[发明专利]终端封闭微通道中粒子移动的驱动装置及串级控制方法

权利要求书

1.用于终端封闭微通道中粒子移动的串级控制方法，其特征在于：建立用于终端封闭微通道中粒子移动的控制装置，该装置包括两个微泵，混合器，主微通道和终端封闭的支路微通道，每个微泵与混合器的一个入口连通，主微通道与混合器的出口连通，支路微通道一端封闭、另一端与主通道连通，支路微通道的长度远大于其口径，每个微泵驱动的流体内均含有荧光粒子，高速相机采集主微通道和支路微通道内粒子的移动和分布图像，该串级控制方法使用粒子移动时空演化模型的最优控制策略控制终端封闭的支路微通道的粒子浓度分布，再使用浓度调节模型的滚动跟踪控制策略和基于深度学习的滚动跟踪控制策略控制主通道的溶液浓度分布；

该控制方法包括以下步骤：

步骤1：获取终端封闭的微通道中的粒子浓度分布信息，将支路微通道中的初始粒子浓度设为n⁰，将指定量的NaCl溶液充满控制装置时的充满NaCl溶液浓度设为S⁰，设定在规定时间内支路微通道中的粒子浓度目标分布为n^tar(x，T)，x∈[0，L]，其中n表示粒子浓度，x表示支路微通道中的粒子的位置，以主通道和支路为通道的交叉点为起点或零点，T为时间常量，L表示支路微通道的长度；

步骤2：在工作站的MATLAB软件中，建立粒子移动时空演化模型，粒子移动时空演化模型包括溶液浓度扩散模型，粒子移动速度和粒子移动模型；给出在规定的时间T内，大量粒子移动到某一指定分布的性能指标；工作站指的是控制器；

步骤3：分别将粒子移动时空演化模型和性能指标做空间离散、时间保持连续的半离散化，将边界的溶液浓度调节量u(t)在时间上分段逼近得到边界控制变量的离散化模型；

步骤4：对粒子移动时空演化的半离散化模型和性能指标的半离散化模型，边界的溶液浓度调节量u(t)的离散化模型应用时间尺度变换方法；

步骤5：将连续的粒子移动时空演化模型和性能指标输入MATLAB软件中的连续模型模块，将时间尺度变换方法后的半离散化的粒子移动时空演化模型和时间尺度变换方法后的性能指标以及时间尺度变换方法后的离散化的边界的溶液浓度调节量u(t)输入MATLAB软件中的离散模型模块；

生成溶液浓度扩散模型的时间尺度变换方法后的半离散化模型的灵敏度方程，生成粒子移动模型的时间尺度变换方法后的半离散化模型的灵敏度方程，同时生成目标函数的时间尺度变换方法后的灵敏度方程，并将这些灵敏度方程写入MATLAB软件中灵敏度模块；

步骤6：并行计算时间尺度变换方法后的半离散模型和时间尺度变换方法后的的性能指标的灵敏度模块，用MATLAB软件中的水平集方法给出边界控制策略，即得到u_opti(t)，并将边界控制测量传输到FPGA中，FPGA控制微泵流量。

2.如权利要求1所述的用于终端封闭微通道中粒子移动的串级控制方法支路微通道的粒子浓度分布的控制方法，其特征在于：步骤2)中，溶液浓度扩散模型为其中，t为时间变量，s为支路微通道中的NaCl溶液浓度，初始条件为指定量的NaCl溶液充满控制装置时的充满NaCl溶液浓度S⁰，在x＝0处的边界条件为边界的溶液浓度调节量u(t)，在x＝L处的边界条件为

粒子速度为：其中In为自然对数符号，Γ^c为粒子移动系数，通过相机测量辨识得到；

粒子移动模型为：其中，D_k为粒子移动的扩散系数，D_f为粒子移动的反应系数，初始条件为支路微通道中的初始粒子浓度n⁰，x＝0边界条件是NaCl溶液和去离子水中携带的粒子浓度，在x＝L处的边界条件为

根据粒子浓度目标分布n^tar(x，T)，给出性能指标：