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Control and modeling techniques in biomedical engineering: the artificial pancreas for patients with type 1 diabetes

This thesis presents different control strategies, for the closed-loop artificial pancreas, which are based on Model Predictive Control (MPC) and Sliding Mode Control (SMC). Multiple MPC with linear models and gain scheduling, and SMC with linear and nonlinear models, have been developed. The proposed control strategies combine more than one linear/nonlinear control and modeling approaches in one structure. The main idea behind such combined approaches is to make use of the virtues of each approach while reducing the effects of their drawbacks. The control strategies have been tested and validated in simulations (in-silico validation). For the in-silico testing, two mathematical models have been used, simulating patients with Type 1 Diabetes Mellitus. The control strategies are tested in different conditions, such as the presence of meal disturbance and patient variability

Esta tesis presenta diferentes estrategias de control para el páncreas artificial, que se basan en control predictivo basado en modelo (MPC) y el control por modo deslizante (SMC). Múltiples MPC con modelos lineales y planificación de ganancia, y SMC con modelos lineales y no lineales, se han desarrollado. Las estrategias de control propuestas combinan más de un método (lineal y/o no lineal) de control y modelado en cada estructura. La idea principal detrás de estos enfoques combinados es hacer uso de las virtudes de cada enfoque al tiempo que se reducen los efectos de sus desventajas. Las estrategias de control han sido probadas y validadas en simulaciones (validación in-silico). Para los ensayos in-silico, dos modelos matemáticos se han utilizado, simulando los pacientes con diabetes mellitus tipo 1. Las estrategias de control se ensayan en diferentes condiciones, tales como la presencia de perturbación por ingesta de comida, y variabilidad de paciente

Universitat de Girona

Manager: Sáez Zafra, Marc
Garcia-Gabin, Winston
Other contributions: Universitat de Girona. Departament d’Economia
Author: Abu-Rmileh, Amjad Hisham Ahmad
Date: 2013 December 9
Abstract: This thesis presents different control strategies, for the closed-loop artificial pancreas, which are based on Model Predictive Control (MPC) and Sliding Mode Control (SMC). Multiple MPC with linear models and gain scheduling, and SMC with linear and nonlinear models, have been developed. The proposed control strategies combine more than one linear/nonlinear control and modeling approaches in one structure. The main idea behind such combined approaches is to make use of the virtues of each approach while reducing the effects of their drawbacks. The control strategies have been tested and validated in simulations (in-silico validation). For the in-silico testing, two mathematical models have been used, simulating patients with Type 1 Diabetes Mellitus. The control strategies are tested in different conditions, such as the presence of meal disturbance and patient variability
Esta tesis presenta diferentes estrategias de control para el páncreas artificial, que se basan en control predictivo basado en modelo (MPC) y el control por modo deslizante (SMC). Múltiples MPC con modelos lineales y planificación de ganancia, y SMC con modelos lineales y no lineales, se han desarrollado. Las estrategias de control propuestas combinan más de un método (lineal y/o no lineal) de control y modelado en cada estructura. La idea principal detrás de estos enfoques combinados es hacer uso de las virtudes de cada enfoque al tiempo que se reducen los efectos de sus desventajas. Las estrategias de control han sido probadas y validadas en simulaciones (validación in-silico). Para los ensayos in-silico, dos modelos matemáticos se han utilizado, simulando los pacientes con diabetes mellitus tipo 1. Las estrategias de control se ensayan en diferentes condiciones, tales como la presencia de perturbación por ingesta de comida, y variabilidad de paciente
Format: application/pdf
Document access: http://hdl.handle.net/10803/127272
Language: eng
Publisher: Universitat de Girona
Rights: ADVERTIMENT. L’accés als continguts d’aquesta tesi doctoral i la seva utilització ha de respectar els drets de la persona autora. Pot ser utilitzada per a consulta o estudi personal, així com en activitats o materials d’investigació i docència en els termes establerts a l’art. 32 del Text Refós de la Llei de Propietat Intel·lectual (RDL 1/1996). Per altres utilitzacions es requereix l’autorització prèvia i expressa de la persona autora. En qualsevol cas, en la utilització dels seus continguts caldrà indicar de forma clara el nom i cognoms de la persona autora i el títol de la tesi doctoral. No s’autoritza la seva reproducció o altres formes d’explotació efectuades amb finalitats de lucre ni la seva comunicació pública des d’un lloc aliè al servei TDX. Tampoc s’autoritza la presentació del seu contingut en una finestra o marc aliè a TDX (framing). Aquesta reserva de drets afecta tant als continguts de la tesi com als seus resums i índexs.
Subject: Patologia de l’aparell digestiu. Odontologia
Enginyeria. Tecnologia
Title: Control and modeling techniques in biomedical engineering: the artificial pancreas for patients with type 1 diabetes
Type: doctoralThesis
Repository: TDX

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