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索比亚沙克尔,Zuwwar汗贾东Abeera萨利姆,阿里•Khaqan Sana舒贾,卡迪尔ul-Hasan,沙赫扎德a·马利克,里亚兹拉贾·阿里, ”<年代pan class="adjust-article-svg-size">比较分析的PID、铅、滞后,领先-落后,级联药物输注系统的控制器年代pan>”,医疗保健工程我>, 卷。2017年, 文章的ID3153252, 13 页面, 2017年。 https://doi.org/10.1155/2017/3153252
比较分析的PID、铅、滞后,领先-落后,级联药物输注系统的控制器
文摘
目标我>。本文的目的是进行全面比较分析五种不同的控制器之间在全静脉麻醉药物输注系统(TIVA)管理。<我>方法。我>该方法模型与一阶指数衰减稀释室代表药物的药代动力学衰减特征。稀释室与五种不同的集成控制技术与仿真比较分析它们之间执行。设计过程中进行了使用MATLAB SISOTOOL。<我>结果。我>研究结果显示,每个控制器都有自己的优缺点。结果使用MATLAB生成表示并确认π和级联控制器的有效性,与级联控制器作为最好的自动化控制技术和控制异丙酚交付。<我>结论。我>摘要不同的计量控制技术回馈控制异丙酚交付确认有不错的效果。<我>的意义。我>比较分析表明,这种药物灌注平台,与适当的控制技术,将执行总静脉麻醉领域的突出。
1。介绍
在全身麻醉,麻醉(TCIA)是一个公认的研究技术,发现最广泛认可闭环药方法(1- - - - - -3]。麻醉药品管理局在人体是一个众人瞩目的研究人员,要求红衣主教在生物医学工程领域的关注。缺乏或过量的剂量可能会导致病人病情不稳定等中毒。异丙酚是一种非阿片类麻醉剂,广泛用于静脉全身麻醉领域的管理。因此,由于它的广泛使用和军团的优势,达到和维持其目标是严格的浓度(4,5]。
药物动力学(PK)是药理学的一个分支,研究有关一个活的有机体如何影响注入药物,虽然药效学(PD)是药理学的分支,涉及的研究注入药物如何影响一个活的有机体。考虑所有的重要参数,准确的药代动力学(PK)和药效学(PD)模型开发,TCIA介绍的基础上。TCIA的功效取决于PK模型的精度,影响网站的浓度之间的相互关系,测量,和设备用于药物监测和控制。实现彻底的控制给药,连续异丙酚在执行测量总静脉麻醉(TIVA)。
在[6,7),规范three-compartmental模型被用来描述药物浓度和动态流动的品质和特性在人类循环系统。第一间构成了血液,注入药物。给药后,药物浓度在不同的单独的隔间包括网站,就是大脑,由于各种因素的影响。这些因素包括速率常数分布交互隔间内,体积组成各自的隔间和输注速率。
设置的药物浓度程度影响网站所需的目标程度正是TCIA的主要目标。血液中的药物注入和测量,是第一个隔间。在这种情况下,通过药效学模型,测量血液中的药物浓度提供了一个估计影响网站的药物浓度。一旦血液中的药物浓度是量化,其控制和监管也可以完成所需的目标水平。
在闭环药物输送系统中,采用不同的控制技术来控制药物输注速率,从而导致血液中药物浓度的控制,因此网站的影响。在[8- - - - - -11),讨论了PID控制器作为最简单的控制器,广泛应用领域的控制系统设计。参考文献(12,13]讨论脆弱性高频噪声和积分器结尾的效果的一个主要缺点的PID控制器。最可行的替代铅、滞后或调整的控制器,在设计参数,研究了(14,15]。在某些情况下,[中讨论16,17铅和滞后),二阶控制器,与广泛使用的PID控制器相比,导致更好的结果。
相位超前和相位滞后两个最常利用的控制架构设计控制系统的根轨迹或预示补偿方法使用。在[18),级联或串联补偿的控制系统设计中最受欢迎的方法。铅和滞后控制器的设计和实现研究了(19- - - - - -22]。一个概念性的理解提供了控制系统工程(23]。比较分析不同的控制技术研究[24,25]。
本文比较分析的五个不同的控制技术及其设计过程,自动注入的交付系统,基于异丙酚测量闭环反馈系统。比较分析对不同时间域规范进行增益,超出比例,沉降时间和上升时间。相位超前的设计过程,执行滞后,领先-落后,级联控制器通过应用根轨迹技术的原则(26- - - - - -28),使用MATLAB SISOTOOL [29日- - - - - -31日]。仿真研究是基于该模型开发的迈尔斯等人在32]。
本文的组织结构如下:部分2描述了系统建模和描述。部分3介绍了使用的方法一个开环和闭环分析。部分4显示了五个不同的控制器,仿真结果,比较分析了不同参数的基础上,例如上升时间、超调,沉降时间。部分5评论的讨论。最后,部分6总结了纸。
2。系统模型和描述
下面的方程,迈尔斯等人所示(32),用于系统建模。
后喷丸或异丙酚输注的引入,一个一阶动力学模型描述了药物在血液循环,消除动力学数学描述为<年代pan class="equation_break" id="EEq1">
模型代表药物浓度随时间指数衰减<年代pan class="equation_break" id="eq1">
