" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd class="array" columnalign="center"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="double-struck">I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn><mml:mo class="MathClass-bin">&#x000D7;</mml:mo><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd class="array" columnalign="center"><mml:msub><mml:mrow><mml:mfenced separators="" open="&#x0007B;" close="&#x0007D;"><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">0</mml:mtext></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn><mml:mo class="MathClass-bin">&#x000D7;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="array" columnalign="center"><mml:msub><mml:mrow><mml:mfenced separators="" open="&#x0007B;" close="&#x0007D;"><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">0</mml:mtext></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo class="MathClass-bin">&#x000D7;</mml:mo><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd class="array" columnalign="center"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd class="array" columnalign="center"><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd class="array" columnalign="center"><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="array" columnalign="center"><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd class="array" columnalign="center"><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mfenced></mml:math></disp-formula></p></list-item>
</list></p>
<p>A system with mass-normalized stiffness and damping terms <inline-formula><mml:math id="M94"><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mn>1000</mml:mn><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">se</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M95"><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02217;</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02217;</mml:mo><mml:mn>5</mml:mn><mml:mi>%</mml:mi><mml:mspace width="0.3em"/><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">sec</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></inline-formula>, respectively, and Bouc&#x02013;Wen parameters <italic>&#x003BD;</italic>&#x02009;&#x0003D;&#x02009;2, &#x00394;<sub>1</sub>&#x02009;&#x0003D;&#x02009;6000, &#x00394;<sub>2</sub>&#x02009;&#x0003D;&#x02009;2000 initially at rest is subjected to the input ground motion shown in Figure <xref ref-type="fig" rid="F3">3</xref>. The measured signal is assumed to be the displacement of the system <italic>x</italic>.</p>
<fig id="F3" position="float">
<label>Figure 3</label>
<caption><p><bold>(A)</bold> Ground acceleration <bold>(B)</bold> relative displacement.</p></caption>
<graphic xlink:href="fbuil-03-00056-g003.tif"/>
</fig>
<sec id="S5-3-1">
<label>5.1.1</label> <title>The Effect of Noise</title>
<p>For the parametric analysis that follows, an initial guess is herein assumed as <italic>k</italic><sub>0</sub>&#x02009;&#x0003D;&#x02009;<italic>k, c</italic><sub>0</sub>&#x02009;&#x0003D;&#x02009;<italic>c</italic>, <italic>&#x003BD;</italic>&#x02009;&#x0003D;&#x02009;3, &#x00394;<sub>1</sub>/2000&#x02009;&#x0003D;&#x02009;2, and &#x00394;<sub>2</sub>/2000&#x02009;&#x0003D;&#x02009;2. Initially, the effect of different realizations of noise vectors to the convergence of the algorithms will be studied. To that end 1000 different sets of random process and noise vectors are generated, corresponding to a noise-to-signal <italic>RMS</italic> ratio of 5%. The noisy inputs and outputs are then used in the two methods, <italic>DUKF</italic> and <italic>UKF</italic>, which assume corresponding covariance matrices for the process and measurement noise, and the mean error of the final estimates for the Bouc&#x02013;Wen parameters is calculated. The Cumulative Distribution of the mean BW parameter errors is shown in Figure <xref ref-type="fig" rid="F4">4</xref>A. Subsequently, the effect of different levels of noise-to-signal <italic>RMS</italic> ratio for the process noise and the assumed values in the algorithm is investigated. To that end, values of <italic>RMS</italic> ratios in the range [1%, 7%] with an increment of 1%, where different values are used for the signals that contaminate the input and measurement vector and the assumed covariances of the measurement and process noise used in the models. That creates a total of 7<sup>4</sup> cases that are examined, for which the mean BW parameter error is calculated, using both the conventional and proposed method, and the results are presented in 4B.</p>
<fig id="F4" position="float">
<label>Figure 4</label>
<caption><p>Predictions of the two <italic>EKF</italic> models for the corresponding parameters of the Bouc&#x02013;Wen model. <bold>(A)</bold> 5% noise RMS ratio and corresponding assumed covariances. <bold>(B)</bold> Varying the noise RMS ratio and assumed covariances.</p></caption>
<graphic xlink:href="fbuil-03-00056-g004.tif"/>
</fig>
<p>As observed in Figure <xref ref-type="fig" rid="F4">4</xref>A, DUKF performs superior to the <italic>UKF</italic> for a given noise-to-signal RMS ratio and is less affected by the exact realizations of the noise vectors. For the <italic>DUKF</italic> approximately 80% of the cases result into mean parameter error less than 20 versus 60% for the <italic>UKF</italic>. As can further be deduced from Figure <xref ref-type="fig" rid="F4">4</xref>B, the same qualitative comparison for the two methods is observed even in the case where diverse noise-to-signal <italic>RMS</italic> ratios are adopted, while a mismatch is noted between the actual and assumed (in the model) covariances of the process and measurement noise. The use of the <italic>DUKF</italic> allows for larger discrepancies between the assumed covariances of the noises and their real properties.</p>
</sec>
<sec id="S5-3-2">
<label>5.1.2</label> <title>The Effect of the Initial Estimates</title>
<p>The effect of different initial estimates for the Bouc&#x02013;Wen parameters on the convergence is explored in the following Figure <xref ref-type="fig" rid="F5">5</xref>. To that end, the initial estimates used for &#x00394;<sub>1</sub> and &#x00394;<sub>2</sub> vary in the range between [1, 7] &#x0002A; 2000, while <italic>&#x003BD;</italic> is varied in the range: [1.8, 3]. The mean relative error of the BW parameters is calculated for each case and a color is assigned depending on the value of that error. The error color-bar is shown in Figure <xref ref-type="fig" rid="F5">5</xref> corresponding to mean errors from 0 to 100%.</p>
<fig id="F5" position="float">
<label>Figure 5</label>
<caption><p>Mean relative error color-plots for the two methods when different initial values are used for the Bouc&#x02013;Wen parameters.</p></caption>
<graphic xlink:href="fbuil-03-00056-g005.tif"/>
</fig>
<p>As observed in Figure <xref ref-type="fig" rid="F5">5</xref>, the relative error is lower for the <italic>DUKF</italic> as compared to the <italic>UKF</italic> for a wide range of initial estimates of the parameters. Essentially the method is more forgiving in terms of the proximity of the initial estimate to the real value, which offers an important advantage as often the initial estimates are not close to the final value.</p>
</sec>
<sec id="S5-3-3">
<label>5.1.3</label> <title>Non-Smoothness and Dimensionality</title>
<p>The previous Bouc&#x02013;Wen spring will be extended to 4 masses connected with Bouc&#x02013;Wen springs. Each mass is described by a displacement <italic>x<sub>i</sub></italic> relative to the ground. The non-linear springs are defined by their stiffness <italic>k<sub>i</sub></italic> and the Bouc&#x02013;Wen parameters <inline-formula><mml:math id="M96"><mml:msub><mml:mrow><mml:mn>&#x00394;</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M97"><mml:msub><mml:mrow><mml:mn>&#x00394;</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, and <italic>&#x003BD;<sub>i</sub></italic> and linear dampers with coefficients <italic>c<sub>i</sub>, i</italic>&#x02009;&#x0003D;&#x02009;1,&#x02009;&#x02026;,&#x02009;4 as shown in the following Figure <xref ref-type="fig" rid="F6">6</xref>.</p>
<fig id="F6" position="float">
<label>Figure 6</label>
<caption><p>4 masses system with Bouc&#x02013;Wen springs and linear dampers.</p></caption>
<graphic xlink:href="fbuil-03-00056-g006.tif"/>
</fig>
<p>The state-space equations of the system may be assembled after noting that the equation of evolution of the elastic displacement of spring <italic>i</italic>&#x02009;&#x0003E;&#x02009;1 becomes:
<disp-formula id="E16"><label>(16)</label><mml:math id="M98"><mml:mtable columnalign="left" class="align"><mml:mtr><mml:mtd columnalign="right" class="align-odd"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mn>&#x00394;</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace width="0.3em"/><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mspace width="0.3em"/><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0007C;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0007C;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mn>&#x003BD;</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo><mml:mspace width="0.3em"/><mml:mtext>for</mml:mtext><mml:mspace width="0.5em"/><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mspace width="0.3em"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-rel">&#x02265;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="right" class="align-odd"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-bin">&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mn>&#x00394;</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace width="0.3em"/><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mspace width="0.3em"/><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0007C;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0007C;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mn>&#x003BD;</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo><mml:mspace width="0.3em"/><mml:mtext>for</mml:mtext><mml:mspace width="0.5em"/><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mspace width="0.3em"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003C;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>If this system is excited by a ground acceleration <inline-formula><mml:math