Diseño, simulación y comparación de controladores clásicos y avanzados, aplicados al modelo de glucosa-insulina en el sistema de páncreas artificial para pacientes con diabetes tipo 1

García Vásconez, Andrea Patricia
Calupiña Moya, Dayan Jasmin

2018-10-31

Calupiña Moya, D. J., & García Vásconez, A. P. (2018). Diseño, simulación y comparación de controladores clásicos y avanzados, aplicados al modelo de glucosa-insulina en el sistema de páncreas artificial para pacientes con diabetes tipo 1. 114 hojas. Quito : EPN.
T-IE/4773/CD 9236

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La diabetes es una enfermedad crónica que se caracteriza por la existencia de niveles de glucosa peligrosos para el paciente, generalmente demasiado altos que están dados por la falta de producción de insulina. Sin embargo, se ha desarrollado un sistema conocido como páncreas artificial, el cual se encarga de automatizar el proceso de inyección de insulina, tomando ésto en cuenta, el presente trabajo tiene como propósito el diseño de algoritmos que permitan el control de la infusión de insulina en pacientes diabéticos Tipo 1, considerando principalmente los límites de glucosa en la sangre y la comparación entre los controladores para determinar cuál se adapta mejor al sistema y proporciona los mejores resultados. De forma que se puedan realizar pruebas con simulaciones computacionales, en primer lugar, se toma el modelo de glucosa- insulina de Hovorka, se obtiene su aproximación de primer orden y después se realiza el diseño de los controladores propuestos. Éstos son PID, PID No Lineal y SMC Dinámico, a los cuales se les agrega un feedforward, y finalmente, se realiza el diseño del controlador predictivo DMC. Para este efecto, se realiza un estudio del sistema, de la enfermedad, del páncreas artificial, del modelo y de los controladores para su posterior diseño y simulación frente a perturbaciones lo que se realiza considerando una dieta nutritiva. A partir del índice del error cuadrático integral, ISE se compara el desempeño de los controladores. Finalmente, se desarrolla una interfaz gráfica para mayor facilidad de la presentación de resultados.

Diabetes is a chronic disease characterized by the existence of dangerous glucose levels to the patient, usually too high because of the lack of insulin production, however, a system known as artificial pancreas has been developed which automates the insulin injection process, having this in mind, the purpose of this study is to design algorithms that allow the control of insulin infusion in diabetic patients Type 1 considering mainly the limits of blood glucose and also compare which of the controllers adapts better to the system and provides the best results. In order to tests can be performed, firstly, the Hovorka glucose-insulin model [1] is taken, its first order approximation is obtained and then the proposed controllers are designed, these are PID, Non-linear PID, Dynamic SMC to which a feedforward is added, and finally the design of the DMC which is a predictive controller, is made. For this purpose, a study of the system, the disease, the artificial pancreas, the model and the controllers for its subsequent design and simulation with disturbances considering a nutritious diet. From the Integral Square Error index, ISE, the controllers are compared. Finally, a graphical interface is developed to facilitate the presentation of results.

Camacho Quintero, Oscar Eduardo, director

INSTRUMENTACION BIOMÉDICA; SISTEMAS DE CONTROL; CONTROL DE PROCESOS;