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面向智能血糖管理的餐前胰岛素剂量贝叶斯学习优化方法

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自动化学报 2023年第9期49卷 1915-1927页

作者：史大威蔡德恒刘蔚王军政纪立农北京理工大学复杂系统智能控制与决策国家重点实验室北京100081 北京大学人民医院北京100044

餐前胰岛素剂量精准决策是改善糖尿病患者血糖管理的关键.临床治疗中胰岛素剂量调整一般在较短时间内完成,具有典型的小样本特征;数据驱动建模在该情形下无法准确学习患者餐后血糖代谢规律,难以确保胰岛素剂量的安全和有效决策.针对这... 详细信息

餐前胰岛素剂量精准决策是改善糖尿病患者血糖管理的关键.临床治疗中胰岛素剂量调整一般在较短时间内完成,具有典型的小样本特征;数据驱动建模在该情形下无法准确学习患者餐后血糖代谢规律,难以确保胰岛素剂量的安全和有效决策.针对这一问题,设计一种临床经验辅助的餐前胰岛素剂量自适应优化决策框架,构建高斯过程血糖预测模型和模型有效性在线评估机制,提出基于历史剂量和临床经验决策约束的贝叶斯优化方法,实现小样本下餐后血糖轨迹的安全预测和餐前胰岛素注射剂量的优化决策.该方法的安全性和有效性通过美国食品药品监督管理局接受的UVA/Padova T1DM平台测试结果和1型糖尿病患者实际临床数据决策结果充分验证.可为餐前胰岛素剂量智能决策及临床试验提供方法基础和技术支持,也为中国糖尿病患者血糖管理水平的有效改善,提供了精准医学治疗手段.

关键词：餐前剂量决策数据驱动建模贝叶斯优化临床经验临床数据验证

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卫星编队的管道模型预测控制方法研究

北京理工大学学报 2021年第2期41卷 201-206页

作者：邹恒光宋继良王军政张磊史大威北京理工大学自动化学院北京100081 中国空间技术研究院北京100094

提出一种针对静止轨道卫星编队构型保持的管道模型预测控制策略.利用CWH方程,构建了轨道相对运动模型.通过构建误差管道,设计鲁棒模型预测控制器,解决了模型失配所导致的不确定性问题.在Matlab/Simulink中搭建了系统仿真模型并进行了构... 详细信息

提出一种针对静止轨道卫星编队构型保持的管道模型预测控制策略.利用CWH方程,构建了轨道相对运动模型.通过构建误差管道,设计鲁棒模型预测控制器,解决了模型失配所导致的不确定性问题.在Matlab/Simulink中搭建了系统仿真模型并进行了构型保持仿真.仿真结果显示,所设计的控制器能够很好地克服空间干扰以及模型失配所带来的不确定性,实现卫星编队的构型保持.

关键词：静止轨道卫星构型保持鲁棒控制模型预测控制

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数据驱动的多星任务网络预测调度算法

控制与决策 2024年第3期39卷 749-758页

作者：程绪金崔楷欣张磊刘伟史大威北京理工大学自动化学院北京100081 中国空间技术研究院通信与导航卫星总体部北京100094

多星任务调度是具有NP-hard特性的优化问题,随着卫星资源规模和任务需求规模的双重增长,传统调度方法求解效率不高.在轨卫星在常年运行过程中积累了丰富的调度数据.针对大规模多星任务调度场景,建立多星多波束任务调度模型,并提出数据... 详细信息

多星任务调度是具有NP-hard特性的优化问题,随着卫星资源规模和任务需求规模的双重增长,传统调度方法求解效率不高.在轨卫星在常年运行过程中积累了丰富的调度数据.针对大规模多星任务调度场景,建立多星多波束任务调度模型,并提出数据驱动的多星任务网络预测调度算法对其求解.以分割的思想,实现多星场景下任务可调度性预测.从历史调度数据中,提取设定的3个静态特征和5个动态特征,构建并训练预测网络,预测任务被不同卫星完成的概率,并以冲突避免、负载均衡等为原则,得到初始任务和资源卫星的分配方案.进一步设计双链结构的进化算法,以双链编码形式表征上述关系,配合设计的交叉、修复等进化算子,优化初始方案中的任务序列与资源分配关系,输出最终任务调度方案.仿真结果表明,与改进蚁群算法、混合遗传算法和数据驱动并行调度算法相比,所提出算法在运行时间、方案收益和卫星负载均衡3方面均有较好的表现.

