基于相位补偿模糊控制器算法的血液样本无接触传输方法技术

本发明专利技术涉及一种基于相位补偿模糊控制器算法的血液样本无接触传输方法。本发明专利技术通过实时反馈血液样本在驻波场中的悬浮位置，计算实际位置与期望位置之间的偏差及偏差变化率，然后基于相位补偿模糊控制算法实时计算控制量来调试被控量的移动位置，由于采用偏差控制血液样本的传输，因此系统的响应速度和超调量都优于以往的控制方法。

【技术实现步骤摘要】
基于相位补偿模糊控制器算法的血液样本无接触传输方法
本专利技术涉超声波驻波悬浮
，具体涉及一种基于相位补偿模糊控制器算法的血液样本无接触传输方法。
技术介绍
随着物理、化学、生物、制药、材料以及力学等学科的迅速发展，对样品的处理要求越来越高，传统的样品处理方法会使样品与容器器壁接触，而容器器壁会对样品产生各种干扰，特别是在血液相关的实验中，使用各类实验仪器转运血液样本时，仪器器壁会对血液产生较大的污染，影响最终的实验可靠性。因此基于以上种种弊端，本专利技术提出基于超声驻波悬浮技术的样品无容器传输处理，从而避免血液样品在传输处理过程中产生的各种缺陷，实现被检测样品的非接触式传输、融合和提取。血液从可流动的溶胶状态变为不可流动的凝胶状态的过程称为凝血，凝血是一个复杂的生化反应过程。血液凝固现象主要发生以下三个过程。其一，当人体组织受到损伤时，会产生凝血酶原激活物；其二，凝血酶原激活物在Ca2+和Va族元素的作用下使得凝血酶原变为有活性的凝血酶；其三，在有活性的凝血酶作用下使得纤维蛋白原转变为纤维蛋白。纤维蛋白像细丝一样，在形成过程中相互交错重叠，并把血细胞网罗在内，使原来呈溶胶状态的血液逐渐变成凝胶状态的血凝块。超声波传播时，高频机械振动会沿着传播路径传递给介质分子，使介质分子也发生高频振动，血液液滴处于耦合场中也会随着介质分子发生高频振动，从而使得血液样本产生一定的热量。由于超声电源具有恒定功率输出的功能，并且输出功率的波动范围很小，因此在耦合场中液滴的温度不会产生较大的波动，这保证了血液中的各种血细胞的生理活性。同时由于高频超声在介质中传播时，声压发生高频率大范围抖动，引起液体密度在小空间发生大范围的抖动，使液体的稠密和稀疏区域也随之受数个大气压的压力和拉力，稠密区域液体能承受巨大压力，但稀疏区域液体因无法承受巨大拉力而断裂，产生近乎真空的小空穴(即小气泡)。在这些反应的共同作用下会使得在凝血过程中产生的纤维蛋白网罗的血细胞溢出，进而使得血液一直呈现出融融状态。由于这一特性，使得基于超声悬浮的血液无接触传输技术可实现在不添加任何抗凝剂的条件下，血液样本融融、无接触传输，使得血液样本的纯度和实验结果的可靠性得到保证。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种基于模糊自适应控制算法的血液样本无接触传输的技术，该技术能够实现血液样本在实验空间中的悬浮、驻停和无接触传输。本专利技术解决技术问题所采取的技术方案为：步骤1：计算处于驻波场中的悬浮血液样本所受到的总相对势能力及沿水平方向上的分力x。步骤2：建立血液样本期望位置qdx与血液样本实际位置qx之间的误差ex及误差变化率设发射端与接收端之间的距离为λ，当血液样本期望位置与实际位置之间的距离大于相邻两对发射端的间距l时，例如期望位置距离实际位置之间的距离为1.5l时，将血液样本在这段区间内经过的发射与接收端分别标记为1、2和3号场，分两种情况讨论误差ex及误差变化率的计算情况1：当在1号和2号场之间传播时，误差ex1为：ex1＝qx-qd2qd2表示2号场中的超声振子位置，ex1的初值为l，误差变化率为情况2：当血液样本悬浮至2号场时，ex1＝0，在2号和3号场之间传播时，误差ex1为：ex1＝qx-qdxex1的初值为误差变化率当期望位置与实际位置之间的距离为时，在前n个相邻整数段l内移动时，误差计算按情况1进行，在最后段内误差计算按情况2进行，其中n为大于1的正整数，m介于0～n之间。步骤3：将输入输出变量的确切值转化为可用模糊集合描述的模糊变量。1.确定输入输出变量输入变量为误差ex与误差变化率输出变量为分力Fx。2.确定输入输出变量的模糊子集选择{NB、NM、NS、ZO、PS、PM、PB}为输入输出变量的模糊子集，其分别代表负小、负中、负大、零、正小、正中和正大。3.确定输入输出变量的基本论域转换到模糊集合论域的转换关系。步骤4：定义各模糊子集的隶属函数和模糊控制器的控制规则。1.