在哪里<年代vg height="11.5564pt" id="M3" style="vertical-align:-2.26807pt" version="1.1" viewbox="-0.0498162 -9.28833 22.7784 11.5564" width="22.7784pt" xmlns="http://www.w3.org/2000/svg" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink">
当药物注入血液中注入速度<我>我我>(<我>t我>),(1)是合格的<年代pan class="equation_break" id="EEq2">
在我们的模拟研究中,定容稀释室是用来模拟人类的血液。药物浓度在本室模型的指数衰减的实际PK衰变药物在血液中。药物消除速率<我>λ我>确定是<年代pan class="equation_break" id="EEq3">
显示室的体积<我>Ω我>代表了稀释流量。
一个特定数量的药物注射增加腔内的浓度水平。这个新的室被定义为初始浓度的浓度,也就是说,<年代pan class="nowrap">
,年代pan>随着时间的推移而衰减指数。设定的指数衰减率<我>Ω我>和<年代vg height="11.8696pt" id="M9" style="vertical-align:-3.18151pt" version="1.1" viewbox="-0.0498162 -8.68809 12.4578 11.8696" width="12.4578pt" xmlns="http://www.w3.org/2000/svg" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink">
浓度稀释的动力室同样可以导数形式的象征<年代pan class="equation_break" id="eq2">
丸剂量,当与连续灌注合并结果的时间浓度、稀释的变化室<年代pan class="equation_break" id="EEq5">
系统模型的微分方程是由(7)。
图1显示输注回馈控制系统的框图。它是由以下几点:<年代pan class="list">(1)年代pan>一个控制器来实现目标浓度的异丙酚年代pan>(2)年代pan>稀释定容室,代表第一室,这是我们的工厂年代pan>(3)年代pan>连续稀释比例的稀释泵调节背景电解质年代pan>(4)年代pan>一个音量控制泵室保持恒定体积。年代pan>
3所示。方法
分析输注回馈控制系统的性能,与定容稀释室<年代vg height="11.8696pt" id="M13" style="vertical-align:-3.18151pt" version="1.1" viewbox="-0.0498162 -8.68809 12.4578 11.8696" width="12.4578pt" xmlns="http://www.w3.org/2000/svg" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink">
3.1。开环的分析
开环分析可以通过以下两个步骤进行描述。第一步描述稀释室的指数衰减。<年代vg height="11.8696pt" id="M15" style="vertical-align:-3.18151pt" version="1.1" viewbox="-0.0498162 -8.68809 12.4578 11.8696" width="12.4578pt" xmlns="http://www.w3.org/2000/svg" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink">
在第二步中,稀释室体积是相同的,也就是说,10毫升;然而,异丙酚的浓度在室设置为零,也就是说,<年代pan class="inline_break"> 。之后,连续稀释和注入异丙酚处理的并行操作固定输液速度。
开环的设计参数分析如表所示1。图2显示控制系统的开环阶跃响应与一个非常高的沉降时间、上升时间和稳态误差。然而,过度的比例系统响应几乎为零。
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3.2。控制技术和设计
本节介绍了闭环设计药物输注系统的分析。为了达到研究药物灌注在第一隔间或稀释室,五个不同的控制技术设计并实现了闭环反馈系统。中使用的技术的基本原理精心设计过程的五个动态控制器是指(33- - - - - -35]。描述的设计技术的闭环分析输液系统使用相同的参数已经被用于开环的分析。设计参数如表所示1。
3.2.1之上。PID控制器
