一种呼吸支持设备的压力控制系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种呼吸支持设备的压力控制系统及方法，压力控制系统包括呼吸面罩，包括面罩本体，面罩本体的端部设置比例阀信号采集口和采压口，比例阀信号采集口设有比例阀，采压口设有面罩压力传感器，用于检测面罩本体处用户呼吸的压力；比例阀根据面罩压力传感器采集的压力控制比例阀的孔径开通大小，从而达到跟随用户呼吸状态；涡轮，为呼吸面罩提供稳定的气源；处理器，分别与面罩压力传感器、比例阀和涡轮通信连接。比例阀具有瞬时开通和关断的特性，这样能避免控制比例阀调节开通的延时。同样，由于比例阀安装在面罩本体靠近呼吸面罩的进气口端，面罩本体通过比例阀泄放气体，避免因气体在排气管路中传输带来的时间延时。

【技术实现步骤摘要】
一种呼吸支持设备的压力控制系统及方法
本专利技术属于呼吸支持设备
，具体涉及一种呼吸支持设备的压力控制系统及方法。
技术介绍
无创呼吸机一类的呼吸支持设备或高流量无创呼吸湿化治疗仪一类的呼吸支持设备中，需要根据用户的呼吸状态改变涡轮转速，以达到跟随用户呼吸状态的目的。由于涡轮转速调节需要时间，再加上呼吸支持设备到用户端管路内气体传输的延时，电动呼吸支持设备很难做到实时跟随用户的呼吸状态，只能减少延时时间。现有的电动呼吸支持设备通过控制用户面罩端压力来控制涡轮的转速，以达到跟随用户呼吸状态的目的。该方法通过控制涡轮转速实现调节输出用户需要的压力的目的，但是涡轮转速属于大惯性变量，转速不能突变；一方面涡轮转速调节需要时间；另一方面呼吸支持设备到用户端管路气流传输有延时；两者时间的延时造成电动呼吸支持设备很难实时跟随用户呼吸状态。为降低涡轮调速时间，传统的做法是加大涡轮的功率。这样，电动呼吸支持设备运行过程中，带来涡轮发热和噪音增多、成本和体积增加的问题。中国专利申请CN103028170A公开了一种呼吸压力模糊控制式呼吸机及呼吸压力模糊控制方法，呼气电磁比例阀连接面罩，在比例阀与面罩之间连接流量传感器和压力传感器，采用模糊控制和PID控制相结合的控制方法，针对系统的即时状态，通过模糊控制来改变PID控制器的系数，使之与当前系统特性相符，以得到理想的控制效果。该方法的湿化器通过精密调压阀串联吸气电磁比例阀，吸气控制阀一端通过减压阀连接空气混合器，另一端连接吸气电磁比例阀。电磁比例阀远离呼吸机面罩，控制时有延时，很难实时跟随用户呼吸状态；同时，采用PID控制器模糊控制时，从稳定性、准确性和控制速度三个方面来评价两种控制方法在高压、中压和低压三个压力段的控制效果。该控制方法中，用户端很难实时跟随用户呼吸状态。
技术实现思路
为了克服现有技术中的问题，本专利技术提供一种呼吸支持设备的压力控制系统及方法，旨在解决现有的呼吸支持设备依靠控制涡轮转速调节用户端的压力而导致时间延时很难实时跟随用户呼吸状态的问题。为了实现上述目的，本专利技术通过以下技术方案实现：一种呼吸支持设备的压力控制系统，包括：呼吸面罩，包括面罩本体，所述面罩本体的端部设置比例阀信号采集口和采压口，所述比例阀信号采集口设有比例阀，所述采压口设有面罩压力传感器，用于检测面罩本体处用户呼吸的压力；所述比例阀根据面罩压力传感器采集的压力控制比例阀的孔径开通大小，从而达到跟随用户呼吸状态；涡轮，为所述呼吸面罩提供稳定的气源；处理器，分别与面罩压力传感器、比例阀和涡轮通信连接。进一步地，压力控制系统还包括：涡轮驱动模块，所述涡轮通过涡轮驱动模块与处理器通信连接；恒流源，设置于比例阀与处理器之间，为比例阀提供稳定的驱动电流或电压；比例阀信号线，用于比例阀与处理器之间的通信连接。进一步地，压力控制系统还包括：进气管路，与所述呼吸面罩的进气口连通；压力采集管，所述压力采集管的一端与所述采压口连通，另一端与处理器通信连接；过滤器，设置于所述比例阀的孔径排气口。本专利技术还提供一种呼吸支持设备的压力控制方法，包括：S1，处理器初始化，设定用户的标准压力值P；关闭比例阀，启动涡轮，恒定涡轮转速；S2，实时采集面罩压力传感器的压力值P(t)，t为时间变量；启动比例阀，采用模糊PID控制器控制比例阀；S3，当用户端吸气时，实时采集的压力值P(t)＜P，模糊PID控制器控制比例阀的孔径减小，增加用户端的压力，直至P(t)＝P，从而达到跟随用户呼吸状态；S4，当用户端呼气时，实时采集的压力值P(t)＞P，模糊PID控制器控制比例阀的孔径增大，泄放呼吸面罩内的气体，直至P(t)＝P，从而达到跟随用户呼吸状态。