کتاب کنترل پیش بین مبتنی بر مدل و کاربرد آن در مهندسی پزشکی

کتاب کنترل پیش‌بین مبتنی بر مدل و کاربرد آن در مهندسی‌پزشکی (ویراست ۲) نوشته فرزاد توحیدخواه و گلناز بغدادی و منتشرشده توسط انتشارات دانشگاه صنعتی امیرکبیر، اثری تخصصی در حوزه‌ی مهندسی کنترل است که به بررسی مبانی، الگوریتم‌ها و کاربردهای کنترل پیش‌بین در سیستم‌های زیستی و مهندسی پزشکی می‌پردازد. نسخه الکترونیکی این اثر را می‌توانید از طاقچه خرید و دانلود کنید.

درباره کتاب کنترل پیش بین مبتنی بر مدل و کاربرد آن در مهندسی پزشکی

کتاب کتاب کنترل پیش بین مبتنی بر مدل و کاربرد آن در مهندسی پزشکی به بررسی جامع کنترل پیش‌بین مبتنی بر مدل (Model Predictive Control) و کاربردهای آن در مهندسی پزشکی می‌پردازد. 

اثر حاضر تلاش دارد پلی میان تئوری‌های مهندسی کنترل و نیازهای عملی سیستم‌های زیستی برقرار کند. کتاب در سه بخش اصلی تنظیم شده است: بخش نخست به مرور مفاهیم پایه کنترل کلاسیک، مدرن و بهینه اختصاص دارد تا پیش‌نیازهای لازم برای درک کنترل پیش‌بین را فراهم کند. بخش دوم به معرفی الگوریتم‌ها و روش‌های مختلف کنترل پیش‌بین مبتنی بر مدل می‌پردازد و بخش سوم به توسعه و کاربردهای نوین این روش در سیستم‌های غیرخطی، هوشمند، وقایع گسسته و سیستم‌های با مرتبه کسری اختصاص یافته است.

 کتاب کتاب کنترل پیش بین مبتنی بر مدل و کاربرد آن در مهندسی پزشکی در کنار مباحث نظری، مثال‌ها و کاربردهای متعددی در حوزه‌ی مهندسی پزشکی ارائه می‌دهد تا خواننده با چالش‌ها و راهکارهای عملی در این حوزه آشنا شود. فرزاد توحیدخواه و گلناز بغدادی پیوستی الکترونیک به کتاب افروده‌اند که شامل کدهای پیاده‌سازی الگوریتم‌ها و اطلاعات تکمیلی است و دسترسی به آن از طریق لینک ارائه‌شده در کتاب ممکن است.

خلاصه کتاب کنترل پیش بین مبتنی بر مدل و کاربرد آن در مهندسی پزشکی

کتاب ابتدا با مرور مفاهیم پایه‌ای مانند سیستم‌های مدار باز/بسته، کنترل PID و شاخص‌های عملکرد آغاز می‌شود. سپس به کنترل مدرن و کنترل بهینه می‌پردازد.

بخش اصلی کتاب روی کنترل پیش‌بین (MPC) تمرکز دارد و موضوعاتی چون طراحی الگوریتم‌ها، اعمال قیود، توابع لاگر و کاربرد آن در سیستم‌های غیرخطی، چندمتغیره (MIMO) و مرتبه کسری را پوشش می‌دهد. 

از ویژگی‌های برجسته این اثر، پیاده‌سازی عملی این روش‌ها در مهندسی پزشکی (مانند کنترل عمق بیهوشی و حرکت بیماران فلج) است. در نهایت، کتاب با بررسی روش‌های هوشمند نظیر شبکه‌های عصبی، منطق فازی و ساختارهای ترکیبی به پایان می‌رسد.

