فایل ویکی فایل ویکی دروس تخصصی موفقیت پاورپوینت ارسال ارتباط با ما دانلود

دانلود پروژه كنترل اتوماتيك فشارخون با استفاده از كنترلر PID و تنظيم پارامترهاي آن توسط الگوريتم ژنتيك

دانلود پروژه كنترل اتوماتيك فشارخون با استفاده از كنترلر PID و تنظيم پارامترهاي آن توسط الگوريتم ژنتيك

فشارخون بالا زماني ايجاد مي شود كه فشارخون در ديواره رگ ها بيش از حد معمول بالا رود كه اين وضعيت بسيار خطرناك است چون گاهي اوقات تاْثيرات مخرب آن در مرور زمان افزايش مي يابد ، پس ثابت نگه داشتن سطح فشارخون در حالت نرمال حائز اهميت است . کنترل PID به دليل سادگی و مقاوم بودن آن تا کنون در کنترل بسياری از پروسه های صنعتی مورد استفاده قرار گرفته است. معمولا در کاربردهای صنعتی، پارامترهای کنترلر PID به صورت دستی و با سعی و خطا تنظيم می شود. تنظيم پارامترهای کنترلر به صورت دستی، کارايی آن را به ويژه در شرايطی که زمان اهميت دارد و نيز در مواردی که پارامترهای پلانت از قبل مشخص نباشد، کاهش می دهد. لذا در سالهای اخير کار تحقيقاتی زيادی در زمينه تنظيم اتوماتيک پارامترهای کنترلر PID انجام گرفته و از بسياری از تکنيک های هوشمند مانند الگوريتم های ژنتيک، بهينه سازی انبوه ذرات و ... برای تنظيم پارامترهای اين کنترلر استفاده شده است.

در اين پروژه، از الگوريتم ژنتيک جهت تنظيم پارامترهای کنترلر PID استفاده شده است. تنظيم اتوماتيک پارامترهای کنترلر توسط الگوريتم ژنتيک، دقت و سرعت کنترلر را به طرز قابل توجهی بهبود بخشيده و انعطاف کنترلر را برای برخورد با سيستمهای مختلف افزايش می دهد. کنترلر PID-GA پيشنهادی ، جهت تنظيم نرخ تزريق دارو به منظور کنترل فشار خون بيمار مورد استفاده قرار گرفته است. نتايج شبيه سازی ها نشان می دهد که اين کنترلر با دقت و سرعت مناسب، سطح فشار خون بيمار را به حالت نرمال برمی گرداند و تغيير پارامترهای بيمار نيز در کارايی کنترلر تاثيری نخواهد داشت.

واژه هاي كليديتنظيم اتوماتيك فشارخون ، كنترلر PID ، الگوريتم ژنتيك ، تنظيم پارامترهاي كنترلر PID با الگوريتم ژنتيك

امروزه كنترل اتوماتيك ، نقش مهمي در پزشكي مدرن ايفا مي نمايد . از كاربردهاي كنترل در پزشكي ، سيستم هاي تزريق انسولين[1،2] ، كنترل تنفس[3،4] ، قلب مصنوعي[5،6] و كنترل اندام هاي مصنوعي[7] را ميتوان نام برد.

از ديگر كاربردهاي مهم و حياتي كنترل در پزشكي ، كنترل فشار خون است . بطور ساده مي توان گفت ، فشار خون متناسب با برون ده قلبي و مقاومت رگ ها است ، لذا براي كاهش فشار خون در فشار خون بالا مي توان ، برون ده قلبي و يا مقاومت رگي را كاهش داد.[8] روش معمول براي كاهش فشار خون ، كم كردن مقاومت رگي ، از طريق تزريق داروهاي بازكننده رگ است .