关键词：数据驱动多星任务调度任务可调度性预测网络双链进化算法

基于胰岛素基础率估计的人工胰腺系统自抗扰控制

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自动化学报 2021年第5期47卷 1043-1057页

作者：史大威杨肖蔡德恒牟治宇刘蔚纪立农北京理工大学自动化学院复杂系统智能控制与决策国家重点实验室北京100081 清华大学自动化系北京100084 北京大学人民医院北京100044

胰岛素基础率是人工胰腺系统实现人体血糖闭环控制的基准,但该变量在临床治疗中难以准确确定.针对这一问题,本文设计了一种基于胰岛素基础率动态估计的人工胰腺自抗扰控制方法,通过扩张状态观测器(Extended state observer,ESO)实时估... 详细信息

胰岛素基础率是人工胰腺系统实现人体血糖闭环控制的基准,但该变量在临床治疗中难以准确确定.针对这一问题,本文设计了一种基于胰岛素基础率动态估计的人工胰腺自抗扰控制方法,通过扩张状态观测器(Extended state observer,ESO)实时估计血糖代谢过程中的内部与外界干扰,构建具备参数自适应能力的反馈控制律和胰岛素注射安全约束,实现血糖闭环调控能力的有效改善.在此基础上,本文设计了基于移动设备和蓝牙模块的人工胰腺软件系统,并通过美国食品药品监督管理局(Food and Drug Administration,FDA)接受的UVA/Padova T1DM仿真平台完成算法的比较仿真与功能测试.本文的工作将为后续人工胰腺临床试验的开展提供方法基础和技术支持,也为我国糖尿病患者血糖管理的改善提供精准医学治疗手段.

关键词：人工胰腺系统自抗扰控制胰岛素基础率移动应用程序

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数据驱动的间歇低氧训练贝叶斯优化决策方法

自动化学报 2023年第8期49卷 1667-1678页

作者：陈婧史大威蔡德恒王军政朱玲玲北京理工大学自动化学院工业和信息化部伺服运动系统驱动与控制重点实验室北京100081 中国人民解放军军事科学院军事医学研究院北京100850

青藏地区快速的经济发展使得进入高原的群体数量日益增加,随之而来的高原健康问题也愈发突出.间歇性低氧训练(Intermittent hypoxic training, IHT)是急进高原前常使用的预习服方法,一般针对不同个体均设置固定的开环策略,存在方案制定... 详细信息

青藏地区快速的经济发展使得进入高原的群体数量日益增加,随之而来的高原健康问题也愈发突出.间歇性低氧训练(Intermittent hypoxic training, IHT)是急进高原前常使用的预习服方法,一般针对不同个体均设置固定的开环策略,存在方案制定无标准、系统化的理论指导缺乏、效果不明显等问题.针对以上情况,设计了一种小样本数据驱动的IHT策略贝叶斯闭环学习优化框架,建立自回归结构的高斯过程血氧饱和度(Peripheral oxygen saturation, SpO2)预测模型,并考虑高低风险事件对训练的影响,设计与氧浓度变化方向和速率相关的风险不对称代价函数,提出具有安全约束的贝叶斯优化方法,实现IHT最优供氧浓度的优化决策.考虑到现有仿真器无法反映个体动态变化过程,依据“最优速率理论”设计了合理的模型自适应变化律.所提出闭环干预方法通过该仿真器进行了可行性和有效性验证.说明该学习框架能够指导个体提升高原适应能力,减轻其在预习服阶段的非适应性不良反应,为个性化IHT提供精准调控手段.

关键词：数据驱动控制高斯过程贝叶斯优化风险不对称代价函数高原适应能力提升间歇性低氧训练

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Infinity Norm Measurement of Sensitivity for Closed-Loop Systems Using Chirp as Excitation

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Journal of Beijing Institute of Technology 2010年第1期19卷 66-70页

作者：史大威王军政 School of Automation Beijing Institute of Technology

A simple identification method based on a closed-loop experiment is proposed to measure the infinity norm of sensitivity function.A chirp signal,modified to have desired band-limited characteristic and finite duration,is used as the excitation in the experiment,and the sensitivity function is calculated using Fourier transform of input and error signals before the infinity norm is evaluated through maximization of the magnitude of sensitivity *** an additional feature of providing values of gain margin and phase margin at a little extra effort,this method can be used in the identification step of a controller auto-tuning procedure,as having been supported by simulation results showing its capability of providing fast and accurate estimates for a large variety of processes.

关键词： sensitivity function chirp numerical optimization FFT auto-tuning

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人工胰腺的奥秘

大众健康 2019年第11期 40-43页

作者：史大威蔡德恒北京理工大学自动化学院复杂系统智能控制与决策国家重点实验室

下一个10年～20年,全自动人工胰腺将会逐渐用于糖尿病患者的治疗中。患者在可穿戴式人工胰腺系统的辅助下,可以正常生活和用餐。每天需要打胰岛素的患者,经常担心自己的饮食会使血糖升高,为需不需要多打几个单位而纠结,有的时候血糖忽... 详细信息

下一个10年～20年,全自动人工胰腺将会逐渐用于糖尿病患者的治疗中。患者在可穿戴式人工胰腺系统的辅助下,可以正常生活和用餐。每天需要打胰岛素的患者,经常担心自己的饮食会使血糖升高,为需不需要多打几个单位而纠结,有的时候血糖忽高忽低总是控制不好……为了减轻糖尿病患者这种自我治疗的压力,帮助他们更加精准地调控血糖,科学家很早就开始研发人工胰腺了。

关键词：人工胰腺可穿戴式糖尿病患者胰岛素治疗胰岛素泵治疗低血糖