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at - Automatisierungstechnik

Methoden und Anwendungen der Steuerungs-, Regelungs- und Informationstechnik

[AT - Automation Technology: Methods and Applications of Control, Regulation, and Information Technology
]

Editor-in-Chief: Jumar, Ulrich


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ISSN
2196-677X
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Volume 61, Issue 9

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Modellierung und Regelung eines hydraulischen HIL-Simulators zum Test von Herzunterstützungssystemen / Modeling and Control of a Hydraulic Simulator for Ventricular Assist Device Testing

Stefanie Heinke / Sebastian Schwandtner / Christian Costante / Hans-Martin Heyn / Christian Brendle / Steffen Leonhardt / Marian Walter
Published Online: 2013-09-12 | DOI: https://doi.org/10.1524/auto.2013.0054

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.

Schlagwörter : Herzunterstützungssysteme; Modellierung des Herzkreislaufsystems; Regelung eines hydraulischen HiL-Simulators

Keywords : Ventricular assist devices; modeling of the cardiovascular system; control of a hydraulic HIL-simulator

About the article

Stefanie Heinke

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

Sebastian Schwandtner

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

Christian Costante

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

Hans-Martin Heyn

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

Christian Brendle

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,

Steffen Leonhardt

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

Marian Walter

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


Published Online: 2013-09-12

Published in Print: 2013-09-01


Citation Information: at - Automatisierungstechnik, Volume 61, Issue 9, Pages 645–655, ISSN (Online) 2196-677X, ISSN (Print) 0178-2312, DOI: https://doi.org/10.1524/auto.2013.0054.

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[1]
Berno J.E. Misgeld, Daniel Rüschen, Sebastian Schwandtner, Stefanie Heinke, Marian Walter, and Steffen Leonhardt
Biomedical Signal Processing and Control, 2015, Volume 20, Page 35

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