Dahili model kontrol tabanlı ve oransal integral türevsel tabanlı denetleyici tasarımlarının yapay pankreas kontrolü için karşılaştırılması
Comparison of internal model control based and proportional integral derivative based controller designs for artificial pancreas control
- Tez No: 985216
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ ERCÜMENT ÖZER
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Biyomühendislik, Mühendislik Bilimleri, Bioengineering, Engineering Sciences
- Anahtar Kelimeler: PID denetleme, PID control
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: İstanbul Yeni Yüzyıl Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Biyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Diyabetes Mellitus (Tip I) hastalarında kan glikoz seviyelerinin tam olarak kontrol edilememesi ciddi sağlık riskleri doğurur ve bireysel farklar, hipoglisemi riski, birbirine ters yönde tepki üreten insülin ve glukagon hormonlarının yarılanma süreleri, ölü zamanlar ve taşınabilir çift hormonlu yapay pankreas proseslerinde kullanılan deri altı sensörlerden ve infüzyonundan kaynaklanan yüksek gecikmeler bu kontrolü zorlaştırır. Bu çalışmada, bireysel farkları ve proses-model uyumsuzluklarını elimine edebilme potansiyeline sahip gelişmiş Dahili Model Denetleyicisi ile klasik tipteki Oransal İntegral Türevsel denetleyici, çift hormonlu taşınabilir yapay pankreas kontrolü açısından karşılaştırılmıştır. IMC, bir sürecin modelinin tersi kullanılarak tasarlanan bir model öngörülü denetçi olup, model ile süreç çıktıları arasındaki farkları da hata terimine ekleyebilmesi nedeniyle, özellikle süreç-model uyuşmazlıklarının bulunduğu durumlar için etkili bir kontrol yöntemi olarak kabul edilir ve bu uyuşmazlıklar denetçinin tek ayar parametresi olan filitre sabiti ile yönetilir. PID tabanlı klasik denetleyicilerde ise çıktının kontrolü, girdi değerinin hataya, hatanın integraline ve hatanın türevine oranlı bir şekilde manipüle edilmesiyle yapılmaktadır. Bu çalışmada, IMC denetleyicisi tasarımı için, endokrin pankreasın doğal proses kinetiği ile ticari olarak kullanılan analog insülin ve glukagon ürünlerin kinetik parametreleri esas alınmıştır. Testler C programlama dili ve dinamik simülasyonlarla gerçekleştirilmiştir. Proses-model uyumsuzlukları, literatürde yer alan proses değerleri ve analog hormon kinetik parametre değerleri dahilinde test edilmiştir. Simülasyonlarda, hem IMC'nin, hem de PID'nin bozucu etki kontrolünü hormonların yarılanma sürelerinden kaynaklanan yüksek uyumsuzluklara ve sensör gecikmesi ve ölü zamanlar nedeniyle kontrol aralıklarının geniş tutulması zorunluluğuna rağmen başarıyla gerçekleştirebildiği gözlemlenmiştir fakat göreceli olarak set değerine daha kısa zamanda ulaşması nedeniyle PID'nin IMC'ye göre daha düşük bir performans sergilediği gözlemlenmiştir.
Özet (Çeviri)
Inability to fully control blood glucose levels in patients with Type 1 Diabetes Mellitus poses serious health risks. Individual differences, the risk of hypoglycemia, the opposing half-lives of insulin and glucagon, dead times, and the high delays associated with the subcutaneous sensors and infusion used in portable dual-hormone artificial pancreas processes make this control challenging. In this study, the advanced Internal Model Controller, which has the potential to eliminate individual differences and process-model mismatches, was compared with the conventional Proportional Integral Derivative Controller for dual-hormone portable artificial pancreas control. IMC is a model-predictive controller, designed using the inverse of a process model. Because it incorporates differences between the model and process outputs into the error term, it is considered a particularly effective control method for situations where process-model mismatches occur. These mismatches are managed by the controller's single tuning parameter, the filter constant. In conventional PID-based controllers, output control is achieved by manipulating the input value proportionally to the error, the integral of the error, and the derivative of the error. In this study, the IMC controller design was based on the natural process kinetics of the endocrine pancreas and the kinetic parameters of commercially available analog insulin and glucagon products. Tests were conducted using the C programming language and dynamic simulations. Process-model mismatches were tested within the literature for process values and analog hormone kinetic parameter values. In the simulations, it was observed that both IMC and PID successfully controlled the disturbances despite high mismatches due to the hormones' half-lives and the necessity of wide control ranges due to sensor delay and dead times. However, PID exhibited lower performance than IMC due to its relatively shorter time to reach the setpoint.
Benzer Tezler
- Model predictive control for unmanned aerial vehicle
İnsansız hava aracının model tabanlı öngörülü kontrolü
HALİT FIRAT ERDOĞAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2014
Havacılık ve Uzay Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. AYHAN KURAL
- Design and experimental validation of an adaptive integral chattering-free sliding mode control for quadrotor attitude tracking
Bir dört pervaneli iha'nın yönelim takibi için uyarlamalı integral ve çatırtısız kayan kipli denetimin tasarımı ve deneysel doğrulaması
MERT SERHAT SARIHAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2025
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik ÜniversitesiKontrol ve Otomasyon Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FİKRET ÇALIŞKAN
DR. ÖĞR. ÜYESİ FATİH ADIGÜZEL
- Design of a microcontroller-based coupled tank system and implementation of level control with feedback linearization method
Mikrodenetleyici tabanlı birleşik tank sistemi tasarımı ve geri beslemeli doğrusallaştırma yöntemi ile seviye kontrolünün uygulanması
BAHADIR YEŞİL
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİzmir Katip Çelebi ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SAVAŞ ŞAHİN
- Model öngörülü kontrol ile diferansiyel tahrikli bir mobil robotun yörünge takibi kontrolü
Trajectory tracking control of a differential drive mobile robot with model predictive control
KÜBRA KOÇ
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Mekatronik MühendisliğiNecmettin Erbakan ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ÜMİT ÖNEN
- PV beslemeli DA-DA azaltan-artıran dönüştürücününmodel öngörülü kontrol ile denetlenmesi
Model predictive control of A PV-FED DC-DC buck-boost converter
MATHEW JOHN KAMARA
Yüksek Lisans
Türkçe
2026
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOndokuz Mayıs ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA AKTAŞ