id="M99"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x000A8;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> and the displacements of the four masses [<italic>x</italic><sub>1</sub>, <italic>x</italic><sub>2</sub>, <italic>x</italic><sub>3</sub>, <italic>x</italic><sub>4</sub>] are measured then it may be demonstrated that for each of the four Bouc&#x02013;Wen components of the system, <italic>C</italic><sub>1</sub>,&#x02009;&#x02026;,&#x02009;<italic>C</italic><sub>4</sub>, the parameters <inline-formula><mml:math id="M100"><mml:msub><mml:mrow><mml:mn>&#x00394;</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M101"><mml:msub><mml:mrow><mml:mn>&#x00394;</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> become unidentifiable when <inline-formula><mml:math id="M102"><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mspace width="0.3em"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003C;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula> or <inline-formula><mml:math id="M103"><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mspace width="0.3em"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-rel">&#x02265;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>, respectively. This occurs from the identifiability properties of each Bouc&#x02013;Wen component, <italic>C<sub>i</sub></italic>, after noting that <inline-formula><mml:math id="M104"><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">P</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M105"><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">[</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">]</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. When <inline-formula><mml:math id="M106"><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-rel">&#x02265;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M107"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mn>&#x003B8;</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>o</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mn>&#x00394;</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M108"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mn>&#x003B8;</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mn>&#x00394;</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, else <inline-formula><mml:math id="M109"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mn>&#x003B8;</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>o</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mn>&#x00394;</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M110"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mn>&#x003B8;</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mn>&#x00394;</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>. The remaining parameters and dynamic states are identifiable and observable, respectively, according to the observability analysis of the overall system. The overall transformation matrix <italic>T<sub>i</sub></italic> can hence be assembled at any time instance.</p>
<p>A system with parameters <italic>k<sub>i</sub></italic>&#x02009;&#x0003D;&#x02009;[1000, 900, 800, 700] [1/s<sup>2</sup>], <inline-formula><mml:math id="M111"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mspace width="0.3em"/><mml:mn>5</mml:mn><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02215;</mml:mo><mml:mn>100</mml:mn></mml:math></inline-formula> [1/s], <inline-formula><mml:math id="M112"><mml:msub><mml:mrow><mml:mn>&#x00394;</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mfenced separators="" open="[" close="]"><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo><mml:mn>7</mml:mn><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo><mml:mn>8</mml:mn><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo><mml:mn>9</mml:mn></mml:mrow></mml:mfenced></mml:math></inline-formula>&#x02009;2000, <inline-formula><mml:math id="M113"><mml:msub><mml:mrow><mml:mn>&#x00394;</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mfenced separators="" open="[" close="]"><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo><mml:mn>7</mml:mn><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo><mml:mn>8</mml:mn><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo><mml:mn>9</mml:mn></mml:mrow></mml:mfenced></mml:math></inline-formula>&#x02009;2000, <inline-formula><mml:math id="M114"><mml:msub><mml:mrow><mml:mn>&#x00394;</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mfenced separators="" open="[" close="]"><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow></mml:mfenced></mml:math></inline-formula>&#x02009;1000, and <italic>&#x003BD;<sub>i</sub></italic>&#x02009;&#x0003D;&#x02009;[2, 2, 2, 2] is subjected to the time history of Figure <xref ref-type="fig" rid="F3">3</xref>A. The obtained displacements are shown in the following Figure <xref ref-type="fig" rid="F7">7</xref>.</p>
<fig id="F7" position="float">
<label>Figure 7</label>
<caption><p>Displacements of the four masses of the system.</p></caption>
<graphic xlink:href="fbuil-03-00056-g007.tif"/>
</fig>
<p>The measurements are contaminated with noise of noise-to-signal <italic>RMS</italic> ratio of 1%. The corresponding covariances are assumed in both models for the process and measurement noises. The initial estimates used for both models are <italic>k<sub>i</sub></italic>&#x02009;&#x0003D;&#x02009;1000, <inline-formula><mml:math id="M115"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>1000</mml:mn></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mspace width="0.3em"/><mml:mn>10</mml:mn><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02215;</mml:mo><mml:mn>100</mml:mn></mml:math></inline-formula>, <italic>&#x003BD;<sub>i</sub></italic>&#x02009;&#x0003D;&#x02009;2.5, <inline-formula><mml:math id="M116"><mml:msub><mml:mrow><mml:mn>&#x00394;</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mn>&#x00394;</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:math></inline-formula> for <italic>i</italic>&#x02009;&#x0003D;&#x02009;1, &#x022C5;, 4. The results of the identification using the <italic>UKF</italic> and <italic>DUKF</italic> are shown in the following Figures <xref ref-type="fig" rid="F8">8</xref> and <xref ref-type="fig" rid="F9">9</xref>.</p>
<fig id="F8" position="float">
<label>Figure 8</label>
<caption><p>Spring and damping parameters identified by the <italic>UKF</italic> and <italic>DUKF</italic>.</p></caption>
<graphic xlink:href="fbuil-03-00056-g008.tif"/>
</fig>
<fig id="F9" position="float">
<label>Figure 9</label>
<caption><p>Bouc&#x02013;Wen parameters identified by the <italic>UKF</italic> and <italic>DUKF</italic>.</p></caption>
<graphic xlink:href="fbuil-03-00056-g009.tif"/>
</fig>
<p>As observed in Figure <xref ref-type="fig" rid="F8">8</xref>, both methods provide fairly good estimates of the elastic parameters of the system <italic>k<sub>i</sub>, c<sub>i</sub></italic>. However, when it comes to the non-linear (Bouc&#x02013;Wen) parameters, the <italic>DUKF</italic> provides a substantially improved estimated versus the <italic>UKF</italic>. This can be seen by the fact that while for <italic>DUKF</italic> the final ratio of the estimated over real values for the parameters is close to unity, for the <italic>UKF</italic> this ratio substantially deviates from unity indicating large estimation errors. This can be attributed to the multiple, 4 in this case, unidentifiable parameters at any time window. As those unidentifiable parameters are increased, it is more likely that the estimates of the system overall diverge.</p>
<p>It should hence be noted that non-smooth high dimensional systems suffer from the effects of dimensionality, but also from the additional effect of the increased number of unidentifiable parameters and hence sources of divergence. The former can be improved using techniques applied to smooth systems for dimensionality (Olivier and Smyth, <xref ref-type="bibr" rid="B34">2017b</xref>), while the latter is treated through the <italic>D</italic>&#x02013; modification suggested here. It should be noted that the two treatments, which aim at tackling different problems, can be combined.</p>
</sec>
</sec>
<sec id="S5-4">
<label>5.2</label> <title>2DOF Elasto-<italic>Plastic System</italic></title>
<p>In this example, the behavior of a shear system of two masses with displacements <italic>x</italic><sub>1</sub> and <italic>x</italic><sub>2</sub> connected to each other and the ground by means of linear damping elements of normalized damping over mass <italic>c</italic><sub>1</sub>, <italic>c</italic><sub>2</sub> and elastoplastic springs of normalized over mass stiffness <italic>k</italic><sub>1</sub>, <italic>k</italic><sub>2</sub> and yield force <inline-formula><mml:math id="M117"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M118"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> as shown in Figure <xref ref-type="fig" rid="F10">10</xref> is studied.</p>
<fig id="F10" position="float">
<label>Figure 10</label>
<caption><p>System studied. <bold>(A)</bold> System of two masses connected with elastoplastic springs and linear dampers. <bold>(B)</bold> Behavior of elastoplastic spring.</p></caption>
<graphic xlink:href="fbuil-03-00056-g010.tif"/>
</fig>
<p>The equations of motion describing the system when subjected to a ground acceleration <inline-formula><mml:math id="M119"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x000A8;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> become:
