Closed-loop supersonic flow control with a high-speed experimental deep reinforcement learning framework

超音速 阻塞流 计算机科学 流量(数学) 循环(图论) 强化学习 流量控制(数据) 控制理论(社会学) 机械 控制(管理) 物理 人工智能 数学 电信 组合数学
作者
Haohua Zong,Yun Wu,Jinping Li,Zhi Su,Hua Liang
出处
期刊:Journal of Fluid Mechanics [Cambridge University Press]
卷期号:1009 被引量:29
标识
DOI:10.1017/jfm.2025.160
摘要

Although active flow control based on deep reinforcement learning (DRL) has been demonstrated extensively in numerical environments, practical implementation of real-time DRL control in experiments remains challenging, largely because of the critical time requirement imposed on data acquisition and neural-network computation. In this study, a high-speed field-programmable gate array (FPGA) -based experimental DRL (FeDRL) control framework is developed, capable of achieving a control frequency of 1–10 kHz, two orders higher than that of the existing CPU-based framework (10 Hz). The feasibility of the FeDRL framework is tested in a rather challenging case of supersonic backward-facing step flow at Mach 2, with an array of plasma synthetic jets and a hot-wire acting as the actuator and sensor, respectively. The closed-loop control law is represented by a radial basis function network and optimised by a classical value-based algorithm (i.e. deep Q-network). Results show that, with only ten seconds of training, the agent is able to find a satisfying control law that increases the mixing in the shear layer by 21.2 %. Such a high training efficiency has never been reported in previous experiments (typical time cost: hours).
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