توضیحات
یک کنترل تطبیقی پسگام برای تنظیم قند خون در دیابت نوع 1
عنوان اصلی مقاله:
An adaptive back-stepping control for blood glucose regulation in type 1 diabetes
شبیه سازی در محیط ام فایل و سیمولینک متلب انجام شده است. (با متلب 2020)
دارای گزارش ورد 11 صفحه ای می باشد.
دارای توضیحات ویدیویی 7دقیقه در مورد شبیه سازی می باشد.
توضیحاتی در مورد مقاله:
این مقاله به بررسی یک روش کنترل تطبیقی برای تنظیم سطح قند خون در بیماران مبتلا به دیابت نوع 1 می‌پردازد. این روش مبتنی بر الگوریتم کنترل بازگشتی تطبیقی است که می‌تواند به بهبود کنترل قند خون و کاهش نوسانات آن کمک کند.
محتوای اصلی مقاله:
-
معرفی الگوریتم کنترل بازگشتی تطبیقی: توضیح اینکه چگونه این الگوریتم می‌تواند به صورت خودکار و با توجه به تغییرات دینامیکی بدن بیمار، تنظیمات مورد نیاز را انجام دهد.
-
مدل‌سازی سیستم: شامل ایجاد مدل‌های ریاضیاتی از دینامیک بدن بیمار و نحوه تأثیر انسولین و گلوکز بر یکدیگر.
-
شبیه‌سازی و آزمایش‌ها: استفاده از شبیه‌سازی‌های کامپیوتری و آزمایش‌های عملی برای اثبات کارایی و دقت الگوریتم در تنظیم قند خون.
-
نتایج و بحث: ارائه نتایج نشان دهنده بهبود عملکرد کنترل قند خون و کاهش نوسانات نسبت به روش‌های سنتی.
این الگوریتم با توجه به ویژگی‌های فردی هر بیمار می‌تواند تنظیمات خود را بهبود بخشد و به بهبود کیفیت زندگی بیماران مبتلا به دیابت نوع 1 کمک کند.
توضیحات پروژه کنترل تطبیقی
مقدمه
دیابت نوع 1 یک بیماری شایع و مزمن است که زمانی رخ می دهد که سیستم ایمنی به سلول های بتا حمله کرده و آنها را از بین می برد و انسولین در لوزالمعده تولید می کند تا بدن انسولین کافی تولید نکند. بنابراین، در این حالت گلوکز در جریان خون باقی می‌ماند و به مرور زمان هیپرگلیسمی (گلوکز خون > 200 میلی‌گرم در دسی لیتر) به اکثر بافت‌های بدن آسیب می‌زند. طبق گزارش سازمان جهانی بهداشت (WHO)، حدود 425 میلیون نفر از دیابت رنج می برند که از هر 11 بزرگسال، 1 نفر را شامل می شود. فدراسیون بین المللی دیابت پیش بینی کرده است که این تعداد در سال 2045 به 629 میلیون بیمار افزایش یابد. چین، هند و آمریکا به ترتیب بالاترین تعداد بیماران دیابتی را دارند.
در حال حاضر، بیماران دیابتی وابسته به انسولین با چالش روزانه در کنترل غلظت گلوکز خون به صورت دستی روبرو هستند. برای جلوگیری از تعیین دوز انسولین به صورت دستی، کنترلرهای زیادی طراحی و به کار گرفته شده اند.
در این مقاله، یک کنترل کننده تطبیقی گام به عقب برای تنظیم گلوکز خون در بیماران دیابتی نوع 1 طراحی شده است. مدل حداقل برگمن (BMM) برای مدل‌سازی ریاضی دیابت نوع (T1DM) استفاده میشود. در مرحله اول، یک کنترل کننده مجازی تطبیقی برای بازگرداندن سطح گلوکز خون به محدوده ایمن طراحی شده است. سپس، دومین کنترل کننده تطبیقی برای تعیین میزان مصرف انسولین طراحی می شود. برای بررسی اثربخشی روش پیشنهادی در ردیابی گلوکز خون مورد نظر، شبیه‌سازی انجام شده است. اختلال وعده غذایی در بیماران دیابتی نیز به عنوان عدم قطعیت در نتایج شبیه سازی اثر داده شده است. نتایج نشان دهنده مزایای کنترل کننده پیشنهادی مانند زمان همگرایی مناسب، مقاومت در حضور اغتشاشات خارجی و عدم قطعیت در پارامترهای بدن انسان است.
هدف از این کار 1) ارائه یک کنترل‌کننده مجازی تطبیقی برای زیرسیستم گلوکز برای تنظیم غلظت گلوکز خون و 2) تعیین یک کنترل‌کننده واقعی تطبیقی (نرخ تزریق انسولین) برای زیرسیستم انسولین برای ردیابی کنترل‌کننده مجازی است. روش پیشنهادی مقاله مورد نظر یک روش کنترل کاملاً تطبیقی است، یعنی تمام پارامترهای مدل سیستم ناشناخته در نظر گرفته شده‌اند. مقایسه کنترل‌کننده پیشنهادی با زوش کنترل حالت لغزشی (SMC) انجام شده است.
