通过脉冲反馈设计循环: 离散给药的应用

通过周期性控制动作维持动力学系统中预定义效应水平的任务常常出现于过程控制和医学领域。当系统状态变量代表化学物质浓度且控制动作构成对某种化学物质或药物的瞬时引入时，这种控制方案被称为（离散）给药问题。本文考察了一种幅值和频率调制的脉冲控制器，该控制器在稳态条件下，基于对光滑正非线性时不变单输入单输出系统输出的连续测量，生成一系列均匀且等距的控制脉冲。控制器的设计方法基于构造和稳定化描述连续系统在连续脉冲控制动作时刻之间状态向量演化的离散图的固定点。固定点的稳定性确保了沿稳态轨迹的吸引域存在，扰动闭环系统的解会收敛到稳态解。收敛速率由脉冲控制器幅值和频率调制函数的斜率决定。本文将所提出的控制器应用于闭环神经肌肉阻塞中阿司匹林（atracurium）的给药，其性能在来自临床数据的患者特异性药代动力学-药效odynamic模型数据库中进行评估。结果表明，将标准方案实现为脉冲调制反馈控制器可显著降低低剂量事件的发生率。