داروي كاهنده فشار خون مورد استفاده در اين پايان نامه ، داروي سديم نيترو پروسايد[1] است كه از طريق مهار پيام عصبي از گره هاي سمپاتيك و پاراسمپاتيك فشارخون را كاهش مي دهد . [9،10]

مي توان گفت ، يكي از مهمترين عوامل در عمل جراحي كنترل فشارخون است .[11] زيرا در اين حالت افزايش فشارخون ممكن است ، به خونريزي شديد و حتي مرگ بيمار منجر گردد . به طور كلي ،    مي توان كنترل فشار خون در عمل جراحي را به دو دسته كلي كنترل فشار در حين عمل جراحي و بعد از عمل جراحي تقسيم بندي نمود .

كنترل فشار خون بعد از عمل جراحي ، معمولاً در بيماران قلبي كه عمل باي پس عروق كرونري[2] داشته اند انجام مي گيرد ،[12،13] زيرا در اين بيماران خطر افزايش فشار خون وجود دارد .كنترل فشار خون در حين عمل جراحي از اهميت ويژه اي برخوردار است ، از دلايل آن مي توان به كاهش خون ريزي داخلي ، آشكارسازي جزئيات ساختارهاي آناتومي بدن كه ممكن است توسط خونريزي محو شده باشند و همچنين تسريع و تسهيل در عمل جراحي ، اشاره كرد .[14]

محققين زيادي در رابطه با كنترل فشار خون به تحقيق پرداخته اند . در اواخر دهه ۱٩٧٠ سيستم هاي كنترل فشارخون گسترش زيادي يافتند . شپارد[3] [15] يك كنترل كننده PID را براي كنترل فشار خون بكار برد ، ولي اين كنترل كننده نتوانست نسبت به اختلافات جزئي پاسخ به داروهاي هايپوتنسيو عملكرد خوبي داشته باشد . استفاده از كنترل تطبيقي توسط ويدرو[4] [16] ، آنسپارگر[5] و همكارانش[17] بررسي شد ، ولي اين روش نيز نسبت به اغتشاشهاي موجود ، كارايي خوبي نداشت . كويوو[6] [18]، سيستم كنترل فشار خوني را در يك سطح پايين نگه مي داشت ولي محدوده فشارخوني كه مي تواست به عنوان مرجع در نظر گرفته شود ، كم بود . فوكوي[7] و ماسوزاوا[8] [19] از منطق فازي براي كنترل فشار خون استفاده كردند ، بطوريكه فشار خون را در يك سطح بالا ، براي بعضي كاربردهاي پزشكي ، كنترل مي نمودند ولي نوسانات به سادگي در پاسخ ظاهر مي شدند ، زيرا وجود زمان مرده در پاسخ را در مرحله طراحي در نظر نگرفته بودند .[47]

الگوريتم ژنتيك ، يك روش بهينه سازي تصادفي است كه ايده اوليه آن از مكانيسم انتخاب طبيعي و ژنتيك تكاملي گرفته شده است ،[20]  اين روش بهينه سازي با روش جستجوي موازي از مؤثرترين روش هاي بهينه سازي است .

در اين پروژه ، با استفاده از الگوريتم ژنتيك و الگوريتم هاي هم تكاملي هم كارانه  ، كنترل كننده PID بهينه براي كنترل فشارخون حين عمل جراحي طراحي گرديده است . با استفاده از اين روش ، مي توان سطح فشار خون را در سطح دلخواه با خطاي حالت ماندگار صفر تنظيم نمود .

در فصل دوم اين پايان نامه ، در رابطه با فشار خون و روش هاي درمان پزشكي آن صحبت خواهد شد . فصل سوم به بررسي كنترلر PID و الگوريتم ژنتيك و مدل هاي رياضي موجود براي سيستم فشارخون و همچنين تنظيم پارامترهاي كنترلر PID با استفاده از الگوريتم ژنتيك ، اختصاص داده مي شود . در فصل  چهارم الگوريتم هاي هم تكاملي هم كارانه و استفاده از آن ها براي تنظيم پارامترهاي كنترلر PID مورد بحث قرار خواهد گرفت .  در فصل پنجم نتايج به دست آمده از شبيه سازي سيستم فشار خون و طراحي كنترلر آن مورد مطالعه قرار گرفته و در نهايت در فصل ششم ، نتايج بدست آمده از اين تحقيق بيان شده و پيشنهاداتي براي مطالعات آينده ارائه خواهد گرديد .