proportional-integral-derivative(比例积分微分)控制器是一种最常用的和公认的控制算法用于控制行业。PID控制器的属性部分他们的宽量程操作的鲁棒性能和部分简化操作。PID一词描述了它的三个主要组件,比例控制术语(<我>K<年代ub>P年代ub>),一个完整的控制项(<我>K<年代ub>我年代ub>),和一个微分控制项(<我>K<年代ub>D年代ub>)。表2描述一个PID控制器的效果的三个组件。在数学上,下面的方程描述一个PID控制器:<年代pan class="equation_break" id="EEq6">
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通过保持相同的参数,用于开环分析,设计了PID控制器取得目标浓度。在这项研究中,由迈尔斯等人在32),一个PID控制器触发喷丸后注入。一个小数量的药物浓度涨落。因此,<我>K<年代ub>D年代ub>控制器的一部分设置为零。通过连接与稀释的比例积分控制器室在闭环系统中,9个运行记录的每个九参数表3。最后,调整PI控制器通过使用参数5控制闭环药物输送。在我们的模拟研究是确定使用的参数集从实验和模拟参数32]。
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开环+系统动力学建模中(7)和PID控制器的数学描述(8)和(9)集体呈现一个完整的闭环流动系统。PID控制器,结合稀释室在一个闭环反馈系统,如图3。通过调整PI控制器使用参数5,也就是说,<我>K<年代ub>P年代ub>= 4.5×10<年代up>6年代up>和<我>K<年代ub>我年代ub>= 55岁的闭环传递函数PI-controlled稀释室了<年代pan class="equation_break" id="eq3">
3.2.2。相位滞后控制器
通过增加相同数量的极点和零点,相位滞后控制器提供了一个系统可观数量的相对稳定,产生缓慢的响应时间。在相位滞后控制器,控制器的钢管放置接近零的起源与控制器。给出了广义传递函数的相位滞后控制器<年代pan class="equation_break" id="eq4"> 在哪里<年代pan class="equation_break" id="eq5">
解决稳态误差、相位滞后控制器设计,利用根轨迹的方法。目标是实现一个稳态误差补偿值<我>E我>ssc年代ub><我>0.01,在不影响瞬变,<我>E我>ssc年代ub>代表了稳态误差补偿。对于滞后控制器,不同的瞬变会导致较慢的响应时间(35),这不是理想的。相位滞后控制器设计使用以下两个步骤。
在第一步中,<我>z我>/<我>p我>比例是评价。假设我们有一个系统<我>G我>(<我>年代我>),注册一个滞后控制器<年代pan class="inline_break"> 。
使用终值定理[36),首先,稳态误差公式计算(错误)的最终值<年代pan class="equation_break" id="eq6">
对于阶跃输入,<我>U我>(<我>年代我>)= 1 /<我>年代我>上面的方程,应用极限后,简化了<年代pan class="equation_break" id="eq7">
现在,通过求解0到极点的比例,我们得到以下方程:<年代pan class="equation_break" id="EEq8"> 在哪里<我>z我>和<我>p我>代表0和钢管的控制器,<我>G<年代ub>D年代ub>(0)和<我>G<年代ub>N年代ub>(0)分母和分子系统的传递函数<我>G我>(<我>年代我>)<我>年代我>→0。
在第二步中,0和磁极的位置控制器的使用一个代数方法决定。为了一个点<我>P我>存在于根轨迹,所有波兰人的角度之和减去所有的零角度之和等于180°(36]。角所对应的角度从开环极点或零线,从点<我>P我>根轨迹。图4(一)生动地解释了上述概念,通过考虑二阶伪系统根轨迹的存在<我>年代我>。
(一)系统的根轨迹存在使用两极年代trong>
(b)极零位置使用系统和控制器与根轨迹形成C年代trong>
(c)极零位置使用系统和控制器c没有根轨迹成形年代trong>
数学上,<年代pan class="equation_break" id="EEq9">
现在,描绘极零位置的设计过程<我>实际我>相位滞后控制器,相同的二阶伪系统<我>年代我>被认为是和注册一个伪相位滞后控制器吗<我>C我>。图4 (b)显示了改变了根轨迹和大量的系统的根轨迹成形<我>年代我>,当与控制器<我>C我>。根轨迹的概念存在于(16),<年代pan class="equation_break" id="eq8"> 在哪里<我>θ我>1年代ub>和<我>θ我>2年代ub>的角度与两极伪系统<我>年代我>和<我>θ<年代ub>p年代ub>和<我>θ<年代ub>z年代ub>与北极和零角度相关的伪滞后控制器吗<我>C我>。现在,为了没有根轨迹形成,极点和零点的角贡献控制器<我>C我>应该是接近于零,如图4 (c)数学上,<年代pan class="equation_break" id="EEq10">
