سيداميرحسين جباري باغملائي

Model Predictive Control of Ferrofluid dro‎plet Shape Using Koopman Operator Theory

ميكروربات‌هاي نرم، به‌ويژه قطره‌هاي فروفلوييد، ظرفيت قابل توجهي براي كاربردهاي پزشكي به خصوص دارو رساني هدفمند دارند؛ اما ديناميك پيچيده و غيرخطي آن‌ها، كنترل دقيق و بلادرنگ شكل آن را به چالشي بزرگ تبديل كرده است. اين پايان‌نامه با هدف رفع اين چالش، يك استراتژي كنترلي مبتني بر مدل براي مدل‌سازي و كنترل دقيق ديناميك سطح مشترك قطره ارائه مي‌دهد.در اين پژوهش، با بهره‌گيري از يك شبيه‌سازي فروهيدروديناميك با دقت بالا كه با داده‌هاي تجربي اعتبارسنجي شده (با ميانگين خطاي مطلق كمتر از 2٪) و با به‌كارگيري نظريه عملگر كوپمن و روش تجزيه مُد ديناميكي توسعه‌يافته (EDMD)، مدل‌هاي ديناميكي خطي و دوخطي براي توصيف ديناميك نسبت قطرهاي قطره فروفلوييد استخراج گرديد. يافته‌ها نشان مي‌دهد كه مدل دوخطي از دقت پيش‌بيني بسيار بالاتري برخوردار است و رفتارهاي كليدي، مانند بازگشت غيرفعال به شكل كروي را كه مدل خطي در پيش‌بيني آن ناتوان است، با موفقيت ثبت مي‌كند.در ادامه، كنترل‌كننده‌هاي مدل پيش‌بين (MPC) خطي و دوخطي طراحي و عملكرد آن‌ها مقايسه شد. چارچوب كنترل مدل پيش‌بين، امكان لحاظ كردن صريح قيود فيزيكي را فراهم مي‌آورد كه مزيتي كليدي براي تضمين ايمني عملياتي است. نتايج نشان ميدهند كه كنترل‌كننده مدل پيش‌بين دوخطي عملكرد حلقه-بسته بهتري داشته، نسبت‌ قطرهاي مطلوب را با دقت بيشتري رديابي مي‌كند و قيود سيستم را به طور قابل اطميناني رعايت مي‌نمايد.تا آنجا كه اطلاع داريم، اين پژوهش براي اولين بار از نظريه عملگر كوپمن براي كنترل دقيق شكل قطره‌هاي فروفلوييد بهره مي‌برد و چارچوبي ارائه مي‌دهد كه ايمني و قابليت اطمينان ميكروربات‌هاي نرم را براي انجام وظايف پيچيده زيست‌پزشكي افزايش مي‌دهد.

ميكروربات , فروفلوييد , شناسايي سيستم , كنترل مدل پيش‌بين , نظريه عملگر كوپمن