<disp-formula id="E17"><label>(17)</label><mml:math id="M120"><mml:mtable columnalign="left" class="align"><mml:mtr><mml:mtd columnalign="right" class="align-odd"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x000A8;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-bin">&#x0002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">(</mml:mo><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:mo class="MathClass-bin">&#x0002B;</mml:mo><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:mo class="MathClass-close">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mspace width="0.3em"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace width="0.3em"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-bin">&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace width="0.3em"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">el</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace width="0.3em"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">el</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x000A8;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="right" class="align-odd"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x000A8;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-bin">&#x0002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">(</mml:mo><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:mo class="MathClass-close">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mspace width="0.3em"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace width="0.3em"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-bin">&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace width="0.3em"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">el</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x000A8;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
where <inline-formula><mml:math id="M121"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> is the elastic elongation of the elastoplastic spring <italic>i</italic> whose evolution over time is defined as:
<disp-formula id="E18"><label>(18)</label><mml:math id="M122"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">el</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>in the elastic branch</mml:mtext><mml:mspace width="4em"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">el</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>in the plastic branch</mml:mtext></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E19"><label>(19)</label><mml:math id="M123"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">el</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>in the elastic branch</mml:mtext><mml:mspace width="2em"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">el</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>in the plastic branch</mml:mtext></mml:math></disp-formula></p>
<p>The following equations define the transition conditions between the elastic and plastic branches for spring i:
<disp-formula id="E20"><label>(20)</label><mml:math id="M124"><mml:mtable columnalign="left" class="align"><mml:mtr><mml:mtd columnalign="right" class="align-odd"><mml:mo class="MathClass-rel">&#x02225;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace width="0.3em"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">el</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-rel">&#x02225;</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>elastic</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-rel">&#x02192;</mml:mo><mml:mtext>plastic</mml:mtext></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="right" class="align-odd"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">el</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>plastic</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-rel">&#x02192;</mml:mo><mml:mtext>elastic</mml:mtext></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>The previous transition equations ensure that the force of elastoplastic spring <italic>i</italic> always satisfies the condition: <inline-formula><mml:math id="M125"><mml:mo class="MathClass-rel">&#x02225;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace width="0.3em"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-rel">&#x02225;</mml:mo><mml:mo class="MathClass-rel">&#x02264;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>.</p>
<p>For the purpose of identification the augmented state vector will include <inline-formula><mml:math id="M126"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">kxe</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">kxe</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>. The dynamic states <inline-formula><mml:math id="M127"><mml:mi mathvariant="italic">kxe</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> correspond to the product <inline-formula><mml:math id="M128"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace width="0.3em"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> and are used instead of the elastic displacements as it allows separating the states into observable and unidentifiable within all branches without having to use a non-linear transformation (Chatzis et al., <xref ref-type="bibr" rid="B10">2017</xref>). In terms of the identifiability of the system it can easily be shown as in Chatzis et al. (<xref ref-type="bibr" rid="B10">2017</xref>), that all the dynamic states together with <italic>c</italic><sub>1</sub> and <italic>c</italic><sub>2</sub> are always identifiable. However, only one of <inline-formula><mml:math id="M129"><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">[</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">]</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is identifiable depending on whether spring <italic>i</italic> lies in an elastic or plastic branch at that specific time instance. This follows after studying the identifiability of any of the two elastoplastic spring components, <italic>C<sub>i</sub></italic> where <inline-formula><mml:math id="M130"><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">P</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">kxe</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M131"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</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:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">[</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">]</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. Then the equation of component <italic>C<sub>i</sub></italic> becomes:
<disp-formula id="E21"><label>(21)</label><mml:math id="M132"><mml:mtable columnalign="left" class="align"><mml:mtr><mml:mtd columnalign="right" class="align-odd"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">P</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace width="0.3em"/><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>in the elastic branch</mml:mtext></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="right" class="align-odd"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">P</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>in the plastic branch</mml:mtext></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
and as a result <inline-formula><mml:math id="M133"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mn>&#x003B8;</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> in the elastic branch and <inline-formula><mml:math id="M134"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mn>&#x003B8;</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> in the plastic branch. <inline-formula><mml:math id="M135"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> becomes identifiable when component <italic>C<sub>i</sub></italic> enters the plastic branch. This is because the plasticity constraint, when activated, effectively results into an additional measurement equation: <inline-formula><mml:math id="M136"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mo class="MathClass-rel">&#x02225;</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">kxe</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-rel">&#x02225;</mml:mo></mml:math></inline-formula>.</p>
<p>Hence, the identifiability of the system requires estimation of whether spring <italic>i</italic> is in an elastic or plastic branch. While this discussion is obvious for the real system through use of equation (<xref ref-type="disp-formula" rid="E20">20</xref>), it requires some careful consideration when applied to the systems estimated by the <italic>DUKF</italic>. As each of the sigma points are bound by the inequality constraint of equation (<xref ref-type="disp-formula" rid="E20">20</xref>), it is likely that their mean would satisfy the condition <inline-formula><mml:math id="M137"><mml:mo class="MathClass-rel">&#x02225;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x0005E;</mml:mo></mml:mover><mml:mi mathvariant="italic">el</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-rel">&#x02225;</mml:mo><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003C;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> even if the majority of the sigma points are satisfying the equality, and are hence in the plastic branch. The problem occurs due to the fact that the condition in equation (<xref ref-type="disp-formula" rid="E20">20</xref>) indicates of whether the spring is elastic or plastic, but cannot quantify &#x0201C;how&#x0201D; elastic or plastic the response of the system is. A means of indicating the tendency of the system to behave in an elastic or plastic manner, suggested in this paper, may be attained via comparison of the estimated mean velocities of the elastic and plastic elongation of the springs.</p>
<p>To such an end, the inequality of equation (<xref ref-type="disp-formula" rid="E20">20</xref>) is used to deem of whether each sigma point lies in an elastic or plastic branch using the estimated values for the springs prior to applying the measurement update (i.e., <inline-formula><mml:math id="M138"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mn>&#x003C7;</mml:mn></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0007C;</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> for sigma point <italic>i</italic>). Then, the elastic and plastic velocity of spring <italic>i</italic> for sigma point <italic>j</italic>, <inline-formula><mml:math id="M139"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M140"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, are:
<disp-formula id="E22"><label>(22)</label><mml:math id="M141"><mml:mtable columnalign="left" class="align"><mml:mtr><mml:mtd columnalign="right" class="align-odd"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">el</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><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:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>if spring</mml:mtext><mml:mi>i</mml:mi><mml:mtext>is elastic</mml:mtext></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="right" class="align-odd"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">el</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>if spring</mml:mtext><mml:mi>i</mml:mi><mml:mtext>is plastic</mml:mtext></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