现在,考虑到<我>实际我>系统,也就是说,稀释室,实现上述两个微不足道的角差和最小根轨迹的要求塑造所示(18)和图4 (c)分别实现以下过程。钢管和零相位滞后的实际控制器放置彼此接近,与相同的起源<我>z我>/<我>p我>比第一步中计算使用(15)。通过这样的位置,杆的角度和零一起变得越来越近,要求(18)是满足。发现极零位置控制器的使用(19)和(20.)。获得(<我>k我>),需要实现期望的稳态误差,使用MATLAB SISOTOOL计算。<年代pan class="equation_break" id="EEq11">
适当的位置和子午贡献(<年代pan class="inline_break"> )的杆和零控制器如图5,验证没有根轨迹成形。底线的整个设计过程所涉及的步骤说明如下:<年代pan class="list">(1)年代pan>的<我>z我>/<我>p我>比率维持,稳态误差补偿所需的(<我>E我>ssc年代ub>)。年代pan>(2)年代pan>的<我>z我>和<我>p我>的滞后控制器保持尽可能接近虚轴,以避免形成根轨迹和瞬变。年代pan>
相位滞后控制器的设计细节见图6。传递函数的相位滞后控制器设计与调整<我>k我>= 30<年代pan class="equation_break" id="eq9">
控制器,当与稀释室合并,导致以下闭环传递函数<年代pan class="equation_break" id="eq10">
3.2.3。相位超前控制器
通过增加相同数量的极点和零点,相位超前控制器提供了一个明显的改善系统的瞬态响应,在某些情况下提高开环增益。增加获得噪声导致更多的易感性。领先的控制器,控制器的零放置接近原点而极的控制器。给出了广义传递函数的相位超前控制器<年代pan class="equation_break" id="eq11"> 在哪里<年代pan class="equation_break" id="eq12">
为了实现更快的响应时间,相位超前控制器设计,利用根轨迹的方法。根轨迹图,渐近线穿过实线的位置称为重心或质心,定义在(15)。导致控制器改变根轨迹的左侧<我>年代我>飞机通过转移重心,渐近线,和左边的闭环极点,从而提供了一个更快的响应(36]。数据7(一)和7 (b)用图形说明了相位超前的影响控制器的质心运动和通过考虑二阶伪系统根轨迹成形<我>年代我>和一个伪相位超前控制器<我>C我>。<年代pan class="equation_break" id="eq13"> 在哪里<我>n我>=极数<我>米我>= 0。
(a)伪系统的根轨迹年代没有伪铅控制器C年代trong>
(b)伪系统的根轨迹控制器C S伪领先年代trong>
现在,为了实现所需的输出,实际的相位超前控制器设计使用以下步骤:<年代pan class="list">(1)年代pan>控制器的零保存在虚轴附近,比杆的控制器。年代pan>(2)年代pan>控制器的杆保持远离控制器的零和虚轴。年代pan>(3)年代pan>杆之间的距离和控制器的零保存。年代pan>(4)年代pan>添加极有负值比添加零,零驻留在原点附近。年代pan>
相位超前控制器的设计细节见图8。传递函数的相位超前设计控制器增益<我>k我>= 500了<年代pan class="equation_break" id="eq14">
设计相位超前控制器和稀释室在闭环系统中,导致传递函数如下:<年代pan class="equation_break" id="eq15">
3.2.4。Phase-Lead-Lag控制器
相位超前和滞后控制器都有自己的优点和缺点正如上面所讨论的。实际系统通常要求某些严格的规范,两者的结合可以可行的领先和滞后控制器。广义phase-lead-lag控制器的传递函数<年代pan class="equation_break" id="eq16"> 在哪里<年代pan class="equation_break" id="eq17">
获得更快的响应和相对稳定性,phase-lead-lag控制器设计使用相同的设计原则,讨论了相位超前和相位滞后部分。以下两个步骤描述整个设计过程。
在第一步中,相位超前控制器设计使用下列程序:<年代pan class="list">(1)年代pan>控制器的钢管放置深入左边半平面离虚轴。年代pan>(2)年代pan>控制器的零放置在虚轴附近。年代pan>(3)年代pan>控制器的钢管和零被放置在这样的点,因此,它们之间的距离足够大,重心进一步转向左边半平面。年代pan>
在第二步中,相位滞后控制器设计一个不同的方法由于成功的原因。在传统的滞后控制器设计,主要目标是消除稳态误差没有改变瞬变和根轨迹形成。而不是实现传统的方法,在这里,主要目标是实现<我>这两个我>消除稳态误差以及快速响应。这样的要求,需要不同的瞬变和根轨迹形成,以不同的方式完成,描述如下:<年代pan class="list">(1)年代pan>与传统极零位置滞后控制器,控制器放置远离零点的杆控制器和虚轴。年代pan>(2)年代pan>不同于(18),<年代vg height="12.4698pt" id="M43" style="vertical-align:-3.18147pt" version="1.1" viewbox="-0.0498162 -9.28833 38.9493 12.4698" width="38.9493pt" xmlns="http://www.w3.org/2000/svg" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink">