进一步地，所述步骤S2中，采用模糊PID控制器控制比例阀的步骤还包括：S21，加载用户前，模糊PID控制器控制比例阀进行精度调节；S22，加载用户时，模糊PID控制器控制比例阀的孔径开通大小，泄放呼吸面罩内的氧气量，从而达到跟随用户呼吸状态。进一步地，所述步骤S21还包括：S211，模糊PID控制器初始化，设定用户的标准压力值P，开启比例阀；预设压力偏差计算公式Δu＝kp×en+ki×(en-en-1)+kd×(en-2en-1+en-2)，其中，kp：比例调节参数；ki：积分调节参数；kd：微分调节参数；en：n时刻需要压力与面罩压力传感器检测压力的偏差；en-1：n-1时刻需要压力与面罩压力传感器检测压力的偏差；en-2：n-2时刻需要压力与面罩压力传感器检测压力的偏差；S212，采集n时刻的面罩压力传感器的压力值Pn，设定en＝P–Pn，en-1＝0，en-2＝0，此时Δun＝kp×en，将Δun的控制量加载于恒流源，恒流源控制比例阀的孔径开通与Δun的控制量对应的大小。进一步地，所述步骤S212之后还包括：S213，在零负载时，预设处理器延时的次数N1，每次延时的时长S1；S214，根据压力偏差计算公式Δu＝kp×en+ki×(en-en-1)+kd×(en-2en-1+en-2)，处理器延时预设的时长S1，得到Δus1，将所述Δus1对应的控制量加载于恒流源，调节比例阀的孔径开通大小；S215，处理器循环运行步骤S214，N1次时结束；模糊PID控制器完成对比例阀的精度调节。进一步地，所述步骤S22的还包括：S221，加载用户时，实时采集m-1、m、m-2时刻面罩压力传感器的压力值P(t＝m-1)、P(t＝m)和P(t＝m-2)的压力值；S222，将压力值P(t＝m)与标准压力值P进行比对，ΔP＝P(t＝m)-P；当ΔP＞0时，根据模糊PID控制器计算Δu(t＝m)，Δu(t＝m)＝kp×em+ki×(em-em-1)+kd×(em-2em-1+em-2)，其中：em＝P-Pm，em-1＝P-Pm-1，em-2＝P-Pm-2，kp：比例调节参数；ki：积分调节参数；kd：微分调节参数；S223，将得到的Δu(t＝m)对应的控制量加载于恒流源，调节比例阀的孔径开通大小，泄放呼吸面罩内的氧气，直至ΔP＝0，从而达到跟随用户呼吸状态。进一步地，所述步骤S222还包括：S223，预设处理器延时的次数N2，每次延时的时长S2；S224，根据压力偏差计算公式Δus2＝kp×es+ki×(es-es-1)+kd×(es-2es-1+es-2)，处理器延时预设的时长S2，得到Δus2，将所述Δus2对应的控制量加载于恒流源，调节比例阀的孔径开通大小；S225，处理器检测用户端的标准压力值P是否有变化；若无，处理器循环运行步骤S224，直至处理器循环的次数等于N2时结束；若有，处理器返回执行步骤S221。进一步地，所述设定用户的标本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种呼吸支持设备的压力控制系统，其特征在于，包括：/n呼吸面罩，包括面罩本体，所述面罩本体的端部设置比例阀信号采集口和采压口，所述比例阀信号采集口设有比例阀，所述采压口设有面罩压力传感器，用于检测面罩本体处用户呼吸的压力；所述比例阀根据面罩压力传感器采集的压力控制比例阀的孔径开通大小，从而达到跟随用户呼吸状态；/n涡轮，为所述呼吸面罩提供稳定的气源；/n处理器，分别与面罩压力传感器、比例阀和涡轮通信连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种呼吸支持设备的压力控制系统，其特征在于，包括：
呼吸面罩，包括面罩本体，所述面罩本体的端部设置比例阀信号采集口和采压口，所述比例阀信号采集口设有比例阀，所述采压口设有面罩压力传感器，用于检测面罩本体处用户呼吸的压力；所述比例阀根据面罩压力传感器采集的压力控制比例阀的孔径开通大小，从而达到跟随用户呼吸状态；
涡轮，为所述呼吸面罩提供稳定的气源；
处理器，分别与面罩压力传感器、比例阀和涡轮通信连接。


