一种用于微压氧舱的模型预测控制气压调控装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种用于微压氧舱的模型预测控制气压调控装置及方法，涉及微压氧舱气压自动控制领域。本发明专利技术包括MPC控制器，进气阀，排气阀，氧气浓度传感器，气压传感器以及微压氧舱；所述进气阀，所述排气阀，所述氧气浓度传感器，所述气压传感器均与所述MPC控制器连接；所述进气阀，所述排气阀与所述微压氧舱连通。本发明专利技术采用模型预测控制方法综合氧气浓度和气压控制进气阀与排气阀；在微压氧舱开始后自动完成升压、稳压、减压的过程及氧气面罩自动给氧，保证对舱内气压和舱内氧气浓度的精确控制。制。制。

【技术实现步骤摘要】
一种用于微压氧舱的模型预测控制气压调控装置及方法


[0001]本专利技术涉及微压氧舱气压自动控制领域，更具体的说是涉及一种用于微压氧舱的模型预测控制气压调控装置及方法。

技术介绍

[0002]微压氧舱是一种进行微压氧气保健设备，利用高浓度的氧气保健使用户达到放松身心的作用。微压氧舱用途广泛，主要用于美容保健，放松舒缓，疲劳缓解等。
[0003]微压氧舱在开始运行时需要加压并增加氧气浓度，在保健过程中要保持气体浓度和压力的恒定，在保健结束时要减压出舱。在此过程中用户使用面罩吸氧，而用户在使用微压氧舱进行保健的过程中应当保持身心放松的状态，不方便对微压氧舱进行操控，因此需要对微压氧舱的全保健过程中的气体进行自动操作控制。
[0004]微压氧舱在整个保健过程中，需要保证氧气浓度不超过危险值以确保消防安全，而用户面罩吸氧时可能产生氧气泄露导致舱内氧气浓度升高超过危险值。因此也需要对微压氧舱内部进行氧气浓度控制。
[0005]微压氧舱在运行的过程中需要对舱内压力进行自动控制的同时保证在升压、稳压、降压的过程中不出现剧烈的压力波动，需要一定的控制精度。
[0006]现有控制微压氧舱方法主要是PID控制，控制较为粗糙，不具有前瞻性，即对气压和氧气浓度的控制具有一定的滞后性，而用户在保健过程中对于气体压力的感知较为敏感，气压的过大波动易影响用户的保健体验，不能提前预测气压和氧气浓度何时超过危险值，不能提前发出警报，容易发生危险。
[0007]由于微压氧舱运行过程中，舱内相对封闭，在调节氧气浓度的同时必然会对舱内气压产生影响；反之，在调节舱内气压时也会对氧气浓度产生影响。现有微压氧舱控制方法将两种指标分别孤立的进行控制调节，很难同时保证两者严格的控制精度。
[0008]在对微压氧舱保健的过程采用MPC的控制方法时，将升压、稳压、降压的过程作为MPC控制器的参考输入，可以保证对气压进行控制的同时，限制氧气浓度不超过设定安全值，同时保证了对气压的控制精度。