فهرست مطالب:

فصل اول   مقدمه                                                                                           1

فصل دوم   بیماری فشارخون و روش های درمان پزشکی                                           4  

2-1   مقدمه                                                                                                4

2-2   تعريف فشار خون                                                                                  6

2-3   انواع فشار خون                                                                                    7

2-3-1   علائم                                                                                             7

2-3-2   تشخيص                                                                                         8

2-3-3   درمان                                                                                            8

2-4   افزايش فشار خون                                                                                 11                                

2-4-1   شکل فشار خون بدخيم يا تشديد شده                                                    12                

2-5   عوارض ناشی از فشار خون بالا                                                                  12

2-5-1   نارسايی قلبی                                                                                   12

2-5-2   نارسايی کليه                                                                                   13

2-5-3   ضعف بينايی                                                                                    13

2-5-4   سکته مغزی                                                                                    13

2-5-5   حمله گذرای ايسکمی                                                                        14

2-5-6   فراموشی                                                                                        14

2-5-7   بيماری عروق قلبی                                                                            14

2-5-8   سکته (حمله) قلبی                                                                            15

2-5-9   بيماری عروق محيطی                                                                        15

2-6   شيوه های درمان فشار خون بالا                                                                15

2-7   برخی داروهای پايين آورنده فشار خون                                                        16

فصل سوم   استفاده از الگوريتم ژنتيك در تنظيم پارامترهاي كنترلر PID                    

3-1   مقدمه                                                                                               17

3-2   کنترلر PID                                                                                     

3-2-1   مقدمه                                                                                            18

3-2-2   اجزاي كنترلر                                                                                   19

3-2-3   PID پيوسته                                                                                   20

3-2-4   بهينه سازی کنترلر                                                                           20

3-2-5   مشخصات کنترلر های تناسبي-مشتق گير-انتگرالگير                                  21

3-2-6   مثالي از تنظيم پارامترهاي كنترلر PID                                                  

3-2-6-1   كنترل تناسبي                                                                              23

3-2-6-2   كنترل تناسبي – مشتق گير                                                             24

3-2-6-3   كنترل تناسبي – انتگرالي                                                                25

3-2-6-4   اعمال كنترلر PID                                                                        

3-3   الگوريتم ژنتيک                                                                                    27    

3-3-1   مقدمه                                                                                           27

3-3-2   تاريخچه الگوريتم ژنتيك                                                                     28

3-3-3   زمينه های بيولوژيكي                                                                         29

3-3-4   فضای جستجو                                                                                 30

3-3-5   مفاهيم اوليه در الگوريتم ژنتيک                                                            31

3-3-5-1   اصول پايه                                                                                   31

3-3-5-2   شمای کلی الگوريتم ژنتيک                                                              31

3-3-5-3   کد کردن                                                                                    32

3-3-5-4   کروموزوم                                                                                    32

3-3-5-5   جمعيت                                                                                      33

3-3-5-6   مقدار برازندگی                                                                             33

3-3-5-7   عملگر برش                                                                                 34

3-3-5-8   عملگر جهش                                                                               36

3-3-6   مراحل اجرای الگوريتم ژنتيک                                                              38

3-3-7   همگرايي الگوريتم ژنتيك                                                                    43

3-3-8   شاخص هاي عملكرد                                                                          44

3-3-8-1   معيارITAE                                                                                 

3-3-8-2   معيار IAE                                                                                   

3-3-8-3   معيار ISE                                                                                   

3-3-8-4   معيار MSE                                                                                 

3-4   تنظيم پارامترهاي كنترلر PID با استفاده از الگوريتم ژنتيك                              45

3-4-1   تاريخچه                                                                                         46

3-4-2   نحوه تنظيم پارامترهاي كنترلر PID با استفاده از الگوريتم ژنتيك                   46

3-5   مدل سازي رياضي سيستم تنظيم فشار خون                                                47

