Daniel Adelberger: Analyse der Charakteristika von CGM-Signalen im Frequenzbereich Präsentation
Die Stoffwechselkrankheit Diabetes mellitus gewinnt durch eine international ansteigende Rate an Betroffenen immer mehr an Bedeutung. Zur Kontrolle der Blutglukosekonzentration wurde von betroffenen Personen in der Vergangenheit vor allem auf sogenannte Streifenmessgeräte zurückgegriffen, bei denen eine kleine Menge Kapillarblut benötigt wird, um eine Auswertung vorzunehmen.
Seit einigen Jahren sind als Alternative zu dieser konventionellen Messmethode sogenannte CGM-Geräte („CGM“ steht für „Continuous glucose monitoring“) verfügbar. Diese werden an der Haut befestigt und messen über eine kleine „Nadel“ kontinuierlich (alle 1 bis 15 min) die Glukosekonzentration. In der Regel können diese Sensoren kontaktlos ausgelesen werden und stellen somit eine große Erleichterung für Diabetiker dar, da der Stich in die Fingerkuppe zur Entnahme von Kapillarblut entfällt. Durch die im Vergleich zum Streifenmessgerät sehr hohe Messfrequenz eröffnen sich in der Folge eine große Menge neuer Möglichkeiten zur Untersuchung und Therapie der Erkrankung. Auf Basis von Identifikationsmethoden ist auf diese Art sogar eine Prädiktion von zukünftigen Glukosewerten möglich. Die Analyse von CGM-Signalen geschieht derzeit primär in der Zeitdomäne. Ziel dieser Arbeit ist es, die Frequenzspektren solcher CGM-Signale zu untersuchen und vor allem den Auftritt charakteristischer Peaks in diesen zu erklären, um in späterer Folge auch Charakteristika aus der Frequenzdomäne für die Prädiktion nutzen zu können (was jedoch in dieser Arbeit nicht behandelt wird).In der vorliegenden Bachelorarbeit wird zuerst auf die medizinischen Hintergründe von Diabetes mellitus und die typischen Krankheitsverläufe eingegangen. Danach folgen mathematische Hintergründe zur Transformation in den Frequenzbereich und im Anschluss mögliche Fehlerquellen bei dieser. Es werden verschiedene Einflüsse auf das Spektrum untersucht, unter anderem die Art der Transformation, der Einfluss der verwendeten Fensterlänge sowie des Messgerätes. Als Basis der Untersuchungen lagen CGM-Signale verschiedener Studien vor. Um zusätzlich Daten einer gesunden Person zu erhalten, wurde ein Selbstversuch mit CGM-Sensor durchgeführt. In weiterer Folge werden verschiedene statistische Eigenschaften der CGM-Spektren sowie der Einfluss der Kohlenhydrate auf das Spektrum untersucht.
Als letzter Punkt wird eine Simulationsstudie mittels UVA/Padova-Simulator durchgeführt. Dabei wird auf den prinzipiellen Aufbau des Simulators, die zu verwendenden Patientenparameter sowie den Einfluss der einzelnen Module des Simulators auf das resultierende Spektrum eingegangen. Es erfolgt ein Vergleich zwischen einem „realen“ CGM-Verlauf und einer entsprechenden Rekonstruktion dessen auf Basis einer Simulation. Um bessere Einblicke in den Effekt von externen Einflüssen wie Insulin oder Mahlzeiten zu erhalten, werden entsprechende Szenarien simuliert. Am Ende der Arbeit wird der graduelle Verlauf zwischen gesunder Person und Typ-1- bzw. Typ-2-Diabetiker nachgestellt und im Frequenzbereich ausgewertet.
Jennifer Bayer: Prädiktion von Glukosewerten mittels CGM-Information im Frequenzbereich Präsentation
Der Zweck dieser Bachelorarbeit ist die Überprüfung der Informationen aus dem Frequenzbereich für die Verwendung von Glukoseprädiktion. Es soll erörtert werden welche Informationen aus den verschiedenen Frequenzbändern sich positiv bzw. negativ auf die Prädiktion der Glukosewerte auswirken und ob es möglich ist das Hypoglykämie Risiko mittels der Frequenzinformation frühzeitig zu erkennen.
