瓣膜泵直流無刷電機(jī)及其控制系統(tǒng)設(shè)計(jì).pdf

1、瓣膜泵是一種軸流型人工心臟,用于左心室輔助,植入在主動(dòng)脈位置,由于不需要額外的解剖空間,可減少手術(shù)中旁路導(dǎo)致的血栓風(fēng)險(xiǎn)。作為瓣膜泵的重要組成部分,驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)用于產(chǎn)生符合生理要求的血流,直接影響瓣膜泵的性能和臨床應(yīng)用。其中,搏動(dòng)型控制不僅能模仿自然心臟節(jié)律跳動(dòng),還有利于對(duì)人體主要器官的血液微循環(huán)灌注。為了實(shí)現(xiàn)瓣膜泵的搏動(dòng)流控制,本文設(shè)計(jì)了瓣膜泵永磁直流無刷電機(jī)和驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng),并對(duì)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行了仿真和實(shí)驗(yàn)研究。
　　 瓣膜泵采

2、用了機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性良好、調(diào)速范圍寬的永磁直流電機(jī)。為了滿足瓣膜泵的特殊要求,本文從最大效率點(diǎn)出發(fā),推導(dǎo)電機(jī)的各項(xiàng)機(jī)械特性參數(shù),并以此為基礎(chǔ),對(duì)人工心臟瓣膜泵和運(yùn)行參數(shù)實(shí)現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計(jì),以滿足搏動(dòng)流驅(qū)動(dòng)的需要。電機(jī)主要參數(shù)為:額定輸出功率1W,額定轉(zhuǎn)速8000r/min,電機(jī)的外徑為31mm。
　　 基于無刷直流電機(jī)的數(shù)學(xué)模型的分析,建立了基于Matlab/Simulink的直流無刷電機(jī)的仿真模型,并對(duì)傳統(tǒng)PID和模糊PID控制器

3、進(jìn)行了對(duì)比研究。結(jié)果分析表明,電機(jī)搏動(dòng)旋轉(zhuǎn)時(shí),模糊PID控制算法具有較強(qiáng)的魯棒性和較快的響應(yīng)速度。依據(jù)模糊PID控制算法,本文提出了一種能夠模擬自然心臟搏動(dòng)周期泵血的控制策略:按照自然心臟泵血的流量波形曲線,給定速率信號(hào)以控制瓣膜泵轉(zhuǎn)速,從而產(chǎn)生搏動(dòng)流,周期為0.8s,轉(zhuǎn)速范圍為8000r/min～4000r/min。
　　 在控制方法策略確定的基礎(chǔ)上,本文設(shè)計(jì)了基于數(shù)字信號(hào)處理器TMS320F2812和專用驅(qū)動(dòng)芯片ML4425

4、無位置傳感器的瓣膜泵新型數(shù)字控制系統(tǒng),重點(diǎn)設(shè)計(jì)并優(yōu)化了ML4425的外圍器件的參數(shù),軟件系統(tǒng)采用了模塊化思想進(jìn)行設(shè)計(jì),整個(gè)系統(tǒng)軟件由主程序和中斷服務(wù)程序等組成,完成芯片初始化,A/D轉(zhuǎn)換,位置信號(hào)捕獲,PWM信號(hào)產(chǎn)生等。
　　 最后,建立了血泵模擬循環(huán)試驗(yàn)平臺(tái),對(duì)瓣膜泵進(jìn)行博動(dòng)流實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,電機(jī)最高轉(zhuǎn)速為8023r/min時(shí),對(duì)應(yīng)血流量達(dá)到4.79L/min;電機(jī)最低轉(zhuǎn)速為4250r/min,對(duì)應(yīng)血流量為2.42L/mi