呼吸机风机的稳压方法技术

本发明专利技术提供一种呼吸机风机的稳压方法，该稳压方法在通过建立和优化风机等转速线簇，然后结合控制算法得到最终呼吸机风机要调整的目标转速Rd，最后，通过转速‑电流公式，将转速转换成电流，实现对风机进行稳压控制。本发明专利技术提供的风机稳压方法能在短时间内将输出压力恢复到需要输出的目标值允许的误差压力范围内；是一种能快速精准将呼吸机风机输出压力调节至目标压力允许误差范围内的呼吸机风机稳压方法，既避免采用PID控制方法引起的压力振荡，也能克服开环控制的不精准性。

Pressure stabilizing method for ventilator fan

The invention provides a pressure stabilizing method for the ventilator fan, which is used to establish and optimize the speed line cluster of the fan, and then combine the control algorithm to get the target speed of the final ventilator fan to adjust the target speed Rd. Finally, the rotating speed is converted into the current through the rotational speed formula, and the regulator is controlled by the voltage stabilizer. The fan stabilizer method provided by the invention can restore the output pressure to the allowable error pressure range that needs the output in a short time. It is a fast and accurate method of adjusting the ventilator fan output pressure to the target pressure allowable error range, which avoids the use of the PID control method. The pressure oscillation can also overcome the inaccuracy of open-loop control.

