基于模型的鲁棒控制设计在恒力单分子研究中的应用
最优化与控制
2017-09-26 v2 生物物理
摘要
光镊通过研究马达蛋白，为理解细胞内运输提供了重要见解，其能够在微尺度上操控粒子，提供飞牛顿级别的力分辨率。利用光镊实现恒力钳，为了解马达蛋白在不同负载条件下的行为提供了关键信息。然而，扰动的变化性质和热噪声的影响对力调节构成了关键挑战。此外，许多研究的主要目标通常是确定马达的运动及其相关统计信息，这可能与力调节目标相冲突。在本文中，我们提出了一种使用基于模型设计的混合目标 H2-Hinfinity 优化框架，该框架实现了力调节和实时运动估计的双重目标，并具有可量化的保证。在此框架中，我们在将步长估计噪声的 H2 范数保持在用户指定范围内的同时，最小化了力调节和步长估计误差的 Hinfinity 范数。我们通过广泛的模拟和使用光镊装置对马达蛋白驱动蛋白活体样本进行的实验实施，证明了该框架的有效性；在实验中，我们获得了低于 1 皮牛顿的力调节，误差低于 10%，同时提供了马达运动的实时估计。
引用
@article{arxiv.1703.06394,
title = {Single Molecule Studies Under Constant Force Using Model Based Robust Control Design},
author = {Shreyas Bhaban and Saurav Talukdar and Mingang Li and Thomas Hays and Peter Seiler and Murti V. Salapaka},
journal= {arXiv preprint arXiv:1703.06394},
year = {2017}
}