基于參數(shù)辨識的閉環(huán)胰島素泵控制器的研究.pdf

1、糖尿病是一種由于人體胰腺功能損壞，無法正常分泌胰島素而引起持續(xù)高血糖現(xiàn)象的疾病。體外注射胰島素是目前醫(yī)學(xué)上常用的治療糖尿病的手段，其中最先進(jìn)的治療設(shè)備是動態(tài)胰島素泵系統(tǒng)，但是該治療系統(tǒng)需要醫(yī)護(hù)人員或患者本人根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)定胰島素注射量，這容易造成注射劑量不準(zhǔn)確引起血糖大幅波動。為了實(shí)現(xiàn)動態(tài)胰島素泵的閉環(huán)，到達(dá)胰島素劑量的科學(xué)輸注的目的，我們提出了基于參數(shù)辨識的閉環(huán)胰島素泵控制器的研究：通過模型參數(shù)辨識算法實(shí)現(xiàn)被控對象與血糖模型的匹配，依據(jù)血

2、糖濃度，閉環(huán)胰島素泵自動優(yōu)化計(jì)算適合該患者的最佳胰島素注射劑量。在治療過程中，必須保證血糖濃度被控制在合理范圍內(nèi)，在進(jìn)餐和運(yùn)動等引起血糖大波動的干擾因素下，避免出現(xiàn)高血糖和低血糖現(xiàn)象，因此對血糖閉環(huán)控制器的有效性和安全性有很高要求。
　　本文首先分析了閉環(huán)胰島素泵控制系統(tǒng)的基本原理，從整個(gè)控制系統(tǒng)的仿真研究和血糖控制算法需求的角度分析了建立被控對象的血糖-胰島素動態(tài)調(diào)節(jié)模型的重要性。完成了幾種血糖調(diào)節(jié)模型的對比分析，最終選定由Ho

3、vorka團(tuán)隊(duì)提出的血糖調(diào)節(jié)模型。在Hovorka團(tuán)隊(duì)提出的建模思路基礎(chǔ)上，分別建立了血糖-胰島素代謝關(guān)系的SIMULINK模型和M文件模型，并針對進(jìn)餐子系統(tǒng)模型提出改進(jìn)，通過開環(huán)仿真驗(yàn)證了該模型的合理性。
　　接下來，本文闡述了模型參數(shù)辨識算法和動態(tài)矩陣控制算法的基本原理。本文提出了動態(tài)矩陣控制血糖濃度的思想，完成了動態(tài)矩陣中最優(yōu)輸出的公式推導(dǎo)和算法程序的編寫。由于人體差異性和外界干擾因素的存在，單一固定的血糖模型做控制算法的預(yù)

4、測模型時(shí)，很容易造成模型失配和控制不準(zhǔn)，因此在對人體血糖調(diào)節(jié)機(jī)制研究的基礎(chǔ)上，分析了血糖-胰島素動態(tài)調(diào)節(jié)模型中造成人體血糖調(diào)節(jié)差異性的參數(shù)，確定了需要進(jìn)行模型辨識的六個(gè)參數(shù)，并采用最小二乘法實(shí)現(xiàn)了不同被控對象的模型參數(shù)辨識。
　　最后，本文分別在T1DM模擬仿真器中搭建軟件仿真平臺和在STM32單片機(jī)中搭建了硬件實(shí)驗(yàn)平臺，分別采用MATLAB語言和C＃語言對基于參數(shù)辨識的動態(tài)矩陣控制器編程。對10個(gè)被控對象進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，結(jié)果顯示血