技术实现思路

[0009]有鉴于此，本专利技术提供了一种用于微压氧舱的模型预测控制气压调控装置及方法。
[0010]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0011]一种用于微压氧舱的模型预测控制气压调控装置，包括MPC控制器，进气阀，排气阀，氧气浓度传感器，气压传感器以及微压氧舱；所述进气阀，所述排气阀，所述氧气浓度传感器，所述气压传感器均与所述MPC控制器连接；所述所述进气阀，所述排气阀与所述微压氧舱连通。
[0012]可选的，还包括空调、通风系统，所述空调、通风系统与所述微压氧舱连通。
Control,MPC)综合氧气浓度和气压控制进气阀与排气阀；在微压氧舱开始后自动完成升压、稳压、减压的过程及氧气面罩自动给氧，保证对舱内气压和舱内氧气浓度的精确控制。
附图说明
[0032]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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0033]图1为本专利技术基于模型预测的微压氧舱自动操作控制方法框图；
[0034]图2为本专利技术基于模型预测控制的微压氧舱自动操作控制方法流程图；
[0035]图3为本专利技术微压氧舱内部示意图；
[0036]其中，1
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微压氧舱、2
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空调、3
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气压传感器、4
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氧气浓度传感器、5
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座椅、6
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安全导轨、7
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进气阀、8
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排气阀。
具体实施方式
[0037]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0038]本专利技术实施例公开了一种用于微压氧舱的模型预测控制气压调控装置及方法，如图1
‑
3所示，作用于微压氧舱使用的全过程，从加压、通风换气、减压、环境气体浓度控制等环节上进行体现，其中装置如图3所示，包括微压氧舱1、空调2、气压传感器3、氧气浓度传感器4、座椅5、安全导轨6、进气阀7、排气阀8。
[0039]其全过程包括在开始微压氧舱保健过程时候，打开进气阀7自动为舱内加压，并在此过程中不断检测舱内气体浓度和压力，在达到设定值之后，同时打开进气阀7和排气阀8，通过模型预测控制(MPC)维持舱内压力和气体浓度在设定精度内。在经过设定好的时间之后，微压氧舱保健结束，进入舱内减压排气阶段，这时打开排气阀8，将舱内的气体排出，使得舱内气体压力和浓度恢复到外界正常值。
[0040]微压氧舱对于气体压力和气体浓度的控制过程体现如下：首先由气压传感器3和氧气浓度传感器4测量舱内气压和氧气浓度，并输入给微处理器，由微处理器计算得到所需输入或排放的氧气量，如需要输入氧气，则打开进气阀7，如需排放气体，则打开排气阀8；在微压氧舱开始运行后不断循环此过程，从而维持舱内氧气的压力和浓度在设定值；
[0041]利用模型预测控制(MPC)保证高精度控制舱内氧气浓度和气压；
[0042]可以通过控制进气阀7和排气阀8的开合实现舱内气压和氧气浓度的联合控制。
[0043]在另一实施例中，在微压氧舱保健开始后首先实现加压并增高氧气浓度，然后维持设定的气压和氧气浓度，在保健结束时减压，以上过程均由微压氧舱自动完成。
[0044]微压氧舱自动操作控制方法包括在微压氧舱开始运行时提供舱内均匀稳定的增压，在达到设定值后保证舱内气压稳定在设定值，在微压环境下进行保健放松，在达到设定时间后对舱内降压直到达到设定气压，在整个运行过程中保证气压调节过程舱内气压均匀
稳定，同时舱内氧气浓度控制在设定范围；
[0045]由多组气压传感器和气体浓度传感器分别测量舱内气压和氧气浓度，所采用传感器均布在微压氧舱内部空间，将所测数据输入给微处理器，由微处理器计算得到所需输入或排放的空气量，从而控制每一个进气阀和排气阀的阀口开度；
[0046]采用多组进气阀和排气阀均匀分布在微压氧舱内部以保证对舱内气压和氧气浓度进行均匀、精确控制，如需要提升气压或降低舱内氧气浓度，则进气阀开度加大，排气阀开度减小；如需降低气压，则将排气阀开度加大，进气阀开度减小；
[0047]在微压氧舱开始运行后不断循环上述控制过程，从而维持舱内氧气的压力和浓度在设定值；
[0048]利用模型预测控制(MPC)在线优化空气的需求量，高精度控制舱内氧气浓度和气压，控制方法包括如下步骤：
[0049]1)考虑舱内气体压力和氧气浓度均由进气阀和排气阀的阀口开本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于微压氧舱的模型预测控制气压调控装置，其特征在于，包括MPC控制器，进气阀，排气阀，氧气浓度传感器，气压传感器以及微压氧舱；所述进气阀，所述排气阀，所述氧气浓度传感器，所述气压传感器均与所述MPC控制器连接；所述所述进气阀，所述排气阀与所述微压氧舱连通。2.根据权利要求1所述的一种用于微压氧舱的模型预测控制气压调控装置，其特征在于，还包括空调、通风系统，所述空调、通风系统与所述微压氧舱连通。3.一种用于微压氧舱的模型预测控制气压调控方法，其特征在于，利用权利要求1
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2任意一项所述的一种用于微压氧舱的模型预测控制气压调控装置，包括以下步骤：由气压传感器和氧气浓度传感器测量舱内气压和氧气浓度，得到舱内气压和氧气浓度的平均值，并输入给MPC控制器；由MPC控制器综合所需要舱内的气压值和氧气浓度计算得到所需输入或排放的空气量；如需要提升气压或降低舱内氧气浓度，则将进气阀开度加大，排气阀开度减小；如需降低气压，则将排气阀开度加大，进气阀开度减小。4.根据权利要求3所述的一种用于微压氧舱的模型预测控制气压调控方法，其特征在于，所述MPC控制器利用模型预测控制控制m个进气阀和r个排气阀，所述控制方法包括如下步骤：S1：将进气阀和排气阀的阀口开度按流经的气体流量分别均分为n段，则经过排列组合每一时间段所有进气阀和排气阀开度共有m+r
n
种状态；S2：预测m+r
n
种状态的代价函数，选择代价函数最小时对应的状态；S3：在微压氧舱运行过程中...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢长勇，廖昌波，陈锐勇，杨鹏，王蒙蒙，翟宇佳，奉悦，
申请(专利权)人：中国人民解放军海军特色医学中心，
类型：发明
国别省市：