【技术实现步骤摘要】
呼吸机风机的稳压方法
本专利技术涉及一种风机的稳压方法，尤其涉及一种呼吸机风机的稳压方法。
技术介绍
在现代临床医学中，呼吸机作为一项能人工替代自主通气功能的有效手段，已普遍用于各种原因所致的呼吸衰竭、大手术期间的麻醉呼吸管理、呼吸支持治疗和急救复苏中，在现代医学领域内占有十分重要的位置。呼吸机是一种能够起到预防和治疗呼吸衰竭，减少并发症，挽救及延长病人生命的至关重要的医疗设备。呼吸机是一种以输出一定压力或流速的空气为目的的，辅助呼吸功能不全或因特殊情况无法自主呼吸的患者呼吸的医疗器械。以电机为动力的涡轮风机是呼吸机为主要部件，呼吸机风机的控制系统是整个呼吸机系统最为关键的系统之一。当呼吸机控制系统中的压力传感器和流量传感器采集到原始数据后，将采用FIR滤波器进行滤波，得到消除背景噪声的光滑的压力和流量曲线。在电机的稳压阶段，滤波后的压力曲线影响呈现出一条几乎是平直的曲线，但由于病人气道、漏气孔、湿化水盒、管路等结构和用户的存在，使得整个系统中存在一定的干扰，随时可能对压力造成影响，使得输出的压力值围绕着预期目标值变动。现有呼吸机的风机是通过PID调节或者开环控制来实现稳压的，前者PID调节的方式，通过不停地读取当前压力值，然后比较实际压力值与目标压力值之间的差距来加速或减速风机，达到压力值在目标值误差范围内波动的目的；后者开环控制的方式，通过经验值建立一个控制模型，即把目标压力和电机转速建立一个大致对应的关系，在电机转速达到经验值设定的范围内以后，停止对风机的控制。上述两种稳压控制方法，在进行稳压时，PID调节的方式容易引发压力的震荡，而开环控制的方式由于只是将目标压力与电机转速建立一个大致对应的关系，因此无法达到精确控制，通常会让实际压力与要求稳定的压力值之间有明显的差距；因此采用上述两种稳压控制方法都会很大程度上地影响呼吸机的性能，甚至还可能对呼吸机使用者造成一定的安全隐患。对比文件1：CN105944197A公开一种呼吸机风机的开环控制方法及系统。所述开环控制方法包括步骤：在呼吸机的工作模式下，设定呼吸机预输出气流的目标压力P；通过流量传感器采集所述呼吸机所输出气流的实时流量值F；根据所述目标压力P、实时流量值F和风机控制量校准表，按照预定规则计算在所述实时流量值F时，输出所述目标压力P所需要的风机控制量DFP，其中，所述风机控制量校准表中存储有m个预设流量值分别在n个预设风机控制量下所对应的m*n个输出压力值，其中m、n均为正整数；根据所述风机控制量DFP控制所述呼吸机风机。该对比文件提供一种呼吸机风机的开环控制方法，可以减低压力振荡的可能，但是仍不能避免开环控制本身存在的不精准性。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种呼吸机风机的稳压方法，该稳压方法能防止引发压力的震荡，同时能实现对压力的快速、精准调节，将呼吸机风机的输出压力控制在目标压力允许的误差范围内，提高呼吸机的性能。为了解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案：提供一种呼吸机风机的稳压方法，具体包括如下步骤：S1、建立和优化风机等转速线簇S11、设定风机起点转速R0，测量固定风机转速R0下不同输出压力P时，对应的流量F，建立一条以流量F为横坐标，输出压力P为纵坐标的风机等转速线；S12、以起点转速R0增加或者减少对风机转速进行调整，得到不同的风机转速R，依据S11中的方法，建立不同转速R下的多条风机等转速线fR(F,P)，得到的多条风机等转速线形成电机等转速线簇，所述电机等转速线簇涵盖该风机能达到的所有转速及所有压力、流量的组合；S13、采用椭圆的解析函数对每条电机等转速线fR(F,P)进行拟合描述，椭圆解析函数为：得到每条电机等转速线fR(F,P)如下公式(1)：其中：a表示F＝0时对应的压力；b表示P＝0时对应的流量；P≧0；F≧0；S2、设定：压力传感器、流量传感器的采样周期为T，采样周期个数为n，输出的目标压力为TP；呼吸机控制系统监测实时压力Ps，若在n个采样周期T内，Ps均超出允许的误差压力范围，启动稳压程序，对风机进行稳压调整；S3、此时，压力传感器、流量传感器分别获取n个采样周期T内对应的压力值、流量值，同时分别对n个压力值、流量值求取平均值，得到平均压力值P1、平均流量值F1，根据步骤S13中的公式(1)求得R1，然后求得转速R1对应的风机等转速线fR1(F,P)上，与过(F1，P1)点的切线相垂直的直线L，通过比较目标压力TP与P1的大小确定风机转速的调节方向：若TP>P1，风机加速；若TP<P1，风机减速；S4、系统确定风机转速的调节方向后，以(F1，P1)点为起点，沿风机转速的调节方向，逐个计算直线L与各条风机等转速线fR(F,P)的交点；当风机加速调节时，以(F1，P1)点为起点，沿风机加速方向直到找到一个交点(Fq，Pq)的压力值Pq大于目标压力TP，跳出；当风机减速调节时，以(F1，P1)点为起点，沿风机减速方向直到找到一个交点(Fq，Pq)的压力值小于目标压力TP，跳出；S5、系统选取交点(Fq，Pq)的沿风机调节方向的前一个交点(Fp，Pp)对应的等转速线Rp和交点(Fq，Pq)所在的等转速线Rq作为风机的调节目标的参考；S6、然后，计算出TP距离两个交点的距离的比值D，比值D的计算公式(2)如下:得出最终风机要调整的目标转速Rd，Rd计算如公式(3):Rd＝D|Rp-Rq|S7、最后，通过转速-电流公式fI(R)，将转速R转换成电流I，对风机进行稳压控制。进一步地，步骤S7中的转速-电流公式如公式(4)：进一步地，步骤S3中，所述直线L为过点(F1，P1)且平行于F轴的直线P＝P1；进一步地，步骤S3中，所述直线L为过点(F1，P1)且平行于P轴的直线F＝F1。进一步地，步骤S3中，所述直线L为非直线构造的L曲线，L曲线为抛物线：P＝cF2，其中c保证该抛物线过点(F1，P1)，即:即：进一步地，步骤S12中对转速R进行等幅度增加或者减少地调整，调整幅度为10～50r/min。也可以更根据实际情况进行非等幅度的调整。优选地，步骤S3中，对n个压力值、流量值求取平均值的方法为求算数平均、几何平均或者加权平均。优选地，采样周期T为100～1000HZ。优选地，采样周期个数n＝5～20。本专利技术的有益效果：在呼吸机风机压力的稳定期内，由于压力波动或者病人翻身等原因，都会造成压力小幅度(约1cmH2O左右)的震动，此时，为了保证治疗效果，尽量保持输出压力的稳定性。本专利技术提供的风机稳压方法能在短时间内(一般是几十毫秒，甚至是几毫秒)，将输出压力恢复到需要输出的目标值TP允许的误差压力范围内。因此，本专利技术是一种能快速精准将呼吸机风机输出压力调节至目标压力允许误差范围内的呼吸机风机稳压方法。既避免采用PID控制方法引起的压力振荡，也能克服开环控制的不精准性。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例1转速为1000r/min的风机等本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.呼吸机风机的稳压方法，其特征在于，具体包括如下步骤：S1、建立和优化风机等转速线簇S11、设定风机起点转速R0，测量固定风机转速R0下不同输出压力P时，对应的流量F，建立一条以流量F为横坐标，输出压力P为纵坐标的风机等转速线；S12、以起点转速R0增加或者减少对风机转速进行调整，得到不同的风机转速R，依据S11中的方法，建立不同转速R下的多条风机等转速线fR(F,P)，得到的多条风机等转速线形成电机等转速线簇，所述电机等转速线簇涵盖该风机能达到的所有转速及所有压力、流量的组合；S13、采用椭圆的解析函数对每条电机等转速线fR(F,P)进行拟合描述，椭圆解析函数为：

