Progettazione di un controllore per clamp glicemico in pazienti diabetici.

In questo elaborato di tesi viene studiato il comportamento di due diverse tipologie di controllori, il PID e il model predictive control (MPC), al fine di assistere i clinici nel modulare l’infusione di glucosio durante esperimenti di glucose clamp su pazienti con diabete di tipo 1. Nel primo capitolo viene introdotto il problema di controllo e descritto l’ambiente del lavoro: vengono spiegati nei dettagli i clamp glicemici, la loro funzione e come vengono effettuate le prove, viene brevemente descritto il diabete e le caratteristiche del simulatore utilizzato per la sperimentazione. Nell’ultima parte si enunciano gli obiettivi del lavoro, con tutti i protocolli seguiti durante i clamp simulati, i pazienti virtuali e le metriche impiegati nell’analisi dei risultati. Nel secondo capitolo viene descritta la prima tipologia di controllore analizzata, il PID. Viene definita matematicamente la sua azione di controllo, composta da tre diverse azioni (proporzionale, integrativa, derivativa) sommate tra loro, ognuna con un compito diverso. Esse vengono descritte singolarmente, ed infine vengono illustrati i diversi metodi per mettere a punto il controllore mediante il tuning delle tre azioni. Nel terzo capitolo viene applicato il PID alle tipologie di clamp definite nel primo capitolo. Viene eseguito un primo tuning sommario per poi andare ad effettuare tre tuning più specifici: uno manuale, effettuato analizzando qualitativamente i risultati dei test per ogni prova, e due automatizzati, effettuati da un algoritmo di ottimizzazione che è andato a minimizzare due diverse funzioni costo. Nel quarto capitolo viene definito matematicamente la seconda tipologia di controllore, l’MPC. Viene prima analizzato il metodo utilizzato dal controllore per predire il comportamento del sistema, rappresentato mediante un modello. In seguito, viene illustrato l’algoritmo di ottimizzazione e i vincoli applicati all’azione di controllo del controllore. Vengono descritte le differenze tra un MPC senza azione integrale e uno con azione integrale, implementata in full velocity form (FVF). Nel quinto capitolo si implementa l’MPC ai clamp, prima nella forma base, senza azione integrale, successivamente nella forma FVF con l’azione integrale. Il primo passo consiste però nella costruzione di un modello lineare rappresentante i pazienti. Infine, si va ad effettuare un tuning dell’aggressività del controllore, modificabile mediante un parametro contenuto nella funzione costo utilizzata dall’algoritmo di ottimizzazione.