少量的根轨迹形成原因<年代pan class="inline_break"> 验证见图9。
phase-lead-lag控制器的设计细节见图10。的传递函数设计领先-落后与增益控制器,<我>k我>= 500结果如下:<年代pan class="equation_break" id="eq18">
控制器与稀释商会注册时导致闭环传递函数如下:<年代pan class="equation_break" id="eq19">
3.2.5。级联导致控制器
一般来说,一个级联相位超前控制器应用于实现一个非常快的响应时间。应用两个铅控制器串联,与工厂合并在一个闭环反馈系统,可以显著加快系统响应时间。对于药物输注系统,更快的响应是必需的,因为一个小的拖延或过度药会导致严重后果。传统的传递函数级联控制器<年代pan class="equation_break" id="eq20"> 在哪里<年代pan class="equation_break" id="eq21">
达到一个更高的响应时间,一个级联相位超前控制器设计。设计原则是类似于相位超前部分讨论。获得最大的期望输出值,考虑以下:<年代pan class="list">(1)年代pan>两极的两个铅控制器放置离虚轴到左半平面。年代pan>(2)年代pan>0的两个铅控制器放置在虚轴附近。年代pan>(3)年代pan>两极之间的最大距离(<我>p我>1年代ub>,<我>p我>2年代ub>)和0 (<我>z我>1年代ub>,<我>z我>2年代ub>两个铅控制器保存的)。年代pan>
数学上,<年代pan class="equation_break" id="eq22"> 在哪里<我>p我>1年代ub>和<我>p我>2年代ub>代表了波兰和<我>z我>1年代ub>和<我>z我>2年代ub>代表两个级联的零铅控制器。
级联导致控制器的设计细节见图11。的传递函数设计的级联相位超前控制器增益<我>k我>= 500<年代pan class="equation_break" id="eq23">
设计级联相位超前控制器,当合并药物输注系统,导致闭环传递函数如下:<年代pan class="equation_break" id="eq24">
4所示。结果
4.1。开环的结果
理解一阶指数衰减的稀释,开环系统的特点进行评估在部分的两个步骤2开环的分析。第一步介绍了稀释室的指数衰减属性。0.01初始浓度的异丙酚将更易与L在固定10毫升的体积稀释室。结果在图12显示了指数衰减,并具体化的稀释浓度随着时间的推移,由于连续稀释的背景电解质。完美的情节与理论计算使用(4)和(5)<年代pan class="equation_break" id="eq25">
在第二步中,识别和验证系统的开环增益和稳态分析。从理论上讲,稳态增益计算(7)系统模型和描述。在稳态<年代pan class="inline_break"> 趋于零,开环增益<我>G我>该系统将<年代pan class="equation_break" id="EEq13">
异丙酚输注,在连续稀释的同时,进行了一段时间。过了一段时间,达到一个平衡状态注入和消除速率之间的异丙酚。在这样的时刻,<年代pan class="inline_break"> 趋于零和浓度水平接近其稳定状态。
上述infusion-dilution平衡导致成功受孕。为特定的价值稀释流量、定义注入率结果到一个特定的稳态浓度点。稀释流量的0.04毫升/秒,在五个不同注入率、开环增益和相应的稳态浓度评估,见图13。从理论计算值(38)不同注入率完全满足线性比例。
4.2。闭环结果
五种不同的控制方案被为了达到目标闭环反馈系统中的药物浓度。PI控制器调整了九个不同参数,见表3,各种参数显示彼此更紧密的结果导致响应时间重叠,如图(14日)。的有效性<我>K<年代ub>P年代ub>和<我>K<年代ub>我年代ub>可以从图描述在以下方式。比例项<我>K<年代ub>P年代ub>对应于高上升时间和沉降时间积分项<我>K<年代ub>我年代ub>对应于一种改进的最终值的响应。PI控制器,当调谐与第五个参数表3,产生一个更有效的响应时间与其他九个参数相比,如图14 (b)。
(一)闭环结果用PI控制器调9表3中不同的参数年代trong>
(b)使用比例积分控制器闭环结果调整与第五个参数在表3中年代trong>
(c)使用滞后闭环结果的比较分析,领导,和领先-落后控制器年代trong>