• Einarbeitung in Diabetes Daten, sowie kontinuierliche Glukosemessgeräte
• Systemidentifikation und Prädiktion mittels datenbasierten Modellen, sowie Datenanalyse im Frequenzbereich
• Einarbeitung in die vorhandenen CGM-Daten, aufgenommenen in verschiedenen klinischen Versuchen
• Analyse der verschiedenen Frequenzbänder der CGM-Daten:
Vergleich der Information in unterschiedlichen Frequenzbändern zwischen Typ-1-Diabetikern und Typ-2-Diabetikern. Beeinflusst der CGM-Sensors die Information in den verschiedenen Frequenzbändern
• Prädiktion von Glukosewerten mittels datenbasierten Modellen:
Identifikation von Datenbasierten Modellen, wie zum Beispiel AR, ARX und FIR Modellen, unter Zuhilfenahme der Information die verschiedenen Frequenzbänder. Ändern einzelne Frequenzbänder das Modell hin zum positiven, beziehungsweise hin zum negativen? Vergleich der Qualität von verschiedenen datenbasierten Modellen? Sind Unterschiede bei globalen beziehungsweise bei patientenspezifischen Modellen zu finden? Verbessern Eingänge, wie zum Beispiel Insulin oder Kohlenhydrate, die Qualität der Modelle? Validation der Modelle: Kurzfristige/ mittelfristige Prädiktion von Glukosewerten, sowie Vergleich mit Daten.
• Analyse des Zusammenhangs zwischen hochfrequentem Anteil im Frequenzspektrum und dem Risiko von Hypoglykämien
Mithilfe eines zeitlich variablen Analysefensters werden die Informationen der CGM-Daten in verschiedenen Frequenzbändern berechnet. Analyse der Korrelation zwischen der Dominanz von bestimmten Frequenzbändern im Spektrum und Hypoglykämien. Kann man aufgrund von der Dominanz bestimmter Frequenzbänder im Spektrum auf Hypoglykämie schließen und ist diese Dominanz kausal.
Jochen Gierlinger: Temperaturregelung eines Extruders Präsentation
In dieser Arbeit wird die Temperaturregelung eines Kunststofftextruders mit mehreren elektrischen Heizungen (Zonen) behandelt. Betrachtet wird die Aufheizphase, wobei
• gleichmäßiges Aufheizen aller Zonen,
• schnellst mögliches Erreichen des Sollwerts und
• geringes Überschwingen
die gestellten Anforderungen sind. Ausgangspunkt ist dabei ein, von der Firma B&R entwickeltes Regelungskonzept, welches analysiert, bewertet und gegebenenfalls weiterentwickelt werden soll.
Für spätere Untersuchungen wird vorab ein mathematisches Modell erstellt. Dazu werden Messungen am realen Extruder vorgenommen und anschließend die Modellparameter anhand der Daten identifiziert und validiert.
Es wird das optimale Steuerproblem formuliert und mittels direkter Methode numerisch gelöst. Dabei werden die Fälle Traking (Folgen eines Sollwertsprungs) und synchronem Aufheizen (Vermeidung eines Temperaturgradienten zwischen den Zonen) unterschieden. Das Ergebniss soll als Referenz für die spätere Bewertung dienen.
Es hat sich gezeigt, dass für Traking das bestehende Regelungskonzept sehr nahe an der optimalen Lösung ist, weshalb hier wohl kaum mehr Verbesserungen erzielt werden können. Beim synchronen Aufheizen kann durch eine Nachführregelung beinahe das optimale Ergebnis erreicht werden. In der Simulation wird untersucht, wie diese Nachführregelung mit einem Reglertuning aussehen kann. Das aktuelle Tuning von B&R führte dabei zu hohen Temperaturgradienten. Dieses Verhalten kann mithilfe eines Zweipunktreglers während der Aufheizphase verbessert werden. Dieses Konzept wird noch genauer untersucht um einen Implementierungsvorschlag abgeben zu können.
