به‌‌كارگيري روش كنترل تطبيقي مستقيم براي سيستم قلب و عروق

Application of a Direct Model Reference Adaptive Controller (DMRAC) in a Nonlinear Cardiovascular Model

اين مقاله اختصاص دارد در به كارگيري كنترل كننده‌هاي تطبيقي مدل مرجع مستقيم (DMRAC) براي مدل غير خطي قلب و عروق براي حالتهاي متنوع آن كه نمايانگر حالتهاي فيزيكي مختلف است. كنترل كننده تطبيقي مستقيم به كار رفته لازم مي‌دارد كه سيستم كنترل شده شرط تقريباً مثبت حقيقي محض2(ASPR) را داشته باشد. بدين معني كه براي سيستم مذكور مي‌بايستي پس‌خوري داشته باشد كه سيستم مدار بسته مثبت حقيقي محض (ASP) باشدلذا براي اين مدل خطي قلب و عروق. جبران‌كننده‌هايي را طراحي مي‌كنيم كه اين شرط را ارضاء كنند. تاكنون مقالات ارائه شده در اين زمينه محدوده‌اي جزئي از تغييرات بهره (حساسيت) را براي سيستم قلب و عروق درنظر گرفته‌اند. ضمناً در اكثر اين مطالعات سيستم قلب و عروق را يك- ورودي يك – خروجي (SISO) در نظر گرفته‌‌اند كه خروجي آن غالبا متوسط فشارخون (MAP) است. ما سيستم قلب و عروق را چند- ورودي چند- خروجي(MIMO) در نظر گرفته و در آن همزمان هر دو خروجي متوسط فشار خون و دبي خروجي قلب6 (CO) كنترل مي‌شوند. براي اين كار الگوريتم كنترل تطبيقي مستقيم را در نظر گرفته‌ايم و جبران‌كننده‌اي را طراحي كرده‌ايم كه سيستم را پايدار كرده و پاسخهايي مناسب را ارائه كند. به منظور تضمين پايداري مدل خطي جديدي را براي سيستم قلب و عروق ارائه كرده‌ايم. اين مدل خطي تقريب بهتري را نسبت به مدل خطي سابق را (براي مدل غير خطي) دارد. سپس كارهاي طراحي را براي مدل خطي قلب و عروق را براي مدل غير خطي به كار گرفته‌ايم.

The objective of this study is to design a robust direct model reference adaptive controller (DMRAC) for a nonlinear cardiovascular model over a range of plant parameters representing a variety of physical conditions. The direct adaptive controllers used in thisd study require the plant to be almost strictly positive real (ASPR) that is, for a plant to be controlled there must exist a feedback gain such that the resulting closed loop system is strictly positive real. We designed a new compensator so that the system composed of the cardiovascular plant and the compensator satisfy the ASPR condition. Numerous studies in the past have considered a small range of gain variations of the cardiovascular system. In most cases, the controller was designed based on variations in either time delay or plant gains. Many of these workers treated the cardiovascular system as a single-input single output (SISo) plant in which the control output was Mean Arterial Pressure (MAO). We treated the cardiovascular system as a multi-input multi-output (MIMO) plant in which both the MAP and Cardiac Output (CO) are simultaneously controlled. In this study, a new linear model is presented that provides a better approximation thanthe one the original linear model does. By doing so and utilizing the DMRAC algorithm, we could satisfy the stability conditions for the nonlinear model while satisfactory responses obtained under every possible condition for the cardiovascular nonlinear model.