图14 (c)之间的比较说明了相位滞后、铅和领先-落后控制器与稀释商会注册时在一个封闭的循环。相位滞后控制器极大地提高了系统的稳态误差,相比开环阶跃响应图2:然而,它并不提供响应时间的要求。相位超前控制器提供了一个更快的响应和相位滞后控制器相比预期,但仍无法满足更高的响应时间要求。phase-lead-lag控制器提供了<我>这两个我>更快的响应和稳态误差减少,因此符合客观phase-lead-lag部分所需的部分3。响应时间使用领先-落后控制器似乎更接近一个控制器但比一个滞后控制器。
图(15日)显示系统的响应时间当结合级联领先控制器闭环反馈系统。由于两个铅控制器串联和有效极零位置,响应时间更快比所有其他控制技术上面所讨论的。
(一)闭环结果使用级联控制器年代trong>
(b)比较分析闭环结果使用PI控制器和级联控制器年代trong>
图15 (b)显示使用PI闭环结果之间的比较分析和级联控制器。PI控制器和级联控制器结果变成一个更快的和稳定的响应相比其他控制器;然而,级联控制器显示铅相对更好的结果比PI控制器。表4审查所有5个控制器的优缺点的每个控制技术不同的时域特征。
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5。讨论
目标和维护该药物在人体内的浓度水平,由稀释商会表示,五种不同的控制方案设计和实现与每个人之间的仿真比较分析。比较仿真研究论述了针对每个控制器的有效性和维护异丙酚水平。
药物浓度和动态使用稀释定容室,由于成功两个<我>现象我>。这些是指数衰减的药物浓度稀释室和系统的稳态分析,解释彻底在步骤1和步骤2的开环分析,在部分3。开环的结果部分4也给一个具体的证据<我>现象。我>
在我们的<我>基于仿真的研究我>,结果显示使用稀释的比例积分控制器结合室展示一个快速响应时间和超调量和稳态误差可以忽略不计的百分比。然而,迈尔斯等所产生的结果,使用相同的PI控制器,显示出快速响应时间和超调高,稳态误差小,一些RMSE目标百分比。这些发现是由于反馈的实时分析和电化学传感器测量。比例积分控制器后,相位滞后、相位超前和phase-lead-lag控制器和控制器级联领先设计和优化使用根轨迹方法以满足预期的需求。每个控制器显示自己的优缺点的不同时间域规范如表所示4。的增益<我>k我>是相同的所有控制器,是吗<我>k我>= 500除了PI控制器和相位滞后控制器。比例积分控制器,获得更高的<我>K<年代ub>P年代ub>= 4.5×10<年代up>6年代up>使用,使它更容易受到噪音,当用于实时分析。相位滞后控制器,获得的<我>k我>使用= 30,这是必要的,以满足所需的稳定状态的要求。通过使用级联控制器,由于质心运动,增加系统的闭环极点进一步向左半平面在拉普拉斯域,提供更快速响应的要求。级联导致控制器超过所有其他控制技术,最重要的是获得较低的价值<我>k我>= 500。通过使用这种技术,级联控制器增益较低铅值提供了相对更好的结果和响应时间比PI控制器具有更高的增益值,维护级联控制器最精湛的技术。
闭环的比较分析结果与时域特征见表4显然演示并验证一个级联的增强疗效铅闭环药物输注系统控制器。
6。结论
目标和维持药物的浓度水平是不可或缺的在人体解剖学和保持核心重要性作为控制技术在生物医学工程中的应用。闭环药物输注系统,模拟5个不同的控制器使用MATLAB已经证明,这显示了异丙酚的令人鼓舞的结果。更快的和稳定的响应的药物输注系统,比较分析上述控制器已经完成和分析。仿真分析和结果后,级联控制器和PI控制器显示最好的结果与级联导致控制器显示相对更好的结果比其他所有的控制技术。自信的结果提供一个关键的平台来实现这个模型实时自动给药。这种典型的范例在生物医学领域术语会导致更快的响应感应控制和减少总静脉麻醉临床领域的工作负载。
的利益冲突
这个手稿的作者声明没有利益冲突有关的出版。
引用
- 史密斯和p . f .白,“类型的静脉麻醉,”<我>全静脉麻醉我>p。2224年,英国医学杂志》的出版集团,伦敦,英国,1998年。<年代pan class="reflinks">视图:谷歌学术搜索
- 史密斯和p . f .白,“静脉麻醉交付和监测系统,”<我>全静脉麻醉我>p。98127年,英国医学杂志》的出版集团,伦敦,英国,1998年。<年代pan class="reflinks">视图:谷歌学术搜索
- e . Krger-Thiemer”连续静脉输注,multicompartment积累。”<我>欧洲药理学杂志我>,4卷,不。3、317 - 324年,1968页。<年代pan class="reflinks">视图:出版商的网站|年代pan>谷歌学术搜索
- s . Syaie m . a . Rami和f . Tadeo“积极注入异丙酚在诱导药物,”<我>2010年IEEE国际工业工程与工程管理会议我>澳门,页325 - 328年,中国,2010年12月7 - 10日。<年代pan class="reflinks">视图:出版商的网站|年代pan>谷歌学术搜索
