Zusammenfassung
In diesem Beitrag werden ein Modell und ein Regelkonzept für einen Hardware-in-the-Loop (HIL)- Prüfstand zum Testen von Herzunterstützungssystemen vorgestellt. Dieser HIL-Prüfstand simuliert die ein -und auslassseitigen Zustandsgrößen, denen ein Herzunterstützungssystem im Körper ausgesetzt ist, so dass damit schnell und kostengünstig Regelungen von Herzunterstützungssystemen unter hochdynamischen Bedingungen getestet werden können. Die Modellierung des HIL-Prüfstands erfolgt mit den Lagrangeschen Gleichungen 2. Art. Als Regelungsverfahren werden ein LQRRegler und ein PI-Regler in dem Mehrgrößensystem eingesetzt. Zur Evaluation der Regelung werden ventrikuläre und arterielle Drücke aus einer Softwaresimulation des Herzkreislaufsystems auf den HIL-Prüfstand übertragen und erfolgreich nachgebildet.
Summary
In this paper, a modeling approach and a control concept for a Hardware-in-the-Loop (HIL) test bench for ventricular assist devices are presented. The purpose of the HIL test bench is to simulate the pressures at the in- and outport of a ventricular assist device as given by the cardiovascular system of a patient. This enables testing of control algorithms for ventricular assist devices in an efficient and cost-saving manner. The modeling is performed using Lagrange’s equations. The control concept is based on PI- and LQR-control. The control concept is evaluated by transferring ventricular and arterial pressures generated by a simulation of the cardiovascular system to the HIL test bench.
Über die Autoren
Dipl.-Wirtsch.-Ing. Stefanie Heinke war wissenschaftliche Mitarbeiterin am Philips Lehrstuhl für Medizinische Informationstechnik der RWTH Aachen Hauptarbeitsgebiete: Physiologische Modellierung, Regelung von Herzunterstützungssystemen und Kunstherzen Adresse: RWTH Aachen, Fakultät Elektrotechnik und Informationstechnik, Lehrstuhl für medizinische Informationstechnik, Helmholtz Institut, Pauwelsstr. 20, D-52074 Aachen, Fax: +49 241/80-82442
Dipl.-Ing. Sebastian Schwandtner ist Programmmanager für das Forschungsprojekt „AHRecovery“ bei der Bytec Medizintechnik GmbH, Eschweiler, Hauptarbeitsgebiete: Regelung von Herzunterstützungssystemen Adresse: BYTEC Medizintechnik GmbH, Hermann Hollerithstr. 11, D-52249 Eschweiler, Fax: +49 2403 7829-990
Dipl.-Ing. Christian Costante war Diplomand am Philips Lehrstuhl für Medizinische Informationstechnik der RWTH Aachen Adresse: RWTH Aachen, Fakultät Elektrotechnik und Informationstechnik, Lehrstuhl für medizinische Informationstechnik, Helmholtz Institut, Pauwelsstr. 20, D-52074 Aachen, Fax: +49 241/80-82442
B.Sc. Hans-Martin Heyn war Projektmitarbeiter am Philips Lehrstuhl für Medizinische Informationstechnik der RWTH Aachen Adresse: RWTH Aachen, Fakultät Elektrotechnik und Informationstechnik, Lehrstuhl für medizinische Informationstechnik, Helmholtz Institut, Pauwelsstr. 20, D-52074 Aachen, Fax: +49 241/80-82442
Dipl.-Ing. Christian Brendle ist wissenschaftlicherMitarbeiter am Philips Lehrstuhl für Medizinische Informationstechnik der RWTH Aachen Hauptarbeitsgebiete: Bioimpedanzspektroskopie, Regelung von chirurgischen Instrumenten Adresse: RWTH Aachen, Fakultät Elektrotechnik und Informationstechnik, Lehrstuhl für medizinische Informationstechnik, Helmholtz Institut, Pauwelsstr. 20, D-52074 Aachen, Fax: +49 241/80-82442,
Prof. Dr.-Ing. Dr. med. Steffen Leonhardt bekleidet die Philips Stiftungsprofessur für Medizinische Informationstechnik an der RWTH Aachen. Hauptarbeitsgebiete: Automatisierungstechnik für die Medizin und Personal Health Care. Adresse: RWTH Aachen, Fakultät Elektrotechnik und Informationstechnik, Lehrstuhl für medizinische Informationstechnik, Helmholtz Institut, Pauwelsstr. 20, D-52074 Aachen, Fax: +49 241/80-82442
Dr.-Ing.Marian Walter ist Oberingenieur und Leiter der Arbeitsgruppe ,Automatisierung für die Medizin‘ am Philips Lehrstuhl für medizinische Informationstechnik an der RWTH Aachen. Hauptarbeitsgebiete: Automatisierung, Regelung und Fehlerdiagnose für medizintechnische Anwendungen, Modellbildung interagierender physiologisch technischer Systeme. Adresse: RWTH Aachen, Fakultät Elektrotechnik und Informationstechnik, Philips Lehrstuhl für medizinische Informationstechnik, Helmholtz Institut, Pauwelsstr. 20, D-52074 Aachen, Fax: +49 241/80-82442
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