左心輔助裝置的多變量模糊控制系統(tǒng)研究.pdf

1、左心輔助裝置作為一種有效的治療心衰患者的手段，在臨床上已經(jīng)得到應(yīng)用。作為重要的組成部分，控制系統(tǒng)的性能關(guān)系到左心輔助裝置能否產(chǎn)生滿足生理要求的血流，維持正常的血液循環(huán)。為了提高自制左心輔助裝置控制系統(tǒng)的響應(yīng)速度以及魯棒性，本文對(duì)左心輔助裝置的流量、壓力與轉(zhuǎn)速的關(guān)系進(jìn)行了研究，并在此基礎(chǔ)上，采用模糊控制算法為核心的控制策略，設(shè)計(jì)了左心輔助裝置控制系統(tǒng)，然后通過數(shù)值和實(shí)驗(yàn)研究評(píng)價(jià)系統(tǒng)的可行性。
　　本文首先針對(duì)左心輔助裝置用無刷直流電

2、機(jī)的結(jié)構(gòu)、工作原理以及數(shù)學(xué)模型等進(jìn)行了系統(tǒng)介紹，并在此基礎(chǔ)上提出了以模糊控制算法為核心的控制策略。為了驗(yàn)證控制算法的可行性，應(yīng)用軟件Matlab/Simulink建立左心輔助裝置轉(zhuǎn)速模糊PID控制模型，數(shù)值結(jié)果證實(shí)，相對(duì)于傳統(tǒng)PID控制，模糊PID控制具有較高的響應(yīng)速度以及良好的魯棒性。
　　其次，根據(jù)左心輔助控制系統(tǒng)的要求，實(shí)現(xiàn)了多變量模糊控制系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)與軟件設(shè)計(jì)。硬件設(shè)計(jì)主要包括控制電路以及驅(qū)動(dòng)電路:控制電路主要完成壓

3、力、流量以及轉(zhuǎn)速的檢測(cè)、液晶顯示以及參數(shù)設(shè)定，根據(jù)采集到的相關(guān)參數(shù)數(shù)據(jù)，在處理器STM32中實(shí)現(xiàn)模糊算法計(jì)算，輸出電壓驅(qū)動(dòng)信號(hào);驅(qū)動(dòng)電路主要包括ML4425驅(qū)動(dòng)芯片外圍器件的參數(shù)選取以及逆變橋電路的設(shè)計(jì)，根據(jù)控制電路的輸出信號(hào)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。軟件設(shè)計(jì)則運(yùn)用KeilμVision4開發(fā)工具完成主程序設(shè)計(jì)、模糊控制算法設(shè)計(jì)、檢測(cè)數(shù)據(jù)處理及其顯示以及參數(shù)與上位機(jī)的通訊等。
　　最后，搭建人體血液循環(huán)模擬系統(tǒng)，對(duì)左心輔助裝置多變量模糊控制系統(tǒng)進(jìn)

4、行了實(shí)驗(yàn)研究。首先，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速環(huán)，根據(jù)顯示的實(shí)際轉(zhuǎn)速與給定轉(zhuǎn)速調(diào)試程序，記錄并分析相關(guān)數(shù)據(jù)，結(jié)果表明，轉(zhuǎn)速在約2.8s到達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)，在干擾情況下經(jīng)過約1s的時(shí)間恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)。然后，在實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)模擬的心衰環(huán)境下，將流量環(huán)與轉(zhuǎn)速環(huán)結(jié)合，把流量數(shù)據(jù)傳至上位機(jī)進(jìn)行分析，并根據(jù)數(shù)據(jù)結(jié)果調(diào)試程序。結(jié)果顯示，控制系統(tǒng)在突然心衰的情況下經(jīng)過約5.2s的時(shí)間可恢復(fù)到正常流量，證實(shí)模糊PID控制系統(tǒng)具有良好的響應(yīng)速度與魯棒性。本文的研究表明，基于流量、壓力與