Advanced control techniques for the heart rate during treadmill exercise

L'objectiu d'aquest treball és el disseny d'un controlador de velocitat per a una cinta de córrer de manera que la freqüència cardíaca d'una persona que corre sobre ella segueixi un perfil determinat, potencialment variable en el temps, preespecificado pels metges per a la recupe...

ver descrição completa

Detalhes bibliográficos
Autor: Esmaeili, Ali
Formato: tesis doctoral
Fecha de publicación:2019
País:España
Recursos:Universitat Autònoma de Barcelona
Repositorio:Dipòsit Digital de Documents de la UAB
Idioma:inglés
OAI Identifier:oai:ddd.uab.cat:240406
Acesso em linha:https://ddd.uab.cat/record/240406
Access Level:acceso abierto
Palavra-chave:Control de la freqüència cardíaca
Control lliscant super-twisting
Control a temps discret
Control de la frecuencia cardíaca
Heart rate control
Control deslizante super-twisting
Super-twisting sliding mode control
Control en tiempo discreto
Discrete-time control
Tecnologies
621.3
Descrição
Resumo:L'objectiu d'aquest treball és el disseny d'un controlador de velocitat per a una cinta de córrer de manera que la freqüència cardíaca d'una persona que corre sobre ella segueixi un perfil determinat, potencialment variable en el temps, preespecificado pels metges per a la recuperació cardíaca de la persona. Inicialment es considera el model matemàtic que relaciona la velocitat de la cinta de córrer amb la freqüència cardíaca de la persona. Un dels aspectes importants del model és la determinació dels seus paràmetres. En aquest sentit, en primer lloc es tracta el problema de l'estimació paramètrica, que es formula com un problema d'optimització que és resolt amb una tècnica heurística coneguda com Particle Swarm Optimization (PSO). Aquesta és la primera vegada que aquesta tècnica s'utilitza en l'estimació de models cardíacs i és una de les contribucions de la tesi. A continuació, es dissenya un controlador en mode lliscant de tipus super-Twisting per dur a terme el control robust de la cinta en presència d'incertesa paramètrica i dinàmica no modelada. Els experiments numèrics duts a terme mostren que el algoritmes estimació emprat és capaç d'obtenir valors molt precisos per als paràmetres del sistema i que l'enfocament de control utilitzat obté un error de seguiment nul asimptòticament, aconseguint els objectius del control. En tots dos casos, la velocitat de la cinta es troba en el rang dels 2-4 km \/ h, rang que no s'ha utilitzat anteriorment en els treballs previs. Finalment, en l'última part d'aquest treball, es dissenya un controlador robust en temps discret. Inicialment es dissenya un controlador de tipus linealització per realimentació, però es mostra que la seva robustesa és pobre. Per resoldre aquest problema es proposa un altre mètode basat en l'estimació simultània estat-paràmetres. Tot i que els resultats obtinguts són prometedors, l'enfocament presenta algunes problemes com la no identificació dels paràmetres i la generació d'algunes oscil·lacions no a la sortida. Atès que l'aproximació del control lliscant amb super-Twisting ha proporcionat un gran resultat en temps continu, es proposa un controlador lliscant amb super-Twisting en el cas discret. Per a això, inicialment es dissenya un control lliscant per al sistema linealitzat i discretitzat. Es dissenya un control lliscant amb observador i el senyal de control es reconstrueix per mitjà d'un retenidor d'ordre zero (ZOH). No obstant això, el sistema és intrínsecament nolineal, de manera que s'estén el disseny al sistema nolineal discretitzat, per al qual s'aplica el controlador amb super-Twisting. El controlador proposat és capaç d'aconseguir un seguiment de la trajectòria excel·lent sense la presència de chattering i sense la necessitat d'un observador d'estat, el que és una de les contribucions de la tesi. En aquest cas també, la velocitat de la cinta es troba en el rang dels 2-4 km \/ h, rang que no s'ha utilitzat anteriorment en els treballs previs.