智能化呼吸機設計方案和PSV控制算法的研究.pdf

1、隨著中國加入WTO腳步的臨近，越來越多的國外的呼吸機進入了中國。國外的呼吸機發(fā)展有近百年的歷史，積累了豐富的理論知識和工程經(jīng)驗，在質(zhì)量、可靠性、功能和性能方面都具有非常大的優(yōu)勢，而中國在呼吸機的生產(chǎn)和研制方面起步較晚，在技術(shù)上相對國外比較落后。正是因為這種原因，所以，作者試圖研制一種新型的呼吸機以改變國內(nèi)呼吸機落后的狀況。在本項課題中，作者選用了大量的國外進口的優(yōu)質(zhì)元器件和零部件以提高呼吸機的可靠性；設計了高性能呼吸機的總體設計方案；對

2、高性能呼吸機的關(guān)鍵技術(shù)PSV的模糊控制算法進行了深入的理論和技術(shù)的研究。以往的呼吸機只有控制通氣方式，使用的是常規(guī)的PID算法，收到了滿意的效果，但對高性能呼吸機中先進的呼吸方式PSV，常規(guī)的PID則顯得無能為力了。因為呼吸機的主要控制對象是人肺，而人肺是一個典型的分布參數(shù)的非線性時變對象，難以建立精確的數(shù)學模型，使用常規(guī)的PID算法控制效果不好，而模糊控制在控制對象模型難以建立的情況下卻表現(xiàn)出優(yōu)良性能。作者通過深入的理論分析，設計了一

3、個模糊PID控制器，利用自己十幾年的研制呼吸機的經(jīng)驗以及醫(yī)學專家的經(jīng)驗建立了模糊控制規(guī)則庫，建立了一套PSV模糊控制算法。在規(guī)則庫中考慮到各種狀況，把常規(guī)的PID算法和模糊PID控制算法進行了對比，并做了仿真和臨床試驗，收到了滿意的結(jié)果。以后準備用自適應模糊神經(jīng)網(wǎng)絡控制或遺傳算法對PSV的控制做進一步的研究，并將利用先進的控制理論和技術(shù)對其它高級的呼吸模式如ASV、智能通氣模式等做進一步的研究。 論文主要創(chuàng)新點如下：

4、1、傻瓜化：使用大面板和液晶顯示器。把每個需要顯示和調(diào)整的參數(shù)都用一組數(shù)碼管顯示(或加上調(diào)整按鍵)，這樣就可以解決因為多個參數(shù)共用一個數(shù)碼管或旋鈕帶來的操作不容易，用56個數(shù)碼管和22個觸摸鍵，把所有的參數(shù)全部展開到面板上；另外增加一個鍵盤鎖，用來鎖住所有的觸摸鍵，防止誤操作；增加一個5時的液晶顯示器，把壓力和流量波形顯示出來，把報警用漢字顯示出來，把呼吸機的其它狀態(tài)用圖標的形式顯示出來，使操作界面更直觀。 2、高性能價格比：

5、采用雙CPU每片C8051F020只有一百多元錢，采用兩片C8051F020，既可以實現(xiàn)高檔處理器(如ARM或Pentium)的性能，也可以不大幅度增加呼吸機的成本。因此，采用了雙CPU(雙C8051F020)方案，每個CPU處理不同的任務，兩個CPU之間采用串口通訊。 3、提高可靠性：因為Honeywell公司的流量傳感器AWM720P1和壓力傳感器186PC03DT、ROAZE公司的步進電機RM24141S和步進電機驅(qū)動器R

6、D-021M8都是高可靠性的器件，并且這些器件正是呼吸機的關(guān)鍵部件。在呼吸機中使用這些器件明顯地提高了呼吸機的可靠性。 4、增加功能：在老式呼吸機的基礎上增加了PSV和A/C呼吸模式，增加了呼氣潮氣量、呼氣通氣量、實時壓力(壓力——時間曲線)和實時流速(流速——時間曲線)的監(jiān)測，增加了缺氧、缺空氣報警，并且壓力上限、壓力下限、呼氣潮氣量上限、呼氣潮氣量下限報警的報警上(或下)限可調(diào)。 5、提高參數(shù)范圍：呼吸頻率提高到