- a . Simalatsar m . Guidi, t . Buclin“麻醉交付,级联PID控制器”<我>IEEE 2016年第38届国际会议在医学和生物工程协会(EMBC)我>IEEE,页533 - 536年,美国佛罗里达州奥兰多市2016年8月16日。<年代pan class="reflinks">视图:出版商的网站|年代pan>谷歌学术搜索
- b·马什,m .白色:莫顿,g . n . Kenny”儿童丙泊酚的药代动力学模型驱动注入。”<我>英国麻醉学杂志我>卷。67年,41-48,1991页。<年代pan class="reflinks">视图:出版商的网站|年代pan>谷歌学术搜索
- t·w·施耐德,c . f . Minto p l . Gambus et al .,“协变量的影响的方法管理和药物动力学的异丙酚在成年志愿者,“<我>麻醉学我>,卷88,不。5,1170 - 1182年,1998页。<年代pan class="reflinks">视图:谷歌学术搜索
- h . y . Horng“领先-落后补偿器设计基于贪婪粒子群优化”<我>2013年国际研讨会上新一代电子产品(ISNE)我>,页579 - 581,高雄,台湾,2013年2月25日至26日。<年代pan class="reflinks">视图:出版商的网站|年代pan>谷歌学术搜索
- 夏勒,j . Lippert, l . Schaupp t . Pieber a . Schuppert和t . eis,“强劲PBPK / PD-based模型预测控制血糖,”<我>IEEE生物医学工程我>,卷63,不。7,1492 - 1504年,2016页。<年代pan class="reflinks">视图:出版商的网站|年代pan>谷歌学术搜索
- 即岩石:棕褐色,d·p·阿瑟顿”简单的过程改善pid控制器的性能,”<我>学报2003年IEEE会议控制应用程序,2003年2003年(CCA)我>,卷2,页882 - 885,伊斯坦布尔,土耳其,25-25 2003年6月。<年代pan class="reflinks">视图:出版商的网站|年代pan>谷歌学术搜索
- k . h . y . Li Ang, g .庄”PID控制系统分析和设计,<我>电机控制系统我>,26卷,不。1,32-41,2006页。<年代pan class="reflinks">视图:出版商的网站|年代pan>谷歌学术搜索
- a . s .霍黛尔和c e .大厅,“变结构PID控制以防止integrator终结,”<我>IEEE工业电子产品我>,48卷,不。2、442 - 451年,2001页。<年代pan class="reflinks">视图:出版商的网站|年代pan>谷歌学术搜索
- r . j .曼缇是h·d·巴蒂斯塔,“评论变结构PID控制以防止积分器终结,“<我>IEEE工业电子产品我>,51卷,不。3、736 - 738年,2004页。<年代pan class="reflinks">视图:出版商的网站|年代pan>谷歌学术搜索
- h . y . Horng“领先-落后补偿器设计基于遗传算法”<我>2012年会议技术和人工智能的应用(TAAI)我>,页80 - 85,台南,台湾,2012年11月16日- 18日。<年代pan class="reflinks">视图:出版商的网站|年代pan>谷歌学术搜索
- p·d·Rohitha s Senadheera, j·k·派普,“完全自动化的PID和铅工业用/滞后补偿器设计工具,”<我>学报2005年IEEE会议控制应用,2005 (CCA 2005)我>IEEE,页1009 - 1014年,多伦多,安大略省,加拿大,2005年8月28-31。<年代pan class="reflinks">视图:出版商的网站|年代pan>谷歌学术搜索
- y陈”,取代PID控制器通过它的lat-lead补偿器频率特性的方法,”<我>IEEE机器人和自动化我>,5卷,不。2、174 - 182年,1989页。<年代pan class="reflinks">视图:出版商的网站|年代pan>谷歌学术搜索
- r . Zanasi s Cuoghi,“设计领先-落后为鲁棒控制补偿器,”<我>2011年9日IEEE控制与自动化国际会议上(ICCA)我>IEEE,页106 - 111年,圣地亚哥,智利,2011年12月19日—21日。<年代pan class="reflinks">视图:出版商的网站|年代pan>谷歌学术搜索
- f . y . Wang和y黄”,non-trial和错误的相位超前和相位滞后补偿器设计的方法,”<我>IEEE自动控制我>,22卷,2001年。<年代pan class="reflinks">视图:谷歌学术搜索
- n . Tan“计算延迟/铅控制器参数稳定。”<我>电脑和电子工程我>,29卷,第849 - 835页,2003年。<年代pan class="reflinks">视图:出版商的网站|年代pan>谷歌学术搜索