where <inline-formula><mml:math id="M142"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><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:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> is the total velocity of spring <italic>i</italic> for sigma point <italic>j</italic>, <inline-formula><mml:math id="M143"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><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:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M144"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><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:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, then <inline-formula><mml:math id="M145"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><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:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>. The mean estimates of the two velocities <inline-formula><mml:math id="M146"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x0005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M147"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x0005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> can be calculated using the fourth step of the <italic>DUKF</italic> algorithm. Hence, the following criterion is used to deem of whether the system is behaving elastically or plastically:
<disp-formula id="E23"><label>(23)</label><mml:math id="M148"><mml:mtable columnalign="left" class="align"><mml:mtr><mml:mtd columnalign="right" class="align-odd"><mml:mo class="MathClass-rel">&#x02225;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x0005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">el</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-rel">&#x02225;</mml:mo><mml:mo class="MathClass-rel">&#x02265;</mml:mo><mml:mo class="MathClass-rel">&#x02225;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x0005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">pl</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-rel">&#x02225;</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo class="MathClass-rel">&#x02192;</mml:mo><mml:mtext>the system behaves elastically</mml:mtext></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="right" class="align-odd"><mml:mo class="MathClass-rel">&#x02225;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x0005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">el</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-rel">&#x02225;</mml:mo><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003C;</mml:mo><mml:mo class="MathClass-rel">&#x02225;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x0005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">pl</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-rel">&#x02225;</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo class="MathClass-rel">&#x02192;</mml:mo><mml:mtext>the system behaves plastically</mml:mtext></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>It is now straightforward to estimate the branch each spring would be in and obtain the corresponding contribution to the transformation matrix <bold><italic>T</italic></bold>. It should finally be noted that in both the <italic>UKF</italic> and <italic>DUKF</italic> algorithms the following constraint is applied to sigma point <italic>j</italic> if <inline-formula><mml:math id="M149"><mml:mo class="MathClass-rel">&#x02225;</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">kxe</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-rel">&#x02225;</mml:mo><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003E;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> for spring <italic>i</italic>:
<disp-formula id="E24"><label>(24)</label><mml:math id="M150"><mml:mtable columnalign="right left" class="split"><mml:mtr class="split-mtr"><mml:mtd class="split-mtd"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">kxel</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd class="split-mtd"><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02217;</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">sign</mml:mi><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">kxe</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mi>(24)</mml:mi></mml:math></disp-formula>
where equation (<xref ref-type="disp-formula" rid="E24">24</xref>) is a return mapping scheme. This is what one would follow in the forward dynamics problem, as the value of <inline-formula><mml:math id="M151"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> would be known. However, in this problem it would also be possible to instead modify the value of <inline-formula><mml:math id="M152"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> when the plasticity constraint is violated.</p>
<p>A system with properties <italic>k</italic><sub>1</sub>&#x02009;&#x0003D;&#x02009;1000 [1/s<sup>2</sup>], <italic>k</italic><sub>2</sub>&#x02009;&#x0003D;&#x02009;800 [1/s<sup>2</sup>], <inline-formula><mml:math id="M153"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mspace width="0.3em"/><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mspace width="0.3em"/><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo class="MathClass-punc">.</mml:mo><mml:mn>05</mml:mn></mml:math></inline-formula> [1/s], <inline-formula><mml:math id="M154"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mspace width="0.3em"/><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mspace width="0.3em"/><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo class="MathClass-punc">.</mml:mo><mml:mn>05</mml:mn></mml:math></inline-formula> [1/s], <inline-formula><mml:math id="M155"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mn>50</mml:mn></mml:math></inline-formula> [m/s<sup>2</sup>] <inline-formula><mml:math id="M156"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mn>30</mml:mn></mml:math></inline-formula> [m/s<sup>2</sup>] is subjected to the excitation of Figure <xref ref-type="fig" rid="F11">11</xref>A. The occurring displacements of both masses are measured as shown in Figure <xref ref-type="fig" rid="F11">11</xref>B.</p>
<fig id="F11" position="float">
<label>Figure 11</label>
<caption><p><bold>(A)</bold> Ground acceleration and <bold>(B)</bold> displacements of the masses.</p></caption>
<graphic xlink:href="fbuil-03-00056-g011.tif"/>
</fig>
<p>The two springs exhibit an elastoplastic response as shown in the force displacement responses plotted in Figure <xref ref-type="fig" rid="F12">12</xref>. The maximum total displacements, <italic>x</italic><sub>1</sub> and <italic>x</italic><sub>2</sub>&#x02009;&#x02212;&#x02009;<italic>x</italic><sub>1</sub> correspond to 1.7 and 2 times the yield displacements, respectively.</p>
<fig id="F12" position="float">
<label>Figure 12</label>
<caption><p>Force displacement curves for <bold>(A)</bold> Spring 1 and <bold>(B)</bold> Spring 2.</p></caption>
<graphic xlink:href="fbuil-03-00056-g012.tif"/>
</fig>
<p>The input and measurements are contaminated with white noise signals corresponding to 5% noise-to-signal RMS ratios. As there is a substantial drift of the measured signals their <italic>RMS</italic> is calculated after these are passed through a high pass filter with a cutoff frequency at 0.5&#x02009;<italic>Hz</italic>. The initial estimates for the stiffness and the damping of both springs are given a significant offset, as these are assumed as twice their actual value. The initial estimates of the yield forces, <inline-formula><mml:math id="M157"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M158"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, are varied in the following ranges: <inline-formula><mml:math id="M159"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-rel">&#x02208;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">[</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo><mml:mn>80</mml:mn></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">]</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M160"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-rel">&#x02208;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">[</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo><mml:mn>60</mml:mn></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">]</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. This is later used in both the <italic>UKF</italic> and <italic>DUKF</italic>, where the assumed covariances of the process and measurement noises match the 5% noise-to-signal RMS ratio. After the algorithms are implemented, the mean relative error of the estimated parameters with respect to the real values is calculated and is plotted in the following Figure <xref ref-type="fig" rid="F13">13</xref>, where the upper row of figures corresponds to the results of <italic>DUKF</italic> and the lower to <italic>UKF</italic>, each column of sub-figures corresponds to the error of the parameter indicated by the title and for each sub-figure the horizontal and vertical axes correspond to different initial estimates of <inline-formula><mml:math id="M161"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M162"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>. The mean relative error is indicated by the color-bar of the Figure.</p>
<fig id="F13" position="float">
<label>Figure 13</label>
<caption><p>Mean relative error color-plots for the two methods when varying the initial estimates of <inline-formula><mml:math id="M163"><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">F</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">y</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>1</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M164"><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">F</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">y</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>2</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>.</p></caption>
<graphic xlink:href="fbuil-03-00056-g013.tif"/>
</fig>
