目前糖尿病治疗是通过注射胰岛素的方法,患者需要每天多次注射胰岛素,而且胰岛素的剂量无法精确控制,导致低血糖的情况发生。人工胰脏系统由于根据血糖的水平自动调节胰岛素输注速率的完全闭环控制系统,因此被认为是治疗糖尿病最有前景的方法之一。目前,人工胰脏系统中胰岛素泵和实时连续监测技术的发展水平已经满足临床要求,但是由于人体血糖调节包括体液调节和神经两部分,是个极其复杂的动态过程,而且影响血糖水平的内在因素和外在因素较多,因此对于人工胰脏闭环控制算法的设计具有很大的挑战性。本课题针对现有模型预测控制算法区间控制内没有进一步优化和没有考虑胰岛素经济性两个问题,提出一种菱形区间软约束多目标优化模型预测控制算法。同时,在血糖调节过程中,既要兼顾控制性能,还要考虑胰岛素成本的影响,因此对于预测控制算法目标函数的构建和求解,需要对多目标优化问题进行研究,本课题将设计一种多种群多目标烟花算法对目标函数进行求解。具体研究工作如下:首先,由于ARX模型能够近似反映人工胰脏血糖-胰岛素之间的关系,选用自回归模型(Auto Regressive with eXogenous Input,ARX)模型作为预测模型,并采用赤池信息准则和Kalman参数估计法对ARX模型进行系统辨识,辨识的数据来源是美国食品及药品管理局(FDA)认证的人工胰脏仿真平台——UVa/Padova在特定的碳水化合物摄入和胰岛素注射率产生的仿真数据,确定模型阶数和模型系数,为后续算法设计提供模型基础。其次,针对现有模型预测控制算法设定值控制导致自由度低和区间控制没有在区间内进行优化的问题,建立一种菱形区间软约束的模型预测控制算法。算法根据设置的容忍区间和目标值来确定菱形区间,使血糖值优先控制在菱形区间内,再进行动态优化,逐步将血糖值控制到目标值,提高系统的控制性能。并在UVa/Padova平台进行实验的验证,通过平均血糖及标准差和时间百分比评价指标验证算法在控制血糖水平方面的性能。最后,考虑到血糖调节过程中的控制性能和经济效益两大问题,在预测控制算法中构建两个目标函数,兼顾控制性能和胰岛素成本的影响。提出一种多种群多目标烟花算法(MP-MOFWA)对该多目标函数进行求解。算法构建多种群、多交叉算子的操作方式,提高群体多样性;同时根据子种群对最优解集贡献量的不同,提高算法的局部及全部搜索能力。通过与其他算法的比较,验证该算法在多样性和收敛性方面的性能。并将多目标优化的区间预测控制算法在UVa/Padova平台进行实验验证,验证该算法在控制性能和经济性两方面的优势。