طراحي الگوريتم كنترلي بهينه براي شبكه كانال ميكروفلويديك توليد قطره با تاخير در فيدبك خروجي

Optimal Control Algorithm Design for the Microfluidic Channel Network Droplet Generation with Output Feedback Delay

در اين مقاله، توليد ميكروقطره در حجم مناسب الگوريتم كنترلي حلقه- بسته پيشنهاد شده است. در الگوريتم پيشنهادي از افزونگي موجود در ساختار شبكه كانال ميكروفلويديك توليد قطره به منظور تنظيم و تعيين بهينه دبي حجمي سيال هر كدام از كانال هاي ورودي استفاده شده است، به طوري كه براساس يك مساله بهينه سازي با هدف كمينه سازي دبي حجمي ورودي هر كانال قطره تشكيل شده در كانال خروجي در اندازه مطلوب توليد شود. از آنجا كه دسترسي به تمامي متغير هاي حالت سيستم توليد ميكروقطره امكان پذير نيست، در بخشي از ساختار الگوريتم پيشنهادي به طراحي رويت گر ليونبرگر (رويت گر مرتبه كاهش يافته) پرداخته شده است. سپس كنترل كننده اي بهينه LQR براي همگرايي اندازه حجم قطره توليدي به مقدار مطلوب مورد بحث قرار گرفته است. در طراحي هاي صورت گرفته براي بخش هاي رويت گر و كنترل كننده، مساله تاخير در اندازه گيري فيدبك خروجي لحاظ شده است و تحليل پايداري براي هر كدام از بخش هاي نام برده با توجه به تاخير ثابت در فيدبك خروجي انجام گرفته است. فيدبك خروجي در طراحي هاي صورت گرفته متغير قابل اندازه گيري دبي حجمي ورودي هر كانال است. در نهايت، الگوريتم كنترلي توليد قطره با اندازه هاي مطلوب براي يك ميكروفلويديك با ساختار Tشكل پياده سازي رايانه اي شده است.

In this paper, the optimal control algorithm design is proposed for droplet generation. In the proposed algorithm, the redundancy in the microfluidic channel network for droplet generation is used to the optimization setting in order to determine volume flow rate of fluid for each input channel; an optimization problem is proposed for minimizing the volume flow rate of fluid such that the droplet formed in the outlet channel is produced at the desired size. Also, due to the importance of estimating the system state, the design of the Luenberger observer (reduced order observer) has been developed. Then, the proposed scheme is robust against output feedback delay with respect to the optimal LQR control structure for tracking the desired value. While designing for the observer and controller sections, the delays in the measurement of the output feedback are considered, and the sustainability analysis for each of the sections has been performed due to the fixed delay in the output feedback. Output feedback is a measurable variable of the input volume flow of each channel. Finally, the optimal control algorithm of droplet generation for a microfluidic structure with a T shape has been stimulated.