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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 p谩ncreas artificial, que se basan en control predictivo basado en modelo (MPC) y el control por modo deslizante (SMC). M煤ltiples MPC con modelos lineales y planificaci贸n de ganancia, y SMC con modelos lineales y no lineales, se han desarrollado. Las estrategias de control propuestas combinan m谩s de un m茅todo (lineal y/o no lineal) de control y modelado en cada estructura. La idea principal detr谩s 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 (validaci贸n in-silico). Para los ensayos in-silico, dos modelos matem谩ticos 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 perturbaci贸n por ingesta de comida, y variabilidad de paciente

Universitat de Girona

Manager: S谩ez Zafra, Marc
Garcia-Gabin, Winston
Other contributions: Universitat de Girona. Departament d鈥橢conomia
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 p谩ncreas artificial, que se basan en control predictivo basado en modelo (MPC) y el control por modo deslizante (SMC). M煤ltiples MPC con modelos lineales y planificaci贸n de ganancia, y SMC con modelos lineales y no lineales, se han desarrollado. Las estrategias de control propuestas combinan m谩s de un m茅todo (lineal y/o no lineal) de control y modelado en cada estructura. La idea principal detr谩s 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 (validaci贸n in-silico). Para los ensayos in-silico, dos modelos matem谩ticos 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 perturbaci贸n 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鈥檃cc茅s als continguts d鈥檃questa tesi doctoral i la seva utilitzaci贸 ha de respectar els drets de la persona autora. Pot ser utilitzada per a consulta o estudi personal, aix铆 com en activitats o materials d鈥檌nvestigaci贸 i doc猫ncia en els termes establerts a l鈥檃rt. 32 del Text Ref贸s de la Llei de Propietat Intel路lectual (RDL 1/1996). Per altres utilitzacions es requereix l鈥檃utoritzaci贸 pr猫via i expressa de la persona autora. En qualsevol cas, en la utilitzaci贸 dels seus continguts caldr脿 indicar de forma clara el nom i cognoms de la persona autora i el t铆tol de la tesi doctoral. No s鈥檃utoritza la seva reproducci贸 o altres formes d鈥檈xplotaci贸 efectuades amb finalitats de lucre ni la seva comunicaci贸 p煤blica des d鈥檜n lloc ali猫 al servei TDX. Tampoc s鈥檃utoritza la presentaci贸 del seu contingut en una finestra o marc ali猫 a TDX (framing). Aquesta reserva de drets afecta tant als continguts de la tesi com als seus resums i 铆ndexs.
Subject: Patologia de l鈥檃parell 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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