کنفرانس بین المللی کنترل ، ابزار دقیق و اتوماسیون

صفحه اصلی / نهمین کنفرانس بین المللی کنترل ، ابزار دقیق و اتوماسیون

Design of Tube model predictive controller to control human heart rate by treadmill velocity

نویسندگان :

Fatemeh Rahmati¹ Sama Nikanfar² Amirhossein Nikoofard³

1- صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی 2- صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی 3- صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی

کلمات کلیدی :

Heartbeat rate،Tube MPC،Reference Tracking،Uncertainty،Treadmill

چکیده :

This study aimed to design a controller to regulate heart rate based on treadmill speed using a Model Predictive Control (MPC) framework. The researchers identified the key characteristics of heart rate and established the desired features of the controller, including the ability to track a reference signal, handle system uncertainties, and operate in real-time. Initially, a Linear MPC controller was implemented and further enhanced by incorporating a Proportional-Integral-Derivative (PID) block to create the Tube MPC controller. This controller was observed to possess the desired qualities of an ideal controller. The system's performance was evaluated for various inputs, and the effects of external noise on the system were examined . The Tube MPC's robustness and ability to handle uncertainties make it a reliable choice for regulating heart rate based on treadmill speed. Overall, the developed controller offers an effective means of regulating heart rate during physical exercise to achieve optimal performance. این مطالعه با هدف طراحی کنترل‌کننده‌ای برای تنظیم ضربان قلب بر اساس سرعت تردمیل با استفاده از چارچوب کنترل پیش‌بینی مدل (MPC) انجام شد. محققان ویژگی‌های کلیدی ضربان قلب را شناسایی کردند و ویژگی‌های مورد نظر کنترل‌کننده، از جمله توانایی ردیابی سیگنال مرجع، رسیدگی به عدم قطعیت‌های سیستم و کار در زمان واقعی را تعیین کردند. در ابتدا، یک کنترل‌کننده MPC خطی پیاده‌سازی شد و با ترکیب یک بلوک متناسب-انتگرال-مشتق (PID) برای ایجاد کنترل‌کننده Tube MPC، تقویت شد. مشاهده شد که این کنترلر دارای کیفیت های مطلوب یک کنترل کننده ایده آل است. عملکرد سیستم برای ورودی های مختلف مورد ارزیابی قرار گرفت و اثرات نویز خارجی بر روی سیستم مورد بررسی قرار گرفت. استحکام و توانایی Tube MPC در کنترل عدم قطعیت ها، آن را به انتخابی مطمئن برای تنظیم ضربان قلب بر اساس سرعت تردمیل تبدیل می کند. به طور کلی، کنترل‌کننده توسعه‌یافته ابزاری مؤثر برای تنظیم ضربان قلب در طول تمرینات بدنی برای دستیابی به عملکرد مطلوب ارائه می‌دهد.