2.根据权利要求1所述的压力控制系统，其特征在于，还包括：
涡轮驱动模块，所述涡轮通过涡轮驱动模块与处理器通信连接；
恒流源，设置于比例阀与处理器之间，为比例阀提供稳定的驱动电流或电压；
比例阀信号线，用于比例阀与处理器之间的通信连接。


3.根据权利要求1所述的压力控制系统，其特征在于，还包括：
进气管路，与所述呼吸面罩的进气口连通；
压力采集管，所述压力采集管的一端与所述采压口连通，另一端与处理器通信连接；
过滤器，设置于所述比例阀的孔径排气口。


4.一种呼吸支持设备的压力控制方法，其特征在于，包括：
S1，处理器初始化，设定用户的标准压力值P；关闭比例阀，启动涡轮，恒定涡轮转速；
S2，实时采集面罩压力传感器的压力值P(t)，t为时间变量；启动比例阀，采用模糊PID控制器控制比例阀；
S3，当用户端吸气时，实时采集的压力值P(t)＜P，模糊PID控制器控制比例阀的孔径减小，增加用户端的压力，直至P(t)＝P，从而达到跟随用户呼吸状态；
S4，当用户端呼气时，实时采集的压力值P(t)＞P，模糊PID控制器控制比例阀的孔径增大，泄放呼吸面罩内的气体，直至P(t)＝P，从而达到跟随用户呼吸状态。


5.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，所述步骤S2中，采用模糊PID控制器控制比例阀的步骤还包括：
S21，加载用户前，模糊PID控制器控制比例阀进行精度调节；
S22，加载用户时，模糊PID控制器控制比例阀的孔径开通大小，泄放呼吸面罩内的氧气量，从而达到跟随用户呼吸状态。


6.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，所述步骤S21还包括：
S211，模糊PID控制器初始化，设定用户的标准压力值P，开启比例阀；
预设压力偏差计算公式Δu＝kp×en+ki×(en-en-1)+kd×(en-2en-1+en-2)，其中，
kp：比例调节参数；
ki：积分调节参数；
kd：微分调节参数；
en：n时刻需要压力与面罩压力传感器检测压力的偏差；
en-1：n-1时刻需要压力与面罩压力传感器检测压力的偏差；
e...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴征，王磊，
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