基于粒子群和模型预测控制的重症监护病人的血糖控制

来源 :北京化工大学 | 被引量 : 3次 | 上传用户:bendanlxq
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
对重症监护病人进行强化胰岛素治疗,将病人的血糖有效控制在安全的范围内可以减少病人的死亡率。然而个体化模型的缺失给重症监护病人的血糖闭环控制带来了巨大的挑战,为了解决这个问题,本文提出了一种基于粒子群和模型预测控制的重症监护病人的血糖控制,即粒子群算法用来辨识病人的模型,模型预测控制算法用来设计病人的胰岛素输注率。本文在众多重症监护病人中选取了十个典型的病人的模型用来建立一个模型库,那么新的重症监护病人的模型可以用模型库中的模型进行线性拟合所得到。粒子群算法每五分钟根据所得到的输入(胰岛素)和输出(血糖值)数据更新一次模型库中各模型前的权重系数,模型预测控制算法依照辨识得到的病人模型每三十分钟更新一次胰岛素的输注率。随着时间的推移,可以得到越来越多的病人的胰岛素-血糖数据,依据这些数据粒子群算法可以辨识出越来越精确的模型,这样模型预测控制算法可以设计出更为合理的胰岛素输注率,提高血糖的整体控制效果。为了提高辨识出来的病人模型的精度,本文提出了一种高效的混合杂交粒子群算法。该算法能够在粒子所经历过的最差位置处吸取经验,同时在局部搜索阶段应用了混沌学与遗传算法结合的方案,因此在总体上算法有着非常好地全局探索与局部搜索的能力。本文对所提出的混合杂交粒子群算法进行了详细的性能测试,在五种常用的基准函数下测试了其的寻优精度,并与其它的仿生算法的效果作比较。仿真测试结果表明,该算法的收敛速度和搜索精度都远优于用于对比的几种优化算法。此外本文还将改进的粒子群算法单独应用于1型糖尿病人胰岛素基础量的优化计算,同样并取得了良好的效果。本文所提出的粒子群和模型预测控制的组合方法在120个虚拟病人身上做了多情形的仿真测试,并与传统的Yale协议方法作对比。根据血糖控制性能网格分析图可知,该方法将99%的病人的血糖都控制在理想的范围内,而Yale协议方法中只有51%的病人的血糖控制在理想的范围内,这表明基于粒子群和模型预测控制方法的性能远优于Yale协议方法。此外该方法在整个血糖控制过程中没有发生任何低血糖事件,它能将病人的血糖有效的控制在安全的范围内,从而降低重症监护病人的死亡率。因此这个简单而有效的血糖控制方法可以在重症监护病人的血糖控制领域扮演一个重要的角色。
其他文献
时滞常出现在各种实际工业过程中,时滞是导致实际系统控制性能恶化甚至不稳定的重要原因之一。特别是长流程生产过程控制点多,控制点到产品输出延迟不同,系统多重时滞特性在
工业CT(Industrial Computed Tomography)技术作为性能最佳的无损检测技术之一,已逐步应用于工业生产的众多领域。随着应用领域的不断拓展,对工业CT系统的成像质量、扫描效率提出
混合业务的无线传感器网络(WSN with mixed types of business)是一种针对传统无线传感器网络功能升级的综合型网络,此网络节点多元化,包含音视频等节点,数据流类型复杂度高,
发电机是风力发电机组的关键设备,其安全可靠运行将直接关系到电力系统的稳定和电能的质量。发电机的定子绕组绝缘在运行过程θ长期处在极端温度、盐蚀等恶劣环境以及机械应力的作用下,其绝缘发生局部放电会造成绝缘的劣化,最终导致绝缘击穿和短路事故。因此,对发电机局部放电进行实时故障监测,可以有效的了解发电机的绝缘状况。研究发电机局部放电故障监测系统,使得发电机设备由计划维修转向状态维修,有利于整个发电机组的可
近年来,为了保证生产过程的正常进行和获得最大的经济效益,先进控制技术纷纷被应用于现代生产过程中。其中之一的软测量技术,已在解决工业生产中质量指标的实时测量和控制问
节约能源、降低能耗是水泥行业持续稳定发展的关键节点,作为水泥工业相对成熟且非常有效的节能减排技术,余热发电能够适应中国经济转型和现实国情的要求。为了提高余热利用率,必
助老助残机器人是面向老年人、残疾人的一种服务型机器人,具有助老、助残、娱乐等功能,随着社会上老年人数量的增加,助老助残机器人的需求不断加大,对助老助残机器人的研究也
状态监测和故障诊断技术为工业机械设备安全平稳的运行提供了有效的保障,这使得以嵌入式技术为基础的故障诊断分析仪器在工业机械设备的管理维护中得到了广泛的应用。本课题设
迭代学习控制(ILC)是一种应用于重复运行系统的控制策略,其主要思想就是利用之前批次的信息修正当前批次的控制信号,以减少跟踪误差,随着运行批次的增加,系统输出值逐渐接近给定的
磁滞特性广泛存在于机电伺服系统中,例如电动机与负载连接处的电机轴侧,运动处于预滑动区存在静摩擦力作用的情况,摩擦与间隙共同作用的情况以及压电材料的磁滞特性等。由于磁滞