“人工胰臟”的切換閉環(huán)控制.pdf

1、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（同時注射胰島素和胰高血糖素）。雖然目前很多學(xué)者認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

2、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)計一種恰當(dāng)?shù)那袚Q律來協(xié)調(diào)兩個子系統(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IMC-PID控制器分別設(shè)計，引入了動態(tài)模型，從而可以

3、更加精確的設(shè)計輸注速率。第二種切換控制器是最優(yōu)切換控制器。兩個子系統(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，通過這個目標(biāo)函數(shù)，可以從三個局部最優(yōu)輸入中選擇一個全局最優(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)計的兩種切換控制