چرا باید کتاب کنترل پیش بین مبتنی بر مدل و کاربرد آن در مهندسی پزشکی را بخوانیم؟

این کتاب یکی از منابع برای آشنایی با کنترل پیش‌بین مبتنی بر مدل و پیاده‌سازی آن در حوزه‌های مهندسی پزشکی و سایر رشته‌های مهندسی است. خواننده با مطالعه این اثر، بر مبانی نظری کنترل پیش‌بین، با چالش‌های عملی و راهکارهای پیاده‌سازی این روش در سیستم‌های زیستی و صنعتی آشنا می‌شود. مثال‌ها و تمرین‌های متعدد، به همراه پیوست الکترونیکی شامل کدهای پیاده‌سازی، امکان یادگیری عمیق‌تر و کاربردی‌تر را فراهم می‌کند. همچنین ساختار کتاب به گونه‌ای است که هم برای ورود به مباحث پایه و هم برای آشنایی با روش‌های پیشرفته و نوین کنترل پیش‌بین مناسب است.

خواندن کتاب کنترل پیش بین مبتنی بر مدل و کاربرد آن در مهندسی پزشکی را به چه کسانی پیشنهاد می‌کنیم؟

این کتاب برای دانشجویان و پژوهشگران تحصیلات تکمیلی در رشته‌های مهندسی پزشکی، برق، مکانیک، مکاترونیک، کامپیوتر، شیمی، پلیمر، هوافضا و مدیریت که به دنبال یادگیری یا پژوهش در زمینه کنترل پیش‌بین و کاربردهای آن در سیستم‌های زیستی و صنعتی هستند، مناسب است. همچنین برای افرادی که با مسائل کنترل سیستم‌های پیچیده، غیرخطی یا دارای قیود مواجه‌اند و به دنبال راهکارهای نوین کنترلی هستند، مفید خواهد بود.

بخشی از کتاب کنترل پیش بین مبتنی بر مدل و کاربرد آن در مهندسی پزشکی

«یک سیستم کنترل، ابزاری است که از طریق تولید و اعمال مجموعه‌ای از دستورات و ورودی‌های کنترلی، رفتار یک دستگاه یا یک فرایند را به سمت مقادیر مطلوب هدایت و تنظیم می‌کند. این مقدار مطلوب می‌تواند ثابت باشد که در این صورت سیستم کنترل را تنظیم‌کننده می‌گویند و یا می‌تواند با زمان تغییر کند که در این حالت آن را سیستم کنترل تعقیب‌کننده می‌نامیم. ازجمله مثال‌های یک سیستم کنترل می‌توان به کنترل دمای یک راکتور شیمیایی، تنظیم غلظت مواد در تولید یک محصول و یا سیاست‌های اقتصادی اشاره کرد. سیستم زیستی بدن انسان و همچنین دیگر موجودات زنده نیز سرشار از فرایندهایی است که هرکدام توسط یک سیستم کنترلی خودکار هدایت می‌شوند. ازجمله این سیستم‌ها می‌توان به کنترل غلظت انواع مواد موجود در خون و بافت‌های بدن، کنترل دمای بدن، کنترل سطح توجه و هوشیاری و یا کنترل میزان انقباض و انبساط عضله‌ها اشاره نمود. وجود هرگونه ضعف در هر یک از این کنترل‌کننده‌ها می‌تواند منجر به انواع بیماری‌ها و اختلال‌ها شود. در این صورت معمولاً طی یک فرایند درمانی خاص سعی می‌شود مشکل موجود در سیستم کنترل برطرف گردد و یا اینکه در بعضی موارد خاص، از ابزارهای خارجی برای رفع مشکل کمک گرفته می‌شود. به‌عنوان نمونه‌ای از حالت اول می‌توان به بیماری دیابت نوع دو اشاره نمود که در آن به علت وجود مشکل در لوزالمعده، کنترل قند خون به‌درستی انجام نمی‌شود و لازم است که به کمک یک سری داروها و یا تزریق انسولین به سیستم کنترل قند خون کمک شود. به‌عنوان مثالی از حالت دوم می‌توان به سیستم دیالیز اشاره نمود. این سیستم درواقع جایگزین بسیاری از مسئولیت‌های طبیعی کلیه‌ها می‌شود و از خارج بدن تصفیه مواد زائد بدن را بر عهده می‌گیرد. به‌این ترتیب مشاهده می‌شود که سیستم‌های کنترل‌کننده نقش مهمی را در سیستم‌های زیستی و غیر زیستی بر عهده دارند.»