Diseño robusto de un observador de perturbaciones con saturaciones: Aplicación al control de regulación de la glucosa en pacientes con diabetes tipo 1

Abstract

[EN] Diatebes mellitus type 1 (T1DM) requires an strict control for insulin delivery to avoid severe consequences derived from hiperglycemia and hipoglycemia. The concept of an artificial pancreas allows the automation of the threatment of patients with this disease. However, capable control algorithms are required to operate efficiently such devices in order to maintain the blood glucose concentration (GC) in appropriate levels. Such GC levels together with the incapability of controller to eliminate insulin from system indicates that input and output are bounded, which is taken into account in the controller design to provide a better performance. Owing to the presence of uncertainty and external perturbations, the design of a robust bounded controller based on an Enhanced Generalized Extended State Observer (EGESO) is proposed to ensure an appropriate operation that avoids hiperglycemia and hipoglycemia scenarios. Estimation of states and disturbance is provided by EGESO, which eliminates the neccessity of information related to meal times and carbohydrate content. Closed loop system stability with the proposed controller is guaranteed by means of the Attractive Ellipsoid Method and the solution of a BMI optimization problem. The performance of the proposal is verified by simulations in Simulink, which shows thatthe proposal emulates the open-loop therapy where the patient delivers a bolus of insulin in parallel form with every meal.

[ES] La diabetes mellitus tipo 1 requiere de un estricto control en la administración de insulina para evitar consecuencias graves derivadas de la hiperglucemia y la hipoglucemia. El concepto de páncreas artificial permite la automatización en el tratamiento de pacientes con esta enfermedad, sin embargo, requiere de algoritmos de control capaces de operar eficientemente para mantener la concentración de glucosa en la sangre en niveles apropiados. Estos niveles apropiados en conjunto con el hecho de que el controlador no puede eliminar insulina del sistema nos indican que la salida y la entrada se encuentran acotadas, lo cual es considerado en el diseño del controlador para mejorar su desempeño. Debido a la presencia de incertidumbres y perturbaciones externas se propone el uso de un controlador robusto basado en un observador de estados extendidos generalizado (EGESO) que asegure una operación eficiente que evite episodios de hiperglucemia e hipoglucemia. Con el uso del EGESO se pueden estimar tanto los estados del sistema como las perturbaciones, lo cual elimina la necesidad de conocer información sobre las horas de ingesta, así como las cantidades a ingerir. La estabilidad del sistema de control propuesto es asegurada mediante el método del elipsoide atractivo y la solución de un problema de optimización basado en desigualdades matriciales bilineales (BMI). El desempeño del esquema de control propuesto es verificado mediante pruebas de simulación en Simulink, donde se observa que el controlador propuesto emula la terapia de bucleabierto en la cual el paciente debe administrar un bolo de insulina de forma paralela a cada ingesta..