3-5-1   مقدمه                                                                                           47

3-5-2   مدل هاي ديناميكي توسعه داده شده                                                      48

3-5-2-1   مدل اول                                                                                     48

3-5-2-2   مدل دوم                                                                                    49

3-5-2-3   مدل سوم                                                                                    50

3-5-2-4   مدل چهارم                                                                                 52

3-6   پياده سازي سيستم تحويل دارو براي تنضيم فشارخون                                   53

فصل چهارم   الگوريتمهاي هم تكاملي هم كارانه                                                    55

4-1   مقدمه                                                                                               55

4-1-1   مفهوم هم تكاملي در طبيعت                                                                55

4-1-2   الگوريتم هاي هم تكاملي ( CEAs)                                                     

4-2   تاريخچه                                                                                            57

4-3   چرا از الگوريتمهاي هم تكاملي استفاده مي كنيم؟                                          58

4-3-1   فضاي جستجوي بزرگ يا نامحدود                                                         59

4-3-2   عدم وجود يا مشكل بودن بيان رياضي معيار مطلق براي ارزيابي افراد               60

4-3-3   ساختارهاي پيچيده و يا خاص                                                              61

4-4   معايب هم تكاملي                                                                                 62

4-5   طبقه بندي الگوريتم هاي هم تكاملي                                                         64

4-5-1   ارزيابي                                                                                           64

4-5-1-1   كيفيت و چگونگي Payoff                                                            

4-5-1-2   روش هاي اختصاص برازندگي                                                           66

4-5-1-3   روش هاي تعامل بين افراد                                                               67

4-5-1-4   تنظيم زمان به هنگام سازي                                                             68

4-5-2   نحوه نمايش                                                                                    69

4-5-2-1   تجزيه مسأله به اجزاي كوچكتر                                                         69

4-5-2-2   توپولوژي فضايي                                                                           69

4-5-2-3   ساختار جمعيت                                                                            69

4-6   چهارچوب كلي الگوريتم هم تكاملي همكارانه                                                70

4-7   مقاوم بودن در الگوريتم هاي هم تكاملي هم كارانه                                         70

4-8   تئوري بازيهاوتحليل الگوريتم هم تكاملي براساس مفاهيم تئوري بازي تكاملي         72

4-9   زمينه هاي كاربرد الگوريتم هاي هم تكاملي                                                  75

فصل پنجم   شبيه سازي ها و نتايج                                                                    78

5-1   مقدمه                                                                                               78

5-2   كنترل بهينه فشارخون حين عمل جراحي توسط الگوريتم ژنتيك                      78

5-2-1 شبيه سازي سيستم كنترل اتوماتيك فشارخون با كنترلر PID والگوريتم ژنتيك  79

5-2-1-1  انتخاب مدل رياضي                                                                       79

5-2-1-2   انتخاب كنترلر                                                                              80

5-2-1-3   انتخاب تابع برازندگی برای الگوريتم ژنتيک                                           81

5-2-1-4   اعمال کنترلر و عمل کردن الگوريتم ژنتيک                                           82

5-2-2   نتايج شبيه سازی                                                                              84

5-2-3   پاسخ هاي حاصل از اجراي برنامه شبيه سازي شده                                     85

فصل ششم   نتيجه گيري و پيشنهادات                                                               88

6-1   نتيجه گيري                                                                                       88

6-2   پيشنهادات                                                                                         89

مراجع                                                                                                       90 

شامل 100 صفحه فایل word قابل ویرایش


اشتراک بگذارید:


پرداخت اینترنتی - دانلود سریع - اطمینان از خرید

پرداخت و دانلود

مبلغ قابل پرداخت 6,000 تومان
عملیات پرداخت با همکاری بانک انجام می شود

درصورتیکه برای خرید اینترنتی نیاز به راهنمایی دارید اینجا کلیک کنید


فایل هایی که پس از پرداخت می توانید دانلود کنید

نام فایلحجم فایل
progeh_691055_2036.zip595.8k





آخرین محصولات فروشگاه