<p>As observed in Figure <xref ref-type="fig" rid="F13">13</xref>, <italic>DUKF</italic> in general results in reduced errors over <italic>UKF</italic> for a wide range of initial estimates. It should be noted that the method results in a large improvement over the estimates of the stiffness of the two springs <italic>k</italic><sub>1</sub> and <italic>k</italic><sub>2</sub>. This is expected as these parameters become unidentifiable when the corresponding spring is in the plastic branch. Equally there appears to be a clear improvement for the estimates of the plastic forces <inline-formula><mml:math id="M165"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M166"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, when the initial estimates are in the range <inline-formula><mml:math id="M167"><mml:msub><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-rel">&#x02208;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo><mml:mn>70</mml:mn></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M168"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-rel">&#x02208;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo><mml:mn>50</mml:mn></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. For values of <inline-formula><mml:math id="M169"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003E;</mml:mo><mml:mn>70</mml:mn></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M170"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003E;</mml:mo><mml:mn>50</mml:mn></mml:math></inline-formula>, <italic>DUKF</italic> does not change the initial estimate of the corresponding parameter, as the algorithms estimates that the system is always elastic. This can be understood by looking at the following Figure <xref ref-type="fig" rid="F14">14</xref> which is plotting the forces seen by elastic springs of stiffness <italic>k</italic><sub>1</sub> and k<sub>2</sub> for the real displacements of the system.</p>
<fig id="F14" position="float">
<label>Figure 14</label>
<caption><p>Force displacement curves for <bold>(A)</bold> Spring 1 and <bold>(B)</bold> Spring 2.</p></caption>
<graphic xlink:href="fbuil-03-00056-g014.tif"/>
</fig>
<p>In both cases, there are only few points in Figures <xref ref-type="fig" rid="F14">14</xref>A,B, where, respectively, even the force of a linear spring for the displacements of the system would exceed the values of <inline-formula><mml:math id="M171"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003E;</mml:mo><mml:mn>70</mml:mn></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M172"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003E;</mml:mo><mml:mn>50</mml:mn></mml:math></inline-formula>. As a result, it is reasonable for the <italic>DUKF</italic>, given the properties of the estimator selected and the way the plasticity constraint is applied, to reach the conclusion that the corresponding spring always remain elastic when the initial estimates of <inline-formula><mml:math id="M173"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> are in the aforementioned range. While this is disadvantageous in terms of identification of the real value of the parameters, when high initial estimates of <inline-formula><mml:math id="M174"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M175"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> are used, the advantage of the <italic>DUKF</italic> lies in that the algorithm has not changed the estimates of the corresponding covariance terms indicating that these parameters were not identified. Additionally, it appears that even for such cases the <italic>DUKF</italic> is capable of providing good estimates for the remaining parameters.</p>
<p>In contrast, the <italic>UKF</italic> would proceed to evolve the initial estimate of <inline-formula><mml:math id="M176"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M177"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> in all scenarios. The algorithm may hence reduce the initial estimate of <inline-formula><mml:math id="M178"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> or <inline-formula><mml:math id="M179"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> even during periods of unidentifiability and this non-optimal change could happen to result into more favorable estimates for the value of <inline-formula><mml:math id="M180"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M181"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>. However, it is equally or more probable that the algorithm will change the overall estimates of the parameters to less favorable values during unidentifiable windows, thus resulting in divergence of all parameters. This is depicted in the behavior of the <italic>UKF</italic> in Figure <xref ref-type="fig" rid="F13">13</xref> for initial estimates of <inline-formula><mml:math id="M182"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003E;</mml:mo><mml:mn>70</mml:mn></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M183"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003E;</mml:mo><mml:mn>50</mml:mn></mml:math></inline-formula> where even when the algorithm happens to do better for the estimates of the corresponding <inline-formula><mml:math id="M184"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> the remaining parameters behave less optimally. Additionally, in that region the final estimate of the covariance terms corresponding to <inline-formula><mml:math id="M185"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> are substantially lower than the <italic>DUKF</italic> even when the algorithm does not converge. The behavior of both algorithms for the case of initial estimates <inline-formula><mml:math id="M186"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mn>70</mml:mn></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M187"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mn>60</mml:mn></mml:math></inline-formula> is shown in the following Figures <xref ref-type="fig" rid="F15">15</xref> and <xref ref-type="fig" rid="F16">16</xref> for the estimated/real values of the parameters versus time and the estimated versus real plastic displacements <inline-formula><mml:math id="M188"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, respectively.</p>
<fig id="F15" position="float">
<label>Figure 15</label>
<caption><p>Estimated over real values for the parameters, for the disadvantageous for the <italic>DUKF</italic> scenario of initial estimates <inline-formula><mml:math id="M189"><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">F</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">y</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>1</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mtext>70</mml:mtext></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M190"><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">F</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">y</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>2</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mtext>60</mml:mtext></mml:math></inline-formula>.</p></caption>
<graphic xlink:href="fbuil-03-00056-g015.tif"/>
</fig>
<fig id="F16" position="float">
<label>Figure 16</label>
<caption><p>Estimated versus real plastic displacements of the springs for <bold>(A)</bold> <italic>UKF</italic> and <bold>(B)</bold> <italic>DUKF</italic>, for the disadvantageous for the <italic>DUKF</italic> scenario of initial estimates <inline-formula><mml:math id="M191"><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">F</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">y</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>1</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mtext>70</mml:mtext></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M192"><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">F</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">y</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>2</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mtext>60</mml:mtext></mml:math></inline-formula>.</p></caption>
<graphic xlink:href="fbuil-03-00056-g016.tif"/>
</fig>
<p>It should be noted that in Figure <xref ref-type="fig" rid="F15">15</xref>, the <italic>DUKF</italic> does not practically alter the initial guess of <inline-formula><mml:math id="M193"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> as described above. In this simulation the <italic>UKF</italic> happens to evolve the estimate of <inline-formula><mml:math id="M194"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> in a coincidentally favorable way, while doing the opposite happens for <inline-formula><mml:math id="M195"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>. However, as observed in Figure <xref ref-type="fig" rid="F16">16</xref>A, the <italic>UKF</italic> has difficulty in tracking the plastic displacements for this case. To the contrary, the <italic>DUKF</italic> is shown in Figure <xref ref-type="fig" rid="F16">16</xref>B to result into excellent predictions despite the inability to track the values of <inline-formula><mml:math id="M196"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M197"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>. Finally it should be noted that <italic>UKF</italic> appears relatively certain for the values of <inline-formula><mml:math id="M198"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M199"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, despite the fact that the latter is incorrect, with corresponding covariance terms smaller than 2&#x02009;&#x000D7;&#x02009;10<sup>&#x02212;3</sup>. In contrast, <italic>DUKF</italic> has not practically changed the covariance from the initial guess which is of the order of 10<sup>2</sup> indicating that the method is uncertain of its estimation of these two values.</p>