در گزارش این پروژه, معادلات سیستم تشریح شده است و سپس به توضیح در مورد شبیه سازی انجام شده و نتایج بدست آمده از آن پرداخته شده است.
شبیه سازی با متلب
برای شبیه سازی روابط نوشته شده، یک مدل سیمولینک به نام sim_glucose_2020a.slx ساخته شده است (همانطور که از نام این مدل مشخص است، با نسخه متلب 2020a ساخته شده است). البته برای شبیه سازی نباید مدل سیمولینک را مستقیم اجرا نمود، بلکه باید از فایل متلب main.m استفاده کرد.
نتایج بدست آمده از شبیه سازی با متلب
با اجرای شبیه سازی نتایج زیر به دست میآید. تغییرات G (بدون کنترل) برای فرد سالم و یکی از بیماران در شکل زیر نشان داده شده است. ملاحظه میشود که برای فرد سالم، مقدار G دقیقا به 80 همگرا میشود ولی برای فرد بیمار اینگونه نیست:
شکل 3. غلظت گلوکز خون افراد سالم و دیابتی.
تغییرات G با اعمال کنترلر برای یک فرد بیمار در شکل بعدی آورده شده است. ملاحظه میشود که قند خون به خوبی به 80 همگرا گردیده و در لحظه اعمال اغتشاش یک نوسان کوچک به چشم میخورد:
Fig. 4. Blood glucose regulation by applying adaptive backstepping controller.
شکل 4. تنظیم گلوکز خون با استفاده از کنترل کننده پسگام تطبیقی.
تغییرات ورودی کنترلی (تاثیر انسولین تزریق شده) در ادامه نمایش داده شده است. ملاحظه میشود که ورودی کنترلی در محدوده مناسبی قرار دارد:
شکل 5. ورودی کنترل رویکرد پس گام تطبیقی
تغییرات X با مقدار مرجع آن در ادامه نشان داده شده است. ملاحظه میگردد که دو نمودار به خوبی بر هم منطبق شده اند:
شکل 6. ردیابی اثر انسولین بر کاهش غلظت گلوکز با مقدار مورد نظر
تغییرات I در ادامه نشان داده شده است. ملاحظه میشود که به خوبی به 7 همگرا شده و در لحظه اغتشاش یک نوسانی دارد:
شکل 7. تثبیت غلظت انسولین پلاسما
در نهایت تغییرات G برای دو بیمار رسم شده است. ملاحظه میگردد که برای هر دو دقیقا یک تغییرات داریم:
شکل 8. مقایسه سطح گلوکز خون برای دو بیمار.
همانطور که در بالا مشاهده می شود نتایج شبیه سازی شامل شکل های 3 تا 8 مقاله می باشد.
نتیجه گیری
در این مقاله بر کنترل تنظیم گلوکز خون در بیماران دیابتی نوع 1 با استفاده از BMM متمرکز شد. هدف اصلی کاهش گلوکز خون به محدوده ایمن و تعیین دوز انسولین تزریقی بود. برای این منظور، یک کنترلر تطبیقی گام به عقب جدید یعنی یک روش کنترل تطبیقی دو لایه طراحی و شبیه‌سازی شد. کنترل کننده پیشنهادی پایداری سیستم کلی را در حضور اختلالات خارجی یعنی مصرف وعده غذایی تضمین می کند. علاوه بر این، در این روش تمام پارامترهای مدل ناشناخته در نظر گرفته شده و مقادیر آنها با استفاده از رویکرد کنترل گام به عقب تطبیقی مبتنی بر لیاپانوف تطبیق داده شده است. نتایج شبیه سازی اثربخشی و عملکرد قوی روش پیشنهادی را در تنظیم قند خون بیماران دیابتی نوع 1 نشان داد. همچنین بر اساس نتایج، تلاش کنترلی یعنی انسولین تحویلی به بیمار در محدوده مناسبی باقی می ماند.
شاید به موارد زیر نیز علاقه مند باشید:
- تنظیم خوکار, کنترل کننده PID گسسته برای مبدل dc-dc برای پاسخ سریع گذرا
- طراحی کنترل افت غیر خطی در ریزشبکه DC برای تنظیم ولتاژ مطلوب و دقت اشتراک جریان در سیمولینک متلب
- افزایش دقت ردیابی مسیر برای ربات صنعتی با کنترل تطبیقی مقاوم
کلیدواژه:
Type 1 diabetes mellitus (T1DM), Bergman’s minimal model (BMM), Adaptive back-stepping control, Lyapunov stability theory, Insulin dose
دیابت نوع 1 (T1DM), مدل مینیمال برگمن (BMM), کنترل برگشتی تطبیقی, نظریه ثبات لیاپانوف, دوز انسولین
یک کنترل تطبیقی برگشتی برای تنظیم گلوکز خون در دیابت نوع 1 با متلب
طبق توضیحات فوق توسط کارشناسان سایت متلبی تهیه شده است و به تعداد محدودی قابل فروش می باشد.
سفارش انجام پروژه مشابه
درصورتیکه این محصول دقیقا مطابق خواسته شما نمی باشد،.
با کلیک بر روی کلید زیر پروژه دلخواه خود را سفارش دهید.
دیدگاهها
هیچ دیدگاهی برای این محصول نوشته نشده است.