Sistema para controle da frequência cardíaca através da velocidade de uma esteira ergométrica

The objective of this study was to develop and analyze a system to control the heart rate (HR). The control system uses an reference model adaptive topology, with model reference with steady state gain unitary and time constant of 60 s, giving a settling time around 180 s. Were collected heart activity signals of 33 volunteers associated with speed signals during a moderate walking on a treadmill. The experimental protocol consisted of 1 min initial rest (stage 0), 5 min with target HR of 100 bpm (step 1), 5 min with target HR of 110 bpm (step 2) and 3 min of final rest (stage 3). The control system wa evaluated for its reference tracking performance, through the “Root Mean Square Error” (RMSE) of the error (e) between the measured HR and the desired HR during steps 1 and 2, and steady state performance through the mean (µ) and standard deviation (sd) of e during the last two minutes of steps 1 and 2. The tests presented RMSE = 5,17 ±1,11 bpm, µ = -1,31 ±2,15 bpm e sd = 3,38 ±0,92 bpm at stage 1, RMSE = 3,43 ±0,84 bpm, µ = -0,13 ±1,03 bpm e sd = 2,84 ±0,81 bpm at stage 2. The statistical analysis showed a significant difference between RMSE, µ and dp values of stages 1 and 2. These results indicate that, althought the control system was effective in both test stages, there is a tendency to improve performance on raising the target HR.O objetivo deste estudo foi desenvolver e analisar um sistema para realizar o controle da frequência cardíaca (FC). O sistema de controle utiliza a topologia adaptativa por modelo de referência, com modelo de referência com ganho em regime permanente unitário e constante de tempo de 60 s, proporcionando um tempo de acomodação do sistema de, aproximadamente, 180 s. Foram coletados sinais da atividade cardíaca de 33 voluntários associados a sinais de velocidade durante uma caminhada moderada em esteira ergométrica. O protocolo experimental foi composto por 1 min de repouso inicial (etapa 0), 5 min com FC alvo de 100 bpm (etapa 1), 5 min com FC alvo de 110 bpm (etapa 2) e 3 min de repouso final (etapa 3). O sistema de controle foi avaliado quanto ao seu desempenho de rastreamento de referência, através do “Root Mean Square Error”(RMSE) do erro (e) entre a FC medida e a FC desejada durante as etapas 1 e 2, e desempenho em regime permanente, através da média (µ) e do desvio padrão (dp) de e durante os últimos dois minutos das etapas 2 e 3. Os testes apresentaram RMSE = 5,17 ±1,11 bpm, µ = -1,31 ±2,15 bpm e dp = 3,38 ±0,92 bpm na etapa 1, RMSE = 3,43 ±0,84 bpm, µ = -0,13 ±1,03 bpm e dp = 2,84 ±0,81 bpm na etapa 2. A análise estatística mostrou diferença significativa entre os valores de RMSE, µ e dp das etapas 1 e 2. Tais resultados indicam que, apesar do sistema de controle ter sido eficaz em ambas as etapas dos testes, existe uma tendência de melhora de desempenho ao elevar a FC alvo