<p>Hence, this investigation leads to a result similar to those of the <italic>DEKF</italic> in Chatzis et al. (<xref ref-type="bibr" rid="B10">2017</xref>) for Elasto-plastic springs: it appears more favorable to use initial estimates of <inline-formula><mml:math id="M200"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> smaller than the real value of those parameters, or at least smaller than the maximum force seen by an elastic spring for the displacements of the system. Of course while this is not possible <italic>a priori</italic>, as those values are not known one can be informed by the <italic>DUKF</italic> of the inability of the algorithm to identify the corresponding value of <inline-formula><mml:math id="M201"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, due to the lack of change of the parameters and the corresponding large covariance terms. Additionally, the elastic displacements <inline-formula><mml:math id="M202"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> and total displacements <italic>x<sub>i</sub></italic> of the system are calculated by the <italic>DUKF</italic> with high precision allowing to alert the user on the presence of permanent displacements.</p>
</sec>
</sec>
<sec id="S6" sec-type="discussion">
<label>6</label> <title>Discussion and Conclusion</title>
<p>This paper suggests the use of a Discontinuous <italic>D</italic>&#x02013; modification for non-smooth systems for modifying the <italic>UKF</italic>. Non-smooth systems include certain parameters whose identifiability property changes over time. To alleviate the divergence exhibited by standard filtering algorithms during time periods of unidentifiability, the Discontinuous modification suggests retaining such parameters invariant during those intervals. This paper, therefore, introduces a Discontinuous Unscented Kalman Filter <italic>DUKF</italic>.</p>
<p>The method is implemented as a minimally invasive modification allowing, as the original <italic>UKF</italic> algorithm, straightforward implementation with any existing software that employ filtering algorithms to update the states of a system over time. The <italic>D</italic>&#x02013; modification makes use of a transformation matrix at any time instance based on the estimated active smooth branch of the system and the occurring identifiable and unidentifiable parameters. The proposed modification does not increase the computational cost of the original method; in fact it leads to inversions and operations on matrices of lower dimension.</p>
<p>The examples provided demonstrate the use of the algorithm with two different types of non-smooth systems: systems where the identifiability condition varies between different subspaces of the state vector and systems for which the non-smoothness is a result of an inequality constraint. Several non-smooth systems can be described as combinations of these two cases. The examples illustrate the robustness of the <italic>D</italic>&#x02013; modification and the overall improved performance of <italic>DUKF</italic> versus <italic>UKF</italic> for problems of increased complexity. Different sources of complexity were studied in terms of their effect such as the noise in the input and measured data, the assumed noise covariances in the models, different initial conditions and dimensionality. The <italic>DUKF</italic> was shown to improve the estimates provided for all the previous cases, and resulted in a more consistent behavior than that of the standard <italic>UKF</italic> for non-smooth systems.</p>
<p>This paper together with former work of the authors on the <italic>EKF</italic> (Chatzis et al., <xref ref-type="bibr" rid="B10">2017</xref>) demonstrate that non-smoothness bears an effect on the convergence of non-linear Kalman Filters and in general for online Bayesian methods, further illustrating that the <italic>D</italic>&#x02013; modification is a viable treatment across algorithmic implementations of this class. The <italic>D</italic>&#x02013; modification tackles the problems associated to non-smoothness and may be paired with existing modifications aiming at improving the performance of the algorithms for smooth problems, substantially expanding the ability of the occurring algorithms to handle problems of increased complexity.</p>
</sec>
<sec id="S7" sec-type="author-contributor">
<title>Author Contributions</title>
<p>Both authors verify to have contributed to this original research paper, which has not been submitted for publication elsewhere.</p>
</sec>
<sec id="S9">
<title>Conflict of Interest Statement</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>
</body>
<back>
<fn-group>
<fn fn-type="financial-disclosure">
<p><bold>Funding.</bold> MC would like to acknowledge the Marie Curie FP7 Career Integration Grant No. 618359 within the seventh European Union Framework Programme, for the support of this research. EC would like to gratefully acknowledge the support of the Albert L&#x000FC;ck Stiftung. The authors would also like to acknowledge the use of the University of Oxford Advanced Research Computing (ARC) facility in carrying out this work: <uri xlink:href="http://dx.doi.org/10.5281/zenodo.2255">http://dx.doi.org/10.5281/zenodo.2255</uri>.</p>
</fn>
</fn-group>
<ref-list>
<title>References</title>
<ref id="B1"><citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Alavi</surname> <given-names>S.</given-names></name> <name><surname>Mahdi</surname> <given-names>A.</given-names></name> <name><surname>Jacob</surname> <given-names>P. E.</given-names></name> <name><surname>Payne</surname> <given-names>S. J.</given-names></name> <name><surname>Howey</surname> <given-names>D. A.</given-names></name></person-group> (<year>2015</year>). <source>Structural Identifiability Analysis of Fractional Order Models with Applications in Battery Systems. arXiv preprint arXiv:1511.01402</source>.</citation></ref>
<ref id="B2"><citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Al-Hussein</surname> <given-names>A.</given-names></name> <name><surname>Haldar</surname> <given-names>A.</given-names></name></person-group> (<year>2015</year>). <article-title>Novel unscented Kalman filter for health assessment of structural systems with unknown input</article-title>. <source>J. Eng. Mech.</source> <volume>141</volume>, <fpage>4015012</fpage>.</citation></ref>
<ref id="B3"><citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Astroza</surname> <given-names>R.</given-names></name> <name><surname>Ebrahimian</surname> <given-names>H.</given-names></name> <name><surname>Conte</surname> <given-names>J. P.</given-names></name></person-group> (<year>2017</year>). <source>Batch and Recursive Bayesian Estimation Methods for Nonlinear Structural System Identification</source>. <publisher-name>Springer</publisher-name>, <fpage>341</fpage>&#x02013;<lpage>364</lpage>.</citation></ref>
<ref id="B4"><citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Au</surname> <given-names>S.-K.</given-names></name> <name><surname>Zhang</surname> <given-names>F.-L.</given-names></name></person-group> (<year>2016</year>). <article-title>Fundamental two-stage formulation for Bayesian system identification, part I: general theory</article-title>. <source>Mech. Syst. Signal Process.</source> <volume>66</volume>, <fpage>31</fpage>&#x02013;<lpage>42</lpage>.<pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.ymssp.2015.04.025</pub-id></citation></ref>
<ref id="B5"><citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Chatzi</surname> <given-names>E.</given-names></name> <name><surname>Smyth</surname> <given-names>A.</given-names></name></person-group> (<year>2009</year>). <article-title>The unscented Kalman filter and particle filter methods for nonlinear structural system identification with non-collocated heterogeneous sensing</article-title>. <source>Struct. Control Health Monit.</source> <volume>16</volume>, <fpage>99</fpage>&#x02013;<lpage>123</lpage>.<pub-id pub-id-type="doi">10.1002/stc.290</pub-id></citation></ref>
<ref id="B6"><citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Chatzi</surname> <given-names>E. N.</given-names></name> <name><surname>Smyth</surname> <given-names>A. W.</given-names></name></person-group> (<year>2012</year>). <article-title>Particle filter scheme with mutation for the estimation of time-invariant parameters in structural health monitoring applications</article-title>. <source>Struct. Control Health Monit.</source> <volume>20</volume>, <fpage>1081</fpage>&#x02013;<lpage>1095</lpage>.<pub-id pub-id-type="doi">10.1002/stc.1520</pub-id></citation></ref>
<ref id="B7"><citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Chatzi</surname> <given-names>E. N.</given-names></name> <name><surname>Smyth</surname> <given-names>A. W.</given-names></name></person-group> (<year>2014</year>). <source>Nonlinear System Identification: Particle-Based Methods</source>. <publisher-loc>Berlin, Heidelberg</publisher-loc>: <publisher-name>Springer</publisher-name>, <fpage>1</fpage>&#x02013;<lpage>18</lpage>.</citation></ref>
<ref id="B8"><citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Chatzi</surname> <given-names>E. N.</given-names></name> <name><surname>Smyth</surname> <given-names>A. W.</given-names></name> <name><surname>Masri</surname> <given-names>S. F.</given-names></name></person-group> (<year>2010</year>). <article-title>Experimental application of on-line parametric identification for nonlinear hysteretic systems with model uncertainty</article-title>. <source>J. Struct. Saf.</source> <volume>32</volume>, <fpage>326</fpage>&#x02013;<lpage>337</lpage>.<pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.strusafe.2010.03.008</pub-id></citation></ref>
<ref id="B9"><citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Chatzis</surname> <given-names>M.</given-names></name> <name><surname>Chatzi</surname> <given-names>E.</given-names></name> <name><surname>Smyth</surname> <given-names>A.</given-names></name></person-group> (<year>2015</year>). <article-title>An experimental validation of time domain system identification methods with fusion of heterogeneous data</article-title>. <source>Earthquake Eng. Struct. Dyn.</source> <volume>44</volume>, <fpage>523</fpage>&#x02013;<lpage>547</lpage>.<pub-id pub-id-type="doi">10.1002/eqe.2528</pub-id></citation></ref>
<ref id="B10"><citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Chatzis</surname> <given-names>M.</given-names></name> <name><surname>Chatzi</surname> <given-names>E.</given-names></name> <name><surname>Triantafyllou</surname> <given-names>S.</given-names></name></person-group> (<year>2017</year>). <article-title>A discontinuous extended Kalman filter for non-smooth dynamic problems</article-title>. <source>Mech. Syst. Signal Process.</source> <volume>92</volume>, <fpage>13</fpage>&#x02013;<lpage>29</lpage>.<pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.ymssp.2017.01.021</pub-id></citation></ref>
