双激素人工胰脏的经济模型预测控制

发布时间：2021-05-07 11:11

　　糖尿病严重威胁患者身体健康的同时还给患者造成巨大的经济负担。血糖控制是1型糖尿病患者每天必须面对的挑战。人工胰脏,尤其是同时引入胰岛素及胰高血糖素的双激素人工胰脏,被认为是最有希望实现血糖自动控制的方法。目前已提出的血糖闭环控制算法仅考虑算法控制效果,忽略了降低控制过程经济成本及提高算法计算效率的重要性。本文算法设计中,创新性的结合了经济模型预测控制、粒子群优化及事件触发控制,实现了控制性能、经济成本及计算效率的兼顾。首先,设计基于粒子群优化的经济模型预测控制（PSO-EMPC）算法,结合基于EMPC经济代价函数设计思想设计的切换规则,实现血糖的双激素控制。与切换IMC-PID及切换MPC进行仿真对比,切换PSO-EMPC取得了控制性能及经济性能的双重提高。与切换IMC-PID相比,激素消耗总价减少了59.69%;与切换MPC相比,激素消耗总价减少了46.28%。其次,融合PSO-EMPC与事件触发控制,形成事件触发型经济模型预测控制（ET-EMPC）,设计触发条件控制算法计算效率。仿真结果表明,改进后算法兼顾控制性能及经济性能的同时大幅度提高了计算效率,较改进前提升51.14%。此外... 

【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：81 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 课题研究背景与意义
        1.1.1 糖尿病
        1.1.2 人工胰脏
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 血糖闭环控制算法
        1.2.2 存在的问题
    1.3 本文创新点和主要内容
第二章 两种对比控制算法
    2.1 切换IMC-PID
    2.2 切换MPC
    2.3 本章小结
第三章 基于切换PSO-EMPC的血糖调节
    3.1 经济模型预测控制简介
    3.2 切换PSO-EMPC控制器设计
        3.2.1 预测模型辨识
        3.2.2 经济代价函数设计
        3.2.3 滚动优化实现
        3.2.4 切换规则设计
    3.3 仿真验证
        3.3.1 仿真实验设计
        3.3.2 性能评价指标
        3.3.3 标准病人仿真结果分析
        3.3.4 鲁棒性测试
    3.4 本章小结
第四章 基于切换ET-EMPC的血糖调节
    4.1 事件触发控制简介
    4.2 切换ET-EMPC控制器设计
        4.2.1 事件触发条件设计
        4.2.2 算法实施策略
    4.3 仿真验证
        4.3.1 标准病人仿真结果分析
        4.3.2 鲁棒性测试
    4.4 本章小结
第五章 总结与展望
    5.1 本文总结
    5.2 未来展望
参考文献
致谢
研究成果及发表的学术论文
作者及导师简介
决议书


【参考文献】：
期刊论文
[1]基于事件驱动的信息物理融合系统建模[J]. 尹忠海,张凯成,杜华桦,周拥军,梁晓龙,孙强.  微电子学与计算机. 2015(12)
[2]自适应事件触发控制的多智能体系统一致性[J]. 刘丹,胡爱花,邵浩宇.  计算机工程与应用. 2017(01)
[3]离散时间线性切换系统的事件触发控制[J]. 王鑫,马丹.  系统科学与数学. 2015(04)
[4]人工胰脏:现状、挑战与展望[J]. 王友清.  中国生物医学工程学报. 2013(03)
[5]模型预测控制——现状与挑战[J]. 席裕庚,李德伟,林姝.  自动化学报. 2013(03)
[6]基于微粒群优化算法的间歇过程迭代学习[J]. 贾立,程大帅,施继平,邱铭森.  控制工程. 2011(03)
[7]糖尿病危害面面观[J]. 王建华.  糖尿病新世界. 2011(02)
[8]感染所致的糖尿病[J]. 罗国春.  中国实用内科杂志. 1999(12)

博士论文
[1]非线性模型预测控制的若干问题研究[D]. 苏成利.浙江大学 2006

硕士论文
[1]基于事件触发的鲁棒模型预测控制研究[D]. 陆玲.华东理工大学 2015



本文编号：3173291