Collaborative Research: Distributed Predictive Control of Cold Atmospheric Microplasma Jet Arrays for Materials Processing

合作研究:用于材料加工的冷大气微等离子体射流阵列的分布式预测控制

基本信息

项目摘要

Cold atmospheric plasmas are composed of weakly ionized gases containing a mixture of ions, electrons, neutral and excited species, and photons at relatively low temperatures. Cold atmospheric plasmas are emerging as an effective and cheaper alternative to the low-pressure plasma technology and are increasingly used in materials processing and manufacturing applications. In these applications there has been a growing interest in using arrays of microplasma jets to scale up the surface area treated by plasma. This project is focused on addressing challenges involved in the control of such microplasma jets. This research will lead to the development of new models and advanced model-based controllers for plasma jet arrays opening new vistas in other areas such as plasma medicine and biomedical engineering. The outcomes of this work will advance research in data-driven modeling and distributed control of nonlinear distributed-parameter systems with interacting subsystems. The educational and outreach activities planned in this effort are natural extensions of this multidisciplinary research.The overarching goal of this collaborative research between University of California at Berkeley and University of Georgia is to develop a systems theoretic framework for tractable modeling and optimal control of plasma jet arrays for state-of-the-art materials processing applications that critically hinge on uniform treatment of large surface areas. This goal will be realized through fusion of nonlinear systems theory for data-driven modeling of distributed-parameter systems and distributed model predictive control. The key objectives of the project are to: (1) develop a novel framework for non-parametric, input-output modeling of nonlinear distributed-parameter systems; (2) develop a distributed control approach that can systematically coordinate predictive control of spatially distributed but interacting systems; and (3) test the modeling and distributed control methods for effective and reproducible operation of a micro-plasma jet array consisting of several jets through real-time control experiments.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
冷大气等离子体由含有离子,电子,中性和激发物种的混合物以及相对较低的温度下的光子组成。冷大气等离子体正在成为低压等离子体技术的有效且便宜的替代品,并且越来越多地用于材料加工和制造应用中。在这些应用中,人们对使用微质量喷气机阵列来扩展血浆处理的表面积越来越感兴趣。该项目的重点是解决控制这种微质量喷气机的挑战。这项研究将导致在等离子体医学和生物医学工程等其他领域开设新远景的新模型和基于高级模型的控制器。这项工作的结果将推进对数据驱动的建模和与相互作用子系统的非线性分布参数系统的分布式控制的研究。在这项工作中计划的教育和外展活动是这项多学科研究的自然扩展。加州大学伯克利分校与佐治亚大学之间的这项合作研究的总体目标是为易于处理的批评性处理型迹象上的易于处理的系统,以开发一个可易边建模的系统理论框架,并为等离子喷气阵列提供最佳的水平阵列。该目标将通过融合非线性系统理论来实现,用于分布式参数系统和分布式模型预测控制的数据驱动建模。该项目的关键目标是:(1)为非线性分布式参数系统的非参数,输入输出建模开发新的框架; (2)开发一种分布式控制方法,可以系统地协调空间分布但相互作用系统的预测性控制; (3)测试建模和分布式控制方法,以通过实时控制实验通过多种喷气机组成的微铂喷气阵列的有效和可重复的操作。该奖项反映了NSF的法定任务,并被认为是值得通过基金会的知识分子优点和更广泛影响的审查标准来通过评估来通过评估来支持的。

项目成果

期刊论文数量(6)
专著数量(0)
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专利数量(0)
Model-free Control Design Using Policy Gradient Reinforcement Learning in LPV Framework
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  • DOI:
    10.23919/ecc54610.2021.9655004
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Bao, Yajie;Velni, Javad Mohammadpour
  • 通讯作者:
    Velni, Javad Mohammadpour
Data-Driven Linear Parameter-Varying Model Identification Using Transfer Learning
  • DOI:
    10.1109/lcsys.2020.3041407
  • 发表时间:
    2021-11
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3
  • 作者:
    Yajie Bao;Javad Mohammadpour Velni
  • 通讯作者:
    Yajie Bao;Javad Mohammadpour Velni
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  • DOI:
    10.1016/j.conengprac.2021.104725
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
  • 影响因子:
    4.9
  • 作者:
    Gidon, Dogan;Abbas, Hossam S.;Bonzanini, Angelo D.;Graves, David B.;Mohammadpour Velni, Javad;Mesbah, Ali
  • 通讯作者:
    Mesbah, Ali
An Online Transfer Learning Approach for Identification and Predictive Control Design with Application to RCCI Engines
应用于 RCCI 发动机的识别和预测控制设计在线迁移学习方法
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Development of an Autonomous Ground Robot for Field High Throughput Phenotyping
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    Javad Mohammadpour Velni
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