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

  • 批准号:
    1912772
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 25.53万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2019
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2019-09-01 至 2022-12-31
  • 项目状态:
    已结题

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.
低温大气等离子体是由弱电离气体组成,在相对较低的温度下含有离子、电子、中性和激发态以及光子的混合物。冷大气等离子体作为低压等离子体技术的一种有效且廉价的替代方案正在兴起,并越来越多地用于材料加工和制造应用。在这些应用中,人们对使用微等离子体射流阵列来扩大等离子体处理的表面面积越来越感兴趣。该项目的重点是解决涉及控制这种微等离子体射流的挑战。这项研究将导致等离子体射流阵列的新模型和先进的基于模型的控制器的发展,为等离子体医学和生物医学工程等其他领域开辟新的前景。这项工作的成果将推动具有相互作用子系统的非线性分布参数系统的数据驱动建模和分布式控制的研究。在这项工作中计划的教育和推广活动是这一多学科研究的自然延伸。加州大学伯克利分校和佐治亚大学之间的这项合作研究的总体目标是为最先进的材料加工应用开发一个系统理论框架,用于可处理的建模和等离子体射流阵列的最佳控制,这些应用关键取决于大表面积的均匀处理。这一目标将通过融合非线性系统理论的分布式参数系统数据驱动建模和分布式模型预测控制来实现。该项目的主要目标是:(1)为非线性分布参数系统的非参数、输入-输出建模开发一个新的框架;(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的系统的预测控制;(3)通过实时控制实验,验证了由多个射流组成的微等离子体射流阵列的建模和分布式控制方法的有效性和可重复性。该奖项反映了美国国家科学基金会的法定使命,并通过使用基金会的知识价值和更广泛的影响审查标准进行评估,被认为值得支持。

项目成果

期刊论文数量(4)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Deep Learning-based Approximate Nonlinear Model Predictive Control with Offset-free Tracking for Embedded Applications
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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
Machine Learning for Real-Time Diagnostics of Cold Atmospheric Plasma Sources
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  • 通讯作者:
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  • 通讯作者:
    Reza Ehsani
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  • 通讯作者:
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  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Ali Mesbah
  • 通讯作者:
    Ali Mesbah
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