<ref id="B11"><citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Chatzis</surname> <given-names>M. N.</given-names></name> <name><surname>Chatzi</surname> <given-names>E. N.</given-names></name> <name><surname>Smyth</surname> <given-names>A. W.</given-names></name></person-group> (<year>2014</year>). <article-title>On the observability and identifiability of nonlinear structural and mechanical systems</article-title>. <source>Struct. Control Health Monit.</source> <volume>22</volume>, <fpage>574</fpage>&#x02013;<lpage>593</lpage>.</citation></ref>
<ref id="B12"><citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Chatzis</surname> <given-names>M. N.</given-names></name> <name><surname>Smyth</surname> <given-names>A. W.</given-names></name></person-group> (<year>2012a</year>). <article-title>Modeling of the 3d rocking problem</article-title>. <source>Int. J. Nonlinear Mech.</source> <volume>47</volume>, <fpage>85</fpage>&#x02013;<lpage>98</lpage>.<pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.ijnonlinmec.2012.02.004</pub-id></citation></ref>
<ref id="B13"><citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Chatzis</surname> <given-names>M. N.</given-names></name> <name><surname>Smyth</surname> <given-names>A. W.</given-names></name></person-group> (<year>2012b</year>). <article-title>Robust modeling of the rocking problem</article-title>. <source>J. Eng. Mech.</source> <volume>3</volume>, <fpage>247</fpage>&#x02013;<lpage>262</lpage>.<pub-id pub-id-type="doi">10.1061/(ASCE)EM.1943-7889.0000329</pub-id></citation></ref>
<ref id="B14"><citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Chatzis</surname> <given-names>M. N.</given-names></name> <name><surname>Smyth</surname> <given-names>A. W.</given-names></name></person-group> (<year>2013</year>). <article-title>Three-dimensional dynamics of a rigid body with wheels on a moving base</article-title>. <source>J. Eng. Mech.</source> <volume>139</volume>.<pub-id pub-id-type="doi">10.1061/(ASCE)EM.1943-7889.0000456</pub-id></citation></ref>
<ref id="B15"><citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Ding</surname> <given-names>Y.</given-names></name> <name><surname>Zhao</surname> <given-names>B. Y.</given-names></name> <name><surname>Wu</surname> <given-names>B.</given-names></name></person-group> (<year>2014</year>). <article-title>Structural system identification with extended Kalman filter and orthogonal decomposition of excitation</article-title>. <source>Math. Probl. Eng.</source> <volume>2014</volume>, <fpage>10</fpage>.<pub-id pub-id-type="doi">10.1155/2014/987694</pub-id></citation></ref>
<ref id="B16"><citation citation-type="confproc"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Diop</surname> <given-names>S.</given-names></name> <name><surname>Fliess</surname> <given-names>M.</given-names></name></person-group> (<year>1991</year>). <article-title>&#x0201C;Nonlinear observability, identifiability, and persistent trajectories,&#x0201D;</article-title> in <conf-name>Decision and Control, 1991, Proceedings of the 30th IEEE Conference on</conf-name> (<conf-loc>Brighton</conf-loc>: <conf-sponsor>IEEE</conf-sponsor>), <fpage>714</fpage>&#x02013;<lpage>719</lpage>.</citation></ref>
<ref id="B17"><citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Ebrahimian</surname> <given-names>H.</given-names></name> <name><surname>Astroza</surname> <given-names>R.</given-names></name> <name><surname>Conte</surname> <given-names>J. P.</given-names></name></person-group> (<year>2015</year>). <article-title>Extended Kalman filter for material parameter estimation in nonlinear structural finite element models using direct differentiation method</article-title>. <source>Earthquake Eng. Struct. Dyn.</source> <volume>44</volume>, <fpage>1495</fpage>&#x02013;<lpage>1522</lpage>.<pub-id pub-id-type="doi">10.1002/eqe.2532</pub-id></citation></ref>
<ref id="B18"><citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Ebrahimian</surname> <given-names>H.</given-names></name> <name><surname>Astroza</surname> <given-names>R.</given-names></name> <name><surname>Conte</surname> <given-names>J. P.</given-names></name> <name><surname>de Callafon</surname> <given-names>R. A.</given-names></name></person-group> (<year>2017</year>). <article-title>Nonlinear finite element model updating for damage identification of civil structures using batch Bayesian estimation</article-title>. <source>Mech. Syst. Signal Process.</source> <volume>84</volume>(<issue>Part B</issue>), <fpage>194</fpage>&#x02013;<lpage>222</lpage>.<pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.ymssp.2016.02.002</pub-id></citation></ref>
<ref id="B19"><citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Eftekhar Azam</surname> <given-names>S.</given-names></name> <name><surname>Ghisi</surname> <given-names>A.</given-names></name> <name><surname>Mariani</surname> <given-names>S.</given-names></name></person-group> (<year>2012</year>). <article-title>Parallelized sigma-point Kalman filtering for structural dynamics</article-title>. <source>Comput. Struct.</source> <volume>92-93</volume>, <fpage>193</fpage>&#x02013;<lpage>205</lpage>.<pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.compstruc.2011.11.004</pub-id></citation></ref>
<ref id="B20"><citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Farrar</surname> <given-names>C. R.</given-names></name> <name><surname>Worden</surname> <given-names>K.</given-names></name></person-group> (<year>2012</year>). <source>Structural Health Monitoring: A Machine Learning Perspective</source>. <publisher-loc>Chichester</publisher-loc>: <publisher-name>John Wiley &#x00026; Sons, Ltd</publisher-name>.</citation></ref>
<ref id="B21"><citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Giannakopoulos</surname> <given-names>A. E.</given-names></name></person-group> (<year>1989</year>). <article-title>The return mapping method for the integration of friction constitutive relations</article-title>. <source>Comput. Struct.</source> <volume>32</volume>, <fpage>157</fpage>&#x02013;<lpage>167</lpage>.<pub-id pub-id-type="doi">10.1016/0045-7949(89)90081-3</pub-id></citation></ref>
<ref id="B22"><citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Greenbaum</surname> <given-names>R. J.</given-names></name> <name><surname>Smyth</surname> <given-names>A. W.</given-names></name> <name><surname>Chatzis</surname> <given-names>M. N.</given-names></name></person-group> (<year>2015</year>). <article-title>Monocular computer vision method for the experimental study of three-dimensional rocking motion</article-title>. <source>J. Eng. Mech.</source> <volume>142</volume>, <fpage>04015062</fpage>.<pub-id pub-id-type="doi">10.1061/(ASCE)EM.1943-7889.0000972</pub-id></citation></ref>
<ref id="B23"><citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Hermann</surname> <given-names>R.</given-names></name> <name><surname>Krener</surname> <given-names>A.</given-names></name></person-group> (<year>1977</year>). <article-title>Nonlinear controllability and observability</article-title>. <source>IEEE Trans. Autom. Control</source> <volume>22</volume>, <fpage>728</fpage>&#x02013;<lpage>740</lpage>.<pub-id pub-id-type="doi">10.1109/TAC.1977.1101601</pub-id></citation></ref>
<ref id="B24"><citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Huang</surname> <given-names>J.</given-names></name> <name><surname>McBratney</surname> <given-names>A. B.</given-names></name> <name><surname>Minasny</surname> <given-names>B.</given-names></name> <name><surname>Triantafilis</surname> <given-names>J.</given-names></name></person-group> (<year>2017</year>). <article-title>Monitoring and modelling soil water dynamics using electromagnetic conductivity imaging and the ensemble Kalman filter</article-title>. <source>Geoderma</source> <volume>285</volume>, <fpage>76</fpage>&#x02013;<lpage>93</lpage>.<pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.geoderma.2016.09.027</pub-id></citation></ref>
<ref id="B25"><citation citation-type="confproc"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Julier</surname> <given-names>S. J.</given-names></name> <name><surname>Uhlmann</surname> <given-names>J. K.</given-names></name></person-group> (<year>1997</year>). <article-title>&#x0201C;A new extension of the Kalman filter to nonlinear systems,&#x0201D;</article-title> in <conf-name>Proceedings of AeroSense: The 11th Int. Symposium on Aerospace/Defense Sensing, Simulation and Controls</conf-name> (<conf-loc>Orlando</conf-loc>).</citation></ref>
<ref id="B26"><citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Kakouris</surname> <given-names>E.</given-names></name> <name><surname>Triantafyllou</surname> <given-names>S.</given-names></name></person-group> (<year>2017</year>). <article-title>Material point method for crack propagation in anisotropic media: a phase field approach</article-title>. <source>Arch. Appl. Mech.</source> <fpage>1</fpage>&#x02013;<lpage>30</lpage>.<pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s00419-017-1272-7</pub-id></citation></ref>
<ref id="B27"><citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Kalman</surname> <given-names>R.</given-names></name></person-group> (<year>1963</year>). <article-title>Mathematical description of linear dynamical systems</article-title>. <source>J. Soc. Ind. Appl. Math. A Control</source> <volume>1</volume>, <fpage>152</fpage>&#x02013;<lpage>192</lpage>.<pub-id pub-id-type="doi">10.1137/0301010</pub-id></citation></ref>
<ref id="B28"><citation citation-type="confproc"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Kumar</surname> <given-names>A.</given-names></name> <name><surname>Crassidis</surname> <given-names>J.</given-names></name></person-group> (<year>2007</year>). <article-title>&#x0201C;Colored-noise Kalman filter for vibration mitigation of position/attitude estimation systems,&#x0201D;</article-title> in <conf-name>Guidance, Navigation, and Control and Co-Located Conferences</conf-name> (<conf-loc>Hilton Head, South Carolina</conf-loc>: <conf-sponsor>American Institute of Aeronautics and Astronautics</conf-sponsor>).</citation></ref>
