Adaptive control of the human glucose-regulatory system

From a control engineer's viewpoint, the human blood-glucose metabolism is a nonlinear system whose structure and parameters are imperfectly known. Moreover, disturbances are present, and measurement of sugar concentration involves a significant transport delay. This paper examines one approach to online regulation of such a process. A simple linear stochastic model of the glucose system is assumed, and provision is made for time variation of the parameters, corresponding to real-system nonlinearities. The adaptive algorithm uses a combination of filtering, estimation, prediction and control to maintain a constant predetermined glucose concentration in a human subject. Close agreement is obtained between simulations and online experimental results. It is concluded that the control algorithm is practical, robust and successful forin vivo blood-glucose regulation.SommaireDu point de vue d'un ingénieur de contrôle, le métabolisme glycémique est un système non linéaire dont la structure et les paramètres ne sont pas parfaitement connus. En outre, des troubles sont présents, et la mesure de la concentration de glucose entraîne un important retard de transport. Ce rapport examine une solution adoptée pour la régulation directe d'un tel procédé. Un simple modèle stochastique linéaire est assumé pour le système de glucose, et il est prévu la variation des paramètres dans le temps, correspondant à des nonlinéarités de système en temps réel. L'algorithme adaptatif emploie une combinaison de filtrage, d'estimation, de prévision et de contrôle pour maintenir une concentration glycémique constante dans un sujet. Une bonne concordance est obtenue entre les simulations et les résultats des expériences directes. L'article termine en affirmant que l'algorithme de contrôle est pratique, solide et mène à bonne fin la régulation glycémiquein vivo.ZusammenfassungVon Gesichtspunkt der Regelungstechnik bildet der menschliche Blutzucker-Stoffwechsel ein nichtlineares System, deren Aufbau und Parameter nur unvollständig bekannt sind. Darüberhinaus sind Störeinflüsse vorhanden und die Messung der Zuckerkonzentration ist mit einer Transportverzögerung behaftet. Diese Arbeit untersucht einen Versuch einer on-line Steuerung eines solchen Prozesses. Ein einfaches, lineares, stochastisches Modell des Glukosesystem wird gebildet, und eine zeitliche Änderung der Parameter wird zugelassen, die den in Wirklichkeit vorhandenen Nichtlinearitäten entsprechen. Das adaptive Gleichungssystem benutzt eine Kombination von Filtern, Abschätzungen, Voraussagen und Kontrollen, um eine konstante, voreingestellte Glukosekonzentration in einem menschlichen Körper zu erhalten. Gute Übereinstimmung zwischen Simulationen und praktischen experimentellen Ergebnissen wird erzielt. Es wird gefolgert, dass das Regelungsgleichungssystem praktisch, robust und erfolgreich fürin vivo Blutzuckerregelungen ist.