Strategie di controllo di un attuatore lineare elettromagnetico per l'azionamento di cuore artificiale

The research project deals with the development of the control strategies required to control an electromagnetic linear actuator (LOA: Linear Oscillating Actuactor) in order to simulate the functions of an artificial heart. The aim is to support people with cardiac dysfunction and in need of a transplant, which is often unavailable due to a shortage of donors or donor incompatibility. The actuator was designed under strict constraints and the geometry includes two coils with different cross sections. They move two permanent magnets called movers in order to compress and expand two chambers simulating the right and left ventricle respectively. The study for the control design is done using MATLAB and Simulink programmes, starting with a model of the cardiovascular system and its electrical analogy and then achieving a configuration faithfully replicates the behaviour of an organic heart. The trends obtained will be used to determine the force that the actuator must apply in order to compress and expand the two artificial ventricles. In addition, using appropriate control chains, the aim is to determine the current values with which the windings are supplied to ensure specific force profiles.

Il progetto di ricerca tratta la sviluppo delle strategie di controllo necessarie a comandare correttamente un attuatore lineare elettromagnetico (LOA: Linear Oscillating Actuactor), il quale ha lo scopo di simulare le funzioni di un cuore artificiale. L’obiettivo è supportare gli individui che presentano disfunzioni cardiache e che necessitano di un trapianto, spesso non disponibile a causa della scarsità dei donatori o dell’incompatibilità di quest’ultimi. L’attuatore è stato progettato rispettando vincoli stringenti e la geometria incorpora due avvolgimenti di sezione differente. Essi permettono di muovere due magneti permanenti definiti mover con lo scopo di comprimere ed espandere due camere che simulano rispettivamente il ventricolo destro e sinistro. Lo studio per la progettazione del controllo viene fatto attraverso i programmi MATLAB e Simulink partendo da un modello del sistema cardiocircolatorio e la sua analogia elettrica, per arrivare poi ad una configurazione in grado di replicare fedelmente il comportamento di un cuore organico. Gli andamenti ricavati serviranno a determinare la forza che l’attuatore deve esplicare per comprimere ed espandere i due ventricoli artificiali. Inoltre, attraverso opportune catene di controllo, nasce lo scopo di determinare i valori di corrente con cui gli avvolgimenti sono alimentati per garantire specifici profili di forza.