<ref id="B29"><citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Liu</surname> <given-names>P.-T.</given-names></name> <name><surname>Li</surname> <given-names>F.</given-names></name> <name><surname>Xiao</surname> <given-names>H.</given-names></name></person-group> (<year>1996</year>). <article-title>A state decoupling approach to estimate unobservable tracking systems</article-title>. <source>IEEE J. Oceanic Eng.</source> <volume>21</volume>, <fpage>256</fpage>&#x02013;<lpage>259</lpage>.<pub-id pub-id-type="doi">10.1109/48.508156</pub-id></citation></ref>
<ref id="B30"><citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Ljung</surname> <given-names>L.</given-names></name> <name><surname>Glad</surname> <given-names>T.</given-names></name></person-group> (<year>1994</year>). <article-title>On global identifiability for arbitrary model parametrizations</article-title>. <source>Automatica</source> <volume>30</volume>, <fpage>265</fpage>&#x02013;<lpage>276</lpage>.<pub-id pub-id-type="doi">10.1016/0005-1098(94)90029-9</pub-id></citation></ref>
<ref id="B31"><citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Mariani</surname> <given-names>S.</given-names></name> <name><surname>Corigliano</surname> <given-names>A.</given-names></name></person-group> (<year>2005</year>). <article-title>Impact induced composite delamination: state and parameter identification via joint and dual extended Kalman filters</article-title>. <source>Comput. Methods Appl. Mech. Eng.</source> <volume>194</volume>, <fpage>5242</fpage>&#x02013;<lpage>5272</lpage>.<pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.cma.2005.01.007</pub-id></citation></ref>
<ref id="B32"><citation citation-type="confproc"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Novoselov</surname> <given-names>R. Y.</given-names></name> <name><surname>Herman</surname> <given-names>S. M.</given-names></name> <name><surname>Gadaleta</surname> <given-names>S. M.</given-names></name> <name><surname>Poore</surname> <given-names>A. B.</given-names></name></person-group> (<year>2005</year>). <article-title>&#x0201C;Mitigating the effects of residual biases with Schmidt-Kalman filtering,&#x0201D;</article-title> in <conf-name>Information Fusion, 2005 8th International Conference on</conf-name>, Vol. <volume>1</volume> (<conf-loc>Sweden</conf-loc>: <conf-sponsor>IEEE</conf-sponsor>), <fpage>8</fpage>.</citation></ref>
<ref id="B33"><citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Olivier</surname> <given-names>A.</given-names></name> <name><surname>Smyth</surname> <given-names>A. W.</given-names></name></person-group> (<year>2017a</year>). <article-title>On the performance of online parameter estimation algorithms in systems with various identifiability properties</article-title>. <source>Front. Built Environ.</source> <volume>3</volume>:<fpage>14</fpage>.<pub-id pub-id-type="doi">10.3389/fbuil.2017.00014</pub-id></citation></ref>
<ref id="B34"><citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Olivier</surname> <given-names>A.</given-names></name> <name><surname>Smyth</surname> <given-names>A. W.</given-names></name></person-group> (<year>2017b</year>). <article-title>Particle filtering and marginalization for parameter identification in structural systems</article-title>. <source>Struct. Control Health Monit.</source> <volume>24</volume>, <fpage>e1874</fpage>.<pub-id pub-id-type="doi">10.1002/stc.1874</pub-id></citation></ref>
<ref id="B35"><citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Omrani</surname> <given-names>R.</given-names></name> <name><surname>Hudson</surname> <given-names>R. E.</given-names></name> <name><surname>Taciroglu</surname> <given-names>E.</given-names></name></person-group> (<year>2013</year>). <article-title>Parametric identification of nondegrading hysteresis in a laterally and torsionally coupled building using an unscented Kalman filter</article-title>. <source>J. Eng. Mech.</source> <volume>139</volume>.<pub-id pub-id-type="doi">10.1061/(ASCE)EM.1943-7889.0000498</pub-id></citation></ref>
<ref id="B36"><citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Papadimitriou</surname> <given-names>C.</given-names></name> <name><surname>Papadioti</surname> <given-names>D.-C.</given-names></name></person-group> (<year>2013</year>). <article-title>Component mode synthesis techniques for finite element model updating</article-title>. <source>Comput. Struct.</source> <volume>126</volume>, <fpage>15</fpage>&#x02013;<lpage>28</lpage>.<pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.compstruc.2012.10.018</pub-id></citation></ref>
<ref id="B37"><citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Persis</surname> <given-names>C. D.</given-names></name> <name><surname>Isidori</surname> <given-names>A.</given-names></name></person-group> (<year>2000</year>). <article-title>On the observability codistributions of a nonlinear system</article-title>. <source>Syst. Control Lett.</source> <volume>40</volume>, <fpage>297</fpage>&#x02013;<lpage>304</lpage>.<pub-id pub-id-type="doi">10.1016/S0167-6911(00)00014-1</pub-id></citation></ref>
<ref id="B38"><citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Schmidt</surname> <given-names>S. F.</given-names></name></person-group> (<year>1966</year>). <article-title>Applications of state space methods to navigation problems</article-title>. <source>Adv. Control Syst.</source> <volume>3</volume>, <fpage>293</fpage>&#x02013;<lpage>340</lpage>.<pub-id pub-id-type="doi">10.1016/B978-1-4831-6716-9.50011-4</pub-id></citation></ref>
<ref id="B39"><citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Smyth</surname> <given-names>A. W.</given-names></name> <name><surname>Masri</surname> <given-names>S. F.</given-names></name> <name><surname>Chassiakos</surname> <given-names>A. G.</given-names></name> <name><surname>Caughey</surname> <given-names>T. K.</given-names></name></person-group> (<year>1999</year>). <article-title>On-line parametric identification of MDOF nonlinear hysteretic systems</article-title>. <source>J. Eng. Mech.</source> <volume>125</volume>, <fpage>133</fpage>&#x02013;<lpage>142</lpage>.<pub-id pub-id-type="doi">10.1061/(ASCE)0733-9399(1999)125:2(133)</pub-id></citation></ref>
<ref id="B40"><citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Villaverde</surname> <given-names>A. F.</given-names></name> <name><surname>Banga</surname> <given-names>J. R.</given-names></name></person-group> (<year>2017</year>). <article-title>Structural properties of dynamic systems biology models: identifiability, reachability, and initial conditions</article-title>. <source>Processes</source> <volume>5</volume>, <fpage>29</fpage>.<pub-id pub-id-type="doi">10.3390/pr5020029</pub-id></citation></ref>
<ref id="B41"><citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Villaverde</surname> <given-names>A. F.</given-names></name> <name><surname>Barreiro</surname> <given-names>A.</given-names></name> <name><surname>Papachristodoulou</surname> <given-names>A.</given-names></name></person-group> (<year>2016</year>). <article-title>Structural identifiability of dynamic systems biology models</article-title>. <source>PLoS Comput. Biol.</source> <volume>12</volume>:<fpage>e1005153</fpage>.<pub-id pub-id-type="doi">10.1371/journal.pcbi.1005153</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">27792726</pub-id></citation></ref>
<ref id="B42"><citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Walter</surname> <given-names>E.</given-names></name></person-group> (<year>1982</year>). <source>Identifiability of State Space Models</source>. <publisher-loc>Berlin, Heidelberg</publisher-loc>: <publisher-name>Springer</publisher-name>.</citation></ref>
<ref id="B43"><citation citation-type="confproc"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Wan</surname> <given-names>E.</given-names></name> <name><surname>Van Der Merwe</surname> <given-names>R.</given-names></name></person-group> (<year>2000</year>). <article-title>&#x0201C;The unscented Kalman filter for nonlinear estimation,&#x0201D;</article-title> in <conf-name>Adaptive Systems for Signal Processing, Communications, and Control Symposium, AS-SPCC</conf-name> (<conf-loc>Lake Louise, Alberta, Canada</conf-loc>: <conf-sponsor>IEEE</conf-sponsor>), <fpage>153</fpage>&#x02013;<lpage>158</lpage>.</citation></ref>
<ref id="B44"><citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Worden</surname> <given-names>K.</given-names></name> <name><surname>Farrar</surname> <given-names>C. R.</given-names></name> <name><surname>Haywood</surname> <given-names>J.</given-names></name> <name><surname>Todd</surname> <given-names>M.</given-names></name></person-group> (<year>2008</year>). <article-title>A review of nonlinear dynamics applications to structural health monitoring</article-title>. <source>Struct. Control Health Monit.</source> <volume>15</volume>, <fpage>540</fpage>&#x02013;<lpage>567</lpage>.<pub-id pub-id-type="doi">10.1002/stc.215</pub-id></citation></ref>
<ref id="B45"><citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Wriggers</surname> <given-names>P.</given-names></name></person-group> (<year>1991</year>). <source>Computational Contact Mechanics</source>. <publisher-loc>Berlin, Heidelberg</publisher-loc>: <publisher-name>Springer</publisher-name>.</citation></ref>
<ref id="B46"><citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Zhang</surname> <given-names>F.-L.</given-names></name> <name><surname>Au</surname> <given-names>S.-K.</given-names></name></person-group> (<year>2016</year>). <article-title>Fundamental two-stage formulation for Bayesian system identification, part II: application to ambient vibration data</article-title>. <source>Mech. Syst. Signal Process.</source> <volume>66</volume>, <fpage>43</fpage>&#x02013;<lpage>61</lpage>.<pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.ymssp.2016.03.024</pub-id></citation></ref>
<ref id="B47"><citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Zienkiewicz</surname> <given-names>O. C.</given-names></name> <name><surname>Taylor</surname> <given-names>R. L.</given-names></name></person-group> (<year>2005</year>). <source>The Finite Element Method for Solid and Structural Mechanics</source>, <edition>6th Edn</edition>. <publisher-loc>Waltham, MA</publisher-loc>: <publisher-name>Elsevier</publisher-name>.</citation></ref>
</ref-list>
</back>
</article>