Zum Abschluss wird ein Mehrgrößen-Regler Konzept - Virtual Reference Feedback Tracking - für den Extruder entworfen und getestet.
Jakob Holzinger: Numerische Optimierung des Einspritzprofils eines Diesel Motors für ein definiertes Manöver Präsentation
Zufolge der immer strengeren Emissionsvorschriften, gewinnt die Berücksichtigung transienter Emissionen zunehmend an Bedeutung. Im Falle des Dieselmotors sind die wesentlichen Emissionen Stickoxide (NOx) und Ruß. In dieser Arbeit wird das mögliche Verbesserungspotenzial hinsichtlich der transienten Emissionen durch die Optimierung von Einspritzparametern untersucht. Als transientes Manöver wird ein Gaspedalsprung bei konstanter Drehzahl gewählt (Tip-In). Dieses gibt Einblicke über die Emissionsbildung bei transienten Manövern und kann als Benchmark für zukünftige Regelungsstrategien herangezogen werden.
Gezeigt wird eine Modellstruktur zur Modellierung von Drehmoment, Emissionen und dem Geräuschpegel. Es wird ein statisches Black-Box-Modell zur Beschreibung von Verbrennung und Einspritzung verwendet. Die Optimierung startet bei der werksseitigen Abstimmung und optimiert dann den Haupteinspritzwinkel und den Raildruck in der Common-Rail. Alle anderen Stellgrößentrajektorien der Einspritzung und des Luftpfads bleiben unverändert und werden von der Steuereinheit (ECU) erzeugt.
Optimiert wird für zwei verschiedene nichtlineare Nebenbedingungen (Drehmomentenund Energiebedingung) mit unterschiedlichen Lösungsansätzen. Danach wird das Potenzial der Emissionseinsparung im Vergleich zur Standardabstimmung ausgewertet. Abschließend werden die optimierten Trajektorien auf einem 2L Diesel Motor mit Turboaufladung und Common-Rail-Einspritzung validiert.
Sebastian Martin Lifka: Verbesserte Abstimmroutine für Mittelwertmodelle Präsentation
Das Ziel der vorliegenden Bachelorarbeit ist es, ein bereits vorhandenes Mittelwertsmodell eines PKW-Dieselmotors mittels einer alternativen Abstimmroutine neu abzustimmen und auf vorhandene Messdaten des Motors abzugleichen. Die Abstimmung erfolgt, basierend auf der im Paper [2] vorgestellten Methodik, in mehreren Schritten. Zuerst werden die statischen Parameter der Teilmodelle initialisiert, anschlieend werden die Dynamikparameter ermittelt. Abschlieend werden die statischen Parameter in einer Abstimmung des Gesamtmodells endgultig ermittelt.
Der erste Schritt dieser Bachelorarbeit ist die Einarbeitung in die Materie der Modellierung von Verbrennungsmotoren und eine Literaturrecherche uber bereits existierende Abstimmroutinen.
Der nachste Schritt ist die Analyse und Bewertung des vorhandenen Modells anhand von Messdaten des realen Motors, welche zur Verfugung gestellt wurden. Die Bewertung des vorhandenen Modells erfolgt gra sch und durch Bildung des FIT-Wertes und des Bestimmtheitsmaes R2.
Anschlieend erfolgt die Implementierung der neuen Abstimmroutine in MATLAB/Simulink. Samtliche Zwischenergebnisse werden dokumentiert und fur die Dokumentation aufbereitet.
Den Abschluss der Bachelorarbeit bildet eine Validation des neu abgestimmten Modells mit Messdaten des realen Motors um einen Uberblick uber den Erfolg der Abstimmung zu erhalten.