【技术特征摘要】
1.呼吸机风机的稳压方法，其特征在于，具体包括如下步骤：S1、建立和优化风机等转速线簇S11、设定风机起点转速R0，测量固定风机转速R0下不同输出压力P时，对应的流量F，建立一条以流量F为横坐标，输出压力P为纵坐标的风机等转速线；S12、以起点转速R0增加或者减少对风机转速进行调整，得到不同的风机转速R，依据S11中的方法，建立不同转速R下的多条风机等转速线fR(F,P)，得到的多条风机等转速线形成电机等转速线簇，所述电机等转速线簇涵盖该风机能达到的所有转速及所有压力、流量的组合；S13、采用椭圆的解析函数对每条电机等转速线fR(F,P)进行拟合描述，椭圆解析函数为：得到每条电机等转速线fR(F,P)如下公式(1)：其中：a表示F＝0时对应的压力；b表示P＝0时对应的流量；P≧0；F≧0；S2、设定：压力传感器、流量传感器的采样周期为T，采样周期个数为n，输出的目标压力为TP；呼吸机控制系统监测实时压力Ps，若在n个采样周期T内，Ps均超出允许的误差压力范围，启动稳压程序，对风机进行稳压调整；S3、此时，压力传感器、流量传感器分别获取n个采样周期T内对应的压力值、流量值，同时分别对n个压力值、流量值求取平均值，得到平均压力值P1、平均流量值F1，根据步骤S13中的公式(1)求得R1，然后求得转速R1对应的风机等转速线fR1(F,P)上，与过(F1，P1)点的切线相垂直的直线L，通过比较目标压力TP与P1的大小确定风机转速的调节方向：若TP>P1，风机加速；若TP<P1，风机减速；S4、系统确定风机转速的调节方向后，以(F1，P1)点为起点，沿风机转速的调节方向，逐个计算直线L与各条风机等转速线fR(F,P)的交点；当风机加速调节时，以(F1，P1)点为起点，沿风机加速方向直到找到...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴征，陈宁，王辉，黄皓轩，
申请(专利权)人：湖南明康中锦医疗科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43