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压电驱动式胰岛素泵是代替糖尿病患者人工注射胰岛素的一种连续微量给药装置,但由于人体的血糖-胰岛素调节模型具有非线性时变性,再加之胰岛素发挥作用的延迟以及皮下组织液葡萄糖浓度相对于实际血糖浓度的延迟,使得外界存在干扰时极易发生低血糖现象。此外,压电泵的微量输注精度不高也是制约其快速发展的原因之一。为提高压电式胰岛素泵给药安全性,降低患者在使用胰岛素泵过程中发生高低血糖的概率,本文针对胰岛素作用延迟产生的低血糖和胰岛素计算注射率转化为实际注射率存在误差、压电泵精度不高的问题,分别研究了避免胰岛素输入过量的胰岛素泵注射率计算方法和提高压电泵实际注射率精度的控制方法,取得了较好的效果,主要包括以下内容:(1)分析了压电式胰岛素工作原理,构建了压电泵输出流量数学模型,设计了胰岛素注射率计算量与泵控信号的映射模式。针对现有胰岛素泵注射率设定值不准和输出流量精度不高的问题,提出了压电式胰岛素泵性能优化的整体控制思路:首先应用血糖控制算法计算胰岛素注射率,并采用血糖预测模型预测长时间段血糖值,对注射率设定值进行校准,再将设定的注射率转化为泵控信号,最后针对泵输出流量PID控制方法抗干扰能力弱,自适应能力差,对控制器参数进行在线整定及优化。(2)针对人体血糖-胰岛素调节模型具有非线性时变性,而经典的PID控制方法灵活性不足,抗干扰能力差,采用BP神经网络辅助调节控制器参数。针对胰岛素发挥作用存在延迟、血糖传感器获得的血糖信息具有一定的滞后性等特点,为降低餐后低血糖发生概率,应用门控循环单元(GRU,Gated Recurrent Unit)对患者未来60分钟的血糖变化进行预测,得到附带低血糖预测功能的BP-PID控制器,避免胰岛素输入过量。采用平均绝对百分误差和克拉克网格分析法分析了GRU血糖预测效果,并与其它时间序列预测方法进行了比较。利用SIMULINK仿真实验探究了“BP-PID+GRU预测”模式下的血糖控制效果,验证了该方法计算的胰岛素注射率能达到较好的控糖效果。(3)提出了基于粒子群算法的实际注射率模糊PID控制方法。首先给定了胰岛素泵注射率与压电泵驱动信号的转换方法。为提高胰岛素泵实际注射率精度,对单次脉冲信号下的输出流量进行PID控制。针对PID控制调节时间长、自适应能力差,采用模糊控制对PID参数进行在线整定,考虑到模糊PID初始参数严重影响控制器超调量,利用粒子群算法全局搜索能力对初始参数进行优化,采用SIMULINK进行了仿真验证,结果表明控制器同时具有高精度和较小的超调。