Glucose level regulation with a nonlinear arx model based controller design
Doğrusal olmayan ARX model tabanlı kontrolör tasarımı ile glikoz seviyesi düzenlemesi
- Tez No: 942987
- Danışmanlar: PROF. DR. SAVAŞ ŞAHİN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Kan glükozu, Blood glucose
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İzmir Katip Çelebi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Elektrik Elektronik Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Tip 1 Diyabet (T1D) hastaları için etkili diyabet yönetimi büyük önem taşır. T1D hastalarında pankreasın beta hücreleri yeterli insülin salgılayamaz, bu da yüksek glikoz seviyelerine ve hiperglisemiye yol açabilir. Bu tez, Kapalı Döngü (CL) kontrol sistemini kullanarak Yapay Pankreas (AP) sistemi ile glikoz seviyelerini sağlıklı bir bireyin seviyelerine düzenlemeye odaklanarak hipoglisemi ve hiperglisemi risklerini en aza indirmeyi amaçlamaktadır. Bu çalışmada Ohio Üniversitesi'ne ait 12 T1D hastasına ait verilerin yer aldığı OhioT1DM veri seti kullanıldı. Öncelikle veriler ön işleme tabi tutuldu ve aşamalar eksik özellikler için Kübik Spline İnterpolasyonu ve Ki-Kare yöntemi ile özellik seçimi oldu. Veri setindeki eksik özellik değerlerini doldurmak için Kübik Spline İnterpolasyonu kullanıldı ve Ki-Kare yöntemi ile özellik seçimi veri setindeki tüm özelliklerden glikoz ile en yüksek korelasyona sahip özelliği belirledi. İnsülin ve glikoz arasındaki ilişki MATLAB R2024b'deki Sistem Tanımlama Araç Kutusu kullanılarak modellendi. Sistem Tanımlama ile yapılan modellemeye göre en iyi sonuçlar, Wavelet Sinir Ağı (WNN) tabanlı eXogenous Girişli Doğrusal Olmayan Otoregresif Model (NLARX) modelinden elde edilmiştir. Kapalı Döngü Yapay Pankreas (CLAP) sisteminde plant olarak WNN tabanlı NLARX kullanılmıştır. Bu sistem iki farklı kontrolcü ile tasarlanmıştır. İlk CLAP sisteminde kontrolcü olarak Orantılı-İntegral-Türev (PID) kullanılmıştır. PID kontrolcü katsayıları CLAP sisteminin glikoz değerini düzenlemesi için en uygun değerlere ayarlandı. Ters sistem yaklaşımına dayanan ikinci CLAP sisteminde kontrolcü olarak WNN tabanlı NLARX modeli kullanılmıştır. CLAP sistemleri, MATLAB R2024b Simulink ortamı kullanılarak ayrıntılı performans grafiği simülasyonları ile incelenmiştir. Model performansını değerlendirmek için çeşitli performans ölçütleri kullanılmıştır. Bu ölçütler, Tahmin Verilerine Uygunluk (Fit), Son Tahmin Hatası (FPE) ve Ortalama Karesel Hata'dır (MSE). Metrik sonuçlarının Fit için 99,08, FPE için 4,97 ve MSE için 4,91 olduğu bulunmuştur. Sonuçlar, kontrolörlü CLAP sistemlerinin T1D'li hastalar için iyi performans gösterdiğini göstermektedir. PID kontrolcü ve ters sistem yaklaşımı ile tasarlanan ve kontrolcü olarak NLARX modelinin kullanıldığı CLAP sistemleri, sensörlerin ve glikoz izleme cihazlarının daha hassas çalışmasını ve otomasyonunu destekleyerek AP teknolojisinin ilerlemesine katkı sağlayacaktır.
Özet (Çeviri)
Effective diabetes management is of great importance for patients with Type 1 Diabetes (T1D). In patients with T1D, the beta cells of the pancreas can not secrete enough insulin, which can lead to high glucose levels and hyperglycemia. This thesis aims to minimize the risks of hypoglycemia and hyperglycemia by focusing on regulating glucose levels to those of a healthy individual with the Artificial Pancreas (AP) system using the Closed-Loop (CL) control system. In this study, the OhioT1DM dataset consisting of data from 12 T1D patients belonging to Ohio University was used. Firstly, the data was preprocessed, and the stages were Cubic Spline Interpolation for missing features and feature selection with Chi-Squared method. Cubic Spline Interpolation was used to fill the missing feature values in the dataset, and the feature selection with the Chi-Squared method determined the feature with the highest correlation with glucose from all the features in the dataset. The relationship between insulin and glucose was modelled using the System Identification Toolbox in MATLAB R2024b. According to the modelling done with System Identification, the best results were obtained from the Wavelet Neural Network (WNN) based Nonlinear AutoRegressive Model with eXogenous Input (NLARX) model. WNN-based NLARX was used as the plant in the Closed-Loop Artificial Pancreas (CLAP) system. This system was designed with two different controllers. In the first CLAP system, Proportional-Integral-Derivative (PID) was used as the controller. The PID controller coefficients were adjusted to the most appropriate values for the CLAP system to regulate the glucose value. In the second CLAP system, based on the inverse system approach, the WNN-based NLARX model was used as the controller. CLAP systems were examined with detailed performance graph simulations using MATLAB R2024b Simulink environment. Various performance metrics were used to evaluate model performance. These metrics are Fit to Estimation Data (Fit), Final Prediction Error (FPE), and Mean Square Error (MSE). The metric results were found to be 99,08 for Fit, 4,97 for FPE, and 4,91 for MSE. The results show that the CLAP systems with controllers performed well for patients with T1D. CLAP systems are designed with PID controller and inverse system approach where the NLARX model is used as the controller will contribute to the advancement of AP technology by supporting more precise operation and automation of sensors and glucose monitoring devices.
Benzer Tezler
- Şeker şurubunun inversiyonuna etki eden kimi faktörlerin araştırılması
Başlık çevirisi yok
SAİDE GÜNERİ
Yüksek Lisans
Türkçe
1985
Gıda MühendisliğiEge ÜniversitesiTarım Bilimleri ve Teknolojileri Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ÜNAL YURDAGEL
- Bazı besiyeri faktörlerinin mısır (Zea mays L.) ve arpa (Hordeum vulgare L.) embriyo kültürleri üzerine etkileri
Başlık çevirisi yok
ATALAY SÖKMEN
Yüksek Lisans
Türkçe
1987
BiyolojiCumhuriyet ÜniversitesiBiyoloji Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. RAHMİ BİLALOĞLU
- Toz kakaoda tağşiş saptama metodları üzerinde çalışmalar
Başlık çevirisi yok
TOMRİS ALTUĞ
Doktora
Türkçe
1987
Gıda MühendisliğiEge ÜniversitesiGıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. MERAL GÖNÜL
- Diyabetus mellitus'da gözlenen mikrovasküler komplikasyonların prostaglandinler ile olan ilişkisi
The Relation of microvaskular complications observed in diabetes mellitus with prostoglandins
CANAN NEBİGİL
Doktora
Türkçe
1985
Eczacılık ve FarmakolojiCumhuriyet ÜniversitesiFarmakoloji Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. YUSUF SARIOĞLU