ECMO:n LQG-reguloinnin robusti stabiilius
Hilden, Ilari (2022)
2022
Teknisten tieteiden kandidaattiohjelma - Bachelor's Programme in Engineering Sciences
Tekniikan ja luonnontieteiden tiedekunta - Faculty of Engineering and Natural Sciences
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2022-05-23
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202205024216
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202205024216
Tiivistelmä
Stabiilius ja robustius ovat molemmat säätöpiirien perusvaatimuksia, minkä vuoksi stabiiliuden robustiuden tutkiminen on tärkeää säätöpiirejä suunniteltaessa. Stabiiliuden robustiuden tutkimiseen on kehitetty useita menetelmiä ja graafisia työkaluja. Tässä työssä tutkitaan, miten taajuusvastemenetelmiä voidaan käyttää monimuuttujasäädön stabiiliuden robustiuden tutkimiseen. Menetelmiä sovelletaan ECMO (Extracorporeal Membrane Oxygenation) -laitteiston hapettimen säätöpiirissä esiintyvien epävarmuuksien tutkimiseen.
ECMO-laitteistoa käytetään terveydenhuollossa ECMO-hoidossa hiilidioksidin poistamiseen potilaan verestä ja veren uudelleen hapettamiseen. ECMO-laitteiston hapettimen säätimenä tullaan käyttämään LQG (Linear-Quadratic-Gaussian) -säädintä. Toteutettava LQG-säädin on estimaattoripohjainen tilatakaisinkytketty lineaaristen prosessien säädinratkaisu. Säädin perustuu neliöllisten kustannusfunktioiden minimoimiseen, kun häiriöiden oletetaan olevan normaalijakautuneita valkoisia kohinoita.
Taajuusvastemenetelmillä monimuuttujasäädön stabiiliuden robustiutta todetaan pystyttävän tutkimaan takaisinkytkentäkanavakohtaisesti sekä ottaen huomioon kaikki takaisinkytkentäkanavat ja niiden väliset vuorovaikutukset. Kanavakohtaista robustiutta tutkittaessa todetaan mahdolliseksi käyttää SISO (Single-Input Single-output) -systeemeille kehitettyjä menetelmiä stabiiliuden robustiuden tutkimiseen. Kaikkia kanavia tutkittaessa todetaan mahdolliseksi laajentaa klassisen säätöteorian vahvistus-, vaihe- ja viivevaran käsitteet monimuuttujasäädölle. Monimuuttujasäädön stabiiliuden robustiutta todetaan voitavan tutkia myös graafisesti käyttämällä ominaisuraa sekä juuriuraa.
Menetelmillä ECMO-laitteiston hapettimen säätöpiirin epävarmuuksille saadaan laskettua kriittisiä arvoja vahvistuksille, vaihesiirroille ja viiveille, joilla säätöpiirin stabiilius menetetään. Lasketuista kriittisistä arvoista ECMO:n säätöpiirin robustin stabiiliuden todetaan olevan hyvä. LQG-säätimen virityksellä havaitaan olevan vaikutusta säätöpiirin stabiiliuden robustiuteen.
ECMO-laitteistoa käytetään terveydenhuollossa ECMO-hoidossa hiilidioksidin poistamiseen potilaan verestä ja veren uudelleen hapettamiseen. ECMO-laitteiston hapettimen säätimenä tullaan käyttämään LQG (Linear-Quadratic-Gaussian) -säädintä. Toteutettava LQG-säädin on estimaattoripohjainen tilatakaisinkytketty lineaaristen prosessien säädinratkaisu. Säädin perustuu neliöllisten kustannusfunktioiden minimoimiseen, kun häiriöiden oletetaan olevan normaalijakautuneita valkoisia kohinoita.
Taajuusvastemenetelmillä monimuuttujasäädön stabiiliuden robustiutta todetaan pystyttävän tutkimaan takaisinkytkentäkanavakohtaisesti sekä ottaen huomioon kaikki takaisinkytkentäkanavat ja niiden väliset vuorovaikutukset. Kanavakohtaista robustiutta tutkittaessa todetaan mahdolliseksi käyttää SISO (Single-Input Single-output) -systeemeille kehitettyjä menetelmiä stabiiliuden robustiuden tutkimiseen. Kaikkia kanavia tutkittaessa todetaan mahdolliseksi laajentaa klassisen säätöteorian vahvistus-, vaihe- ja viivevaran käsitteet monimuuttujasäädölle. Monimuuttujasäädön stabiiliuden robustiutta todetaan voitavan tutkia myös graafisesti käyttämällä ominaisuraa sekä juuriuraa.
Menetelmillä ECMO-laitteiston hapettimen säätöpiirin epävarmuuksille saadaan laskettua kriittisiä arvoja vahvistuksille, vaihesiirroille ja viiveille, joilla säätöpiirin stabiilius menetetään. Lasketuista kriittisistä arvoista ECMO:n säätöpiirin robustin stabiiliuden todetaan olevan hyvä. LQG-säätimen virityksellä havaitaan olevan vaikutusta säätöpiirin stabiiliuden robustiuteen.
Kokoelmat
- Kandidaatintutkielmat [10929]