隶属函数选择分两种情况：模糊子集的{NM、NS、ZO、PS、PM}选用三角形隶属函数，而{NB、PB}选用正态分布隶属函数。2.控制规则的确定原则为当实际血液样本位置与期望血液样本之间的误差较大时，选择控制量以尽快消除误差为主；当误差较小时，选择控制量要防止超调、以系统稳定性为主要出发点。步骤5：进行模糊推理。步骤6：反模糊化采用加权平均判决法进行反模糊化。本专利技术的有益效果：本专利技术通过实时反馈血液样本在驻波场中的悬浮位置，计算实际位置与期望位置之间的偏差及偏差变化率，然后基于相位补偿模糊控制算法实时计算控制量来调试被控量的移动位置，由于采用偏差控制血液样本的传输，因此系统的响应速度和超调量都优于以往的控制方法。附图说明图1超声驻波悬浮传输示意图。图2a为三角形隶属函数。图2b为正态分布隶属函数。具体实施方式超声悬浮是通过超声电源驱动压电陶瓷将电能转化为机械能，再经过变幅杆将振动能量进行放大传播。若在竖直方向的上端放置超声波发生器，在下端放置一定结构的反射端，发射端发射超声波，当其传输至反射端时超声波会进行反射，此时发射端和反射端之间就会形成驻波场，而换能器阵列由若干对相同结构的超声发射器与反射器按照一定的规律排列组成。由超声悬浮理论可知，驻波场中的小球将受到重力势能和声辐射时间平均势能的作用，两者叠加就是小球在驻波场中受到的总势能力。总势能力沿x、y和z方向上的各分力为零处称为势能阱位置点，小球将驻停在势能阱位置点。在超声阵列中通过调节声场参数使得势能阱位置发生移动，则小球将在水平推进力的作用下发生位移。但在换能器阵列中每两对相邻发射端与接收端之间形成的耦合场存在不均匀等情形，发生端与反射端之间的耦合场较强，每相邻两对之间的耦合场较弱。这势必造成耦合场中的小球在水平方向上所受的总势能力不均匀，小球将出现阶跃式的前进过程，这对于完成高精度的医学实验将是一件十分困难的事情。因此迫切需要一种控制算法能够根据小球当前时刻的状态信息自适应的调节声场参数，使得小球在前进方向上的耦合场均匀化，保证小球前进过程中的连续性与稳定性。本专利技术的目的在与解决现有技术中存在的传输连续性和稳定性难以满足需求的问题，提出一种运用于超声悬浮无接触血液样本传输的相位补偿模糊自适应控制方法。本专利技术的技术方案为：步骤1：计算处于驻波场中的悬浮血液样本所受到的总相对势能力及沿水平方向上的分力Fx。1.处于驻波场中的悬浮血液样本受到的总相对势能力表示为：其中和分别称为血液样本在驻波场中受到的重力势能和声辐射时间平均势能，其中其中ρs称为血液样本的密度，g表示重力加速度，h表示血液样本离反射端之间的距离，表示声场中血液样本处声压均方值，v2表示声场中振动质点均方值，c表示声速。2.水平传输的合本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于相位补偿模糊控制器算法的血液样本无接触传输方法，其特征在于该方法包括以下步骤：/n步骤1：计算处于驻波场中的悬浮血液样本所受到的总相对势能力

【技术特征摘要】
1.基于相位补偿模糊控制器算法的血液样本无接触传输方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
步骤1：计算处于驻波场中的悬浮血液样本所受到的总相对势能力及沿水平方向上的分力Fx；
步骤2：建立血液样本期望位置qdx与血液样本实际位置qx之间的误差ex及误差变化率
设发射端与接收端之间的距离为λ，当血液样本期望位置与实际位置之间的距离大于相邻两对发射端的间距l时，例如期望位置距离实际位置之间的距离为1.5l时，将血液样本在这段区间内经过的发射与接收端分别标记为1、2和3号场，分两种情况讨论误差ex及误差变化率的计算
情况1：当在1号和2号场之间传播时，误差ex1为：
ex1＝qx-qd2
qd2表示2号场中的超声振子位置，ex1的初值为l，误差变化率为



情况2：当血液样本悬浮至2号场时，ex1＝0，在2号和3号场之间传播时，误差ex1为：
ex1＝qx-qdx
ex1的初值为误差变化率



当期望位置与实际位置之间的距离为时，在前n个相邻整数段l内移动时，误差计...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈张平，张帆，赵晓东，孔亚广，陈云，汪海燕，邹洪波，黄娜，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33