本文關(guān)鍵詞：“人工胰臟”的切換閉環(huán)控制，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：對于1型糖尿病人而言，每天維持血糖穩(wěn)定是一件特別繁瑣的工程，眾所周知，人體內(nèi)的胰島素和胰高血糖素跟血糖變化密切相關(guān)，因此要維持血糖穩(wěn)定，這兩種激素必不可少。按照是否引入外源性胰高血糖素，人工胰臟分為兩種：單激素人工胰臟（只注射胰島素）和雙激素人工胰臟（同時(shí)注射胰島素和胰高血糖素）。雖然目前很多學(xué)者認(rèn)為雙激素療法是最有希望解決臨床問題的辦法，但是畢竟研究的歷史不長，，導(dǎo)致可用的研究成果很少，而且更重要的是沒有人去專門研究胰島素和胰高血糖素之間的切換邏輯關(guān)系，這樣的話就無法使兩種激素發(fā)揮最大功效。我們研究的主要目的就是利用切換控制理論，設(shè)計(jì)一種恰當(dāng)?shù)那袚Q律來協(xié)調(diào)兩個(gè)子系統(tǒng)之間的關(guān)系，使其效率最大化。 在這里，總共提出了兩種切換控制器，基于內(nèi)模PID(IMC-PID)的切換控制器和最優(yōu)切換控制器。其中基于IMC-PID的切換控制器對應(yīng)兩種切換律：P型切換律和PD型切換律。胰島素和胰高血糖素的輸注速度是通過兩個(gè)IMC-PID控制器分別設(shè)計(jì)，引入了動態(tài)模型，從而可以更加精確的設(shè)計(jì)輸注速率。第二種切換控制器是最優(yōu)切換控制器。兩個(gè)子系統(tǒng)分別用模型預(yù)測控制器(MPC)分別控制，通過控制器，每個(gè)子系統(tǒng)都可以得到系統(tǒng)的局部最優(yōu)輸入，根據(jù)博弈論的思想，提出了一個(gè)包含輸入和輸出的目標(biāo)函數(shù)，這就是我們的最優(yōu)切換律，通過這個(gè)目標(biāo)函數(shù)，可以從三個(gè)局部最優(yōu)輸入中選擇一個(gè)全局最優(yōu)輸入。提出的這些控制療法都在虛擬平臺中與最優(yōu)的單激素療法進(jìn)行了比較。 仿真成果顯示，與傳統(tǒng)的單激素療法相比，本文設(shè)計(jì)的兩種切換控制療法都有著顯著的優(yōu)勢，不僅能夠減少低血糖，而且使血糖曲線更加平滑，令大部分血糖值都能夠維持在安全范圍以內(nèi)，并且對飲食大小、胰島素敏感度和胰高血糖素敏感度三種變化擾動有很好的魯棒性。從而有理由相信切換療法是一種切實(shí)可行的避免低血糖的方法，基于切換療法的人工胰臟也將成為血糖控制中一個(gè)很有前途的方向。
【關(guān)鍵詞】：切換律 內(nèi)模PID MPC 博弈論 最優(yōu)切換控制 血糖控制 人工胰臟
【學(xué)位授予單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：TP273;R318.14
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-13
• 第一章 緒論13-19
• 1.1 引言13-15
• 1.2 國內(nèi)外的研究和發(fā)展現(xiàn)狀15-17
• 1.3 本文研究的目的和主要內(nèi)容17-19
• 1.3.1 本文研究的目的17-18
• 1.3.2 本文研究的主要內(nèi)容18-19
• 第二章 虛擬病人平臺簡介19-24
• 2.1 引言19
• 2.2 葡萄糖子系統(tǒng)模型19-21
• 2.3 胰島素子系統(tǒng)模型21-22
• 2.4 飲食子系統(tǒng)模型22
• 2.5 胰高血糖素子系統(tǒng)模型22-23
• 2.6 本章小結(jié)23-24
• 第三章 基于 IMC-PID 的切換控制24-41
• 3.1 IMC-PID 簡介24-27
• 3.2 切換律（P-型切換律和 PD-型切換律）27-28
• 3.3 仿真結(jié)果28-32
• 3.3.1 控制目標(biāo)及程序流程圖28
• 3.3.2 “預(yù)測+中斷”療法28-30
• 3.3.3 對比實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析30-32
• 3.4 魯棒性分析32-38
• 3.5 加約束的切換控制器研究38-40
• 3.6 本章小結(jié)40-41
• 第四章 基于 MPC 和博弈論的切換控制41-62
• 4.1 MPC 簡介41-44
• 4.2 博弈論44-47
• 4.2.1 博弈論簡介44-46
• 4.2.2 Stackelberg 博弈46-47
• 4.3 最優(yōu)切換律47-52
• 4.3.1 最優(yōu)切換的結(jié)構(gòu)框圖47-49
• 4.3.2 基于 Stackelberg 博弈的最優(yōu)切換律49-50
• 4.3.3 最優(yōu)切換律中的預(yù)測步長選取50-52
• 4.4 仿真結(jié)果52-56
• 4.4.1 控制目標(biāo)和程序流程圖52-54
• 4.4.2 對比實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析54-56
• 4.5 魯棒性分析56-61
• 4.6 本章小結(jié)61-62
• 第五章 結(jié)論與展望62-65
• 5.1 結(jié)論62-63
• 5.2 展望63-65
• 參考文獻(xiàn)65-68
• 致謝68-69
• 研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文69-70
• 作者及導(dǎo)師簡介70-71
• 碩士研究生學(xué)位論文答辯委員會決議書71-72

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前4條

1 臧慶,王琪民;胰島素泵的研究及對人工胰腺發(fā)展的展望[J];國外醫(yī)學(xué).生物醫(yī)學(xué)工程分冊;2005年02期

2 徐智;張鴻海;甘志銀;馬斌;劉國君;楊志剛;蔡新霞;劉勝;;一種新型智能閉環(huán)胰島素泵[J];計(jì)算機(jī)與數(shù)字工程;2007年08期

3 程代展;郭宇騫;;切換系統(tǒng)進(jìn)展[J];控制理論與應(yīng)用;2005年06期

4 王家輝;博弈論中的“囚徒困境”模型[J];統(tǒng)計(jì)與決策;2005年15期

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 何增鎮(zhèn);基于Multi-Agent與博弈論的城市交通控制誘導(dǎo)系統(tǒng)及其關(guān)鍵技術(shù)研究[D];中南大學(xué);2010年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 李艷君;基于博弈論的交通控制與誘導(dǎo)一體化模型的研究[D];天津大學(xué);2003年

  本文關(guān)鍵詞：“人工胰臟”的切換閉環(huán)控制，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：369669