- w . c . Messner m . d . Bedillion l .夏和d . c .圆锥形石垒,“铅和复杂滞后补偿器的极点和零点:设计公式的建模和循环形成,”<我>IEEE控制系统杂志我>,27卷,不。1,44-54,2007页。<年代pan class="reflinks">视图:出版商的网站|年代pan>谷歌学术搜索
- s s·弗洛雷斯,a . m .山谷和b . a . Castillejos“几何设计的铅/ Hinf规范滞后补偿器会议”<我>2007 4日电气与电子工程国际会议我>墨西哥城,墨西哥,2007年9月5 - 7,。<年代pan class="reflinks">视图:出版商的网站|年代pan>谷歌学术搜索
- r . Zanasi s Cuoghi, l . Ntogramatzidis”分析和图形设计领先-落后补偿器,”<我>国际期刊的控制我>卷,84年,第1846 - 1830页,2011年。<年代pan class="reflinks">视图:谷歌学术搜索
- 理事长绪方k .<我>现代控制工程我>美国新泽西,新世纪,恩格尔伍德悬崖,第3版,1997年版。<年代pan class="reflinks">
- j·阿卜杜勒和n . Thanvy的加里奥(Jaleel)”之间的比较研究π,PD, PID控制器和领先-落后对于电力系统稳定器,”<我>2013年国际会议上电路、电力和计算技术(ICCPCT)我>Nagercoil,页456 - 460年,印度,2013年3月20日至21日。<年代pan class="reflinks">视图:谷歌学术搜索
- A . Dass和s . k . Jha”的比较研究铅、滞后、领先-落后和位置控制系统的鲁棒控制器,”<我>2014年国际会议上可靠性优化和信息技术(ICROIT)我>法里达巴德,页520 - 523年,印度,2014年2月6 - 8。<年代pan class="reflinks">视图:出版商的网站|年代pan>谷歌学术搜索
- g·w·埃文斯,“把根轨迹教室”,<我>电机控制系统我>,24卷,6 - 81,2004页。<年代pan class="reflinks">视图:出版商的网站|年代pan>谷歌学术搜索
- w·r·埃文斯“控制系统根轨迹合成的方法,”<我>美国电气工程师学会的事务我>卷,69年,第69 - 66页,1950年。<年代pan class="reflinks">视图:出版商的网站|年代pan>谷歌学术搜索
- t . b . Sekara和m . r . Rapai”与应用根轨迹方法的修订,”<我>《过程控制我>卷,34岁的保险,2015页。<年代pan class="reflinks">视图:出版商的网站|年代pan>谷歌学术搜索
- r .他,:美国Sanyal, a . n . Sanyal“直升机稳定,补偿器设计”<我>Procedia技术我>4卷,第81 - 74页,2012年。<年代pan class="reflinks">视图:出版商的网站|年代pan>谷歌学术搜索
- d . m . Sajnekar s . b . Deshpande, r . m . Moharil”有效的PID控制器优化方法选择用于无刷同步发电机的励磁系统,”<我>2016国际会议上计算的电力、能源信息和通信(ICCPEIC)我>IEEE,页413 - 418年,钦奈,印度,2016年4月20日至21日。<年代pan class="reflinks">视图:出版商的网站|年代pan>谷歌学术搜索
- c·p·谭、k . s .销量和l . j . n .琼斯,“回顾matlab SISOTOOL;特性和控制教育的贡献,”<我>IFAC诉讼卷我>第41卷。。2、8473 - 8474年,2008页。<年代pan class="reflinks">视图:出版商的网站|年代pan>谷歌学术搜索
- f·m·h·迈尔斯y . Li Kivlehan, e·林德纳和e . Chaum“反馈控制方法有机药物输液使用电化学测试,”<我>IEEE生物医学工程我>卷,63年,第511 - 506页,2016年。<年代pan class="reflinks">视图:出版商的网站|年代pan>谷歌学术搜索
- b . c .郭<我>自动控制系统我>新世纪国际,伦敦,英国,第九版,1962年版。<年代pan class="reflinks">
- m . c . m .特谢拉”理事长绪方直接表达的领先-落后使用根轨迹设计方法,”<我>IEEE教育我>,37卷,不。1,第64 - 63页,1994。<年代pan class="reflinks">视图:出版商的网站|年代pan>谷歌学术搜索
- g·f·富兰克林,<我>动态系统的反馈控制我>,addison - wesley朗文出版有限公司,波士顿,MA,美国,第二版,1993年版。<年代pan class="reflinks">
- n . s .伪<我>控制系统工程我>约翰•威利父子公司,纽约,2011年。<年代pan class="reflinks">
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