转速控制装置和方法、心室辅助系统、存储介质及设备制造方法及图纸

本申请公开了一种转速控制装置和方法、心室辅助系统、存储介质及设备，转速控制装置用于获取电机的目标转速；获取电机的转速值和泵的流量值；根据目标转速、转速值、流量值和预设的反馈控制规律向电机输出控制指令，以控制电机以对应的转速驱动泵输送血液；反馈控制规律是根据电机与泵的第一关联模型以及泵与人体的第二关联模型创建的，且反馈控制规律中的转速反馈控制增益和流量反馈控制增益是根据李雅普诺夫理论得到的。本申请可以提高反馈控制增益的可靠性和准确性，还能够使转速稳定在目标转速，不受收缩期和舒张期的压力变化的影响。响。响。

【技术实现步骤摘要】
转速控制装置和方法、心室辅助系统、存储介质及设备


[0001]本申请涉及心脏术用医疗器械领域，特别涉及一种转速控制装置和方法、心室辅助系统、存储介质及设备。

技术介绍

[0002]LVAD(left ventricular assist device)是一种左心辅助装置，左心辅助是将左心房或左心室血流引入辅助泵体，经泵驱动血流进入主动脉，完全替代左心泵血功能。LVAD可以通过调节转速保证心衰患者的心输出和灌注压保持在一定的生理范围。
[0003]在基于LVAD的转速控制过程中，通常是采样转速的PID(比例proportional
‑
integral
‑
derivative，比例
‑
积分
‑
微分)控制，该方法的缺点在于PID参数的选取需要依靠经验调试，而且由于心脏一直处于收缩期和舒张期交替的状态，泵的两端的压差一直在变，使得转速会一直在目标转速附近波动，并不稳定。

技术实现思路

[0004]本申请提供了一种转速控制装置和方法、心室辅助系统、存储介质及设备，用于解决依靠经验选取的PID参数不准确以及泵的两端的压差变化使得转速在目标转速附近波动的问题。所述技术方案如下：
[0005]第一方面，提供了一种转速控制装置，
[0006]所述转速控制装置，用于获取电机的目标转速；
[0007]所述转速控制装置，还用于获取所述电机的转速值和泵的流量值；
[0008]所述转速控制装置，还用于根据所述目标转速、所述转速值、所述流量值和预设的反馈控制规律向所述电机输出控制指令，所述控制指令用于控制所述电机以对应的转速驱动所述泵输送血液；
[0009]其中，所述反馈控制规律是根据所述电机与所述泵的第一关联模型以及所述泵与人体的第二关联模型创建的，且所述反馈控制规律中的转速反馈控制增益和流量反馈控制增益是根据李雅普诺夫理论得到的。
[0010]第二方面，提供了一种心室辅助系统，所述心室辅助系统包括电机转速获取模块、流量获取模块、电机、泵和如上所述的转速控制装置；
[0011]所述电机转速获取模块，用于获取所述电机的转速值，向所述转速控制装置输出所述转速值；
[0012]所述流量获取模块，用于获取所述泵的流量值，向所述转速控制装置输出所述流量值；
[0013]所述转速控制装置，用于获取所述电机的目标转速，根据所述目标转速、所述转速值、所述流量值和预设的反馈控制规律向所述电机输出控制指令；
[0014]所述电机，用于根据所述控制指令对应的转速驱动所述泵输送血液。
[0015]第三方面，提供了一种用于心室辅助系统的转速控制方法，用于如上所述的转速
控制装置中，所述方法包括：
[0016]获取电机的目标转速；
[0017]获取所述电机的转速值和所述泵的流量值；
[0018]根据所述目标转速、所述转速值、所述流量值和预设的反馈控制规律向所述电机输出控制指令，所述控制指令用于控制所述电机以对应的转速驱动所述泵输送血液；
[0019]其中，所述反馈控制规律是根据所述电机与所述泵的第一关联模型以及所述泵与人体的第二关联模型创建的，且所述反馈控制规律中的转速反馈控制增益和流量反馈控制增益是根据李雅普诺夫理论得到的。
[0020]第四方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质中存储有至少一条指令，所述至少一条指令由处理器加载并执行以实现如上所述的转速控制方法。
[0021]第五方面，提供了一种电子设备，所述电子设备包括处理器和存储器，所述存储器中存储有至少一条指令，所述指令由所述处理器加载并执行以实现如上所述的转速控制方法。
[0022]本申请提供的技术方案的有益效果至少包括：
[0023]由于心脏一直处于收缩期和舒张期交替的状态，这就导致泵的两端的压差一直在变化，而流量可以间接体现这种压差的变化，所以，可以利用转速和流量耦合控制电机的转速，以抵消心脏的收缩和舒张带来的影响；然后，通过李雅普诺夫函数的稳定条件可以推导出转速反馈控制增益和流量反馈控制增益在心脏收缩期和舒张期需要满足的不同条件，为转速反馈控制增益和流量反馈控制增益提供了明确的选取方式，相比较于通过经验调试的选取方式来说，可以提高转速反馈控制增益和流量反馈控制增益的可靠性和准确性。
[0024]在目标转速的基础上，可以根据转速值和流量值的反馈来控制电机的转速，使得转速在稳态时更平稳平滑，不受收缩期和舒张期的压力变化的影响。
附图说明
[0025]为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例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申请的一些实施例，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。
[0026]图1是本申请一个实施例提供的反馈控制规律的推导流程示意图；
[0027]图2是本申请一个实施例提供的血液循环的示意图；
[0028]图3是本申请一个实施例提供的转速控制方法的控制流程示意图；
[0029]图4是本申请一个实施例提供的心室辅助系统的结构示意图。
具体实施方式
[0030]以下结合附图对本专利技术的示范性实施例做出说明，其中包括本专利技术实施例的各种细节以助于理解，应当将它们认为仅仅是示范性的。因此，本领域普通技术人员应当认识到，可以对这里描述的实施例做出各种改变和修改，而不会背离本专利技术的范围和精神。同样，为了清楚和简明，以下的描述中省略了对公知功能和结构的描述。
[0031]由于心脏一直处于收缩期和舒张期交替的状态，这就导致泵的两端的压差一直在
变化，如果仅仅通过反馈的转速和目标转速来控制电机的转速，会使得实际的转速在目标转速附近波动，无法稳定在目标转速。
[0032]我们发现流量可以间接体现压差的变化，所以，我们利用转速和流量耦合控制电机的转速，以抵消心脏的收缩和舒张带来的影响；然后，通过李雅普诺夫理论可以推导出反馈控制规律中的转速反馈控制增益和流量反馈控制增益在心脏收缩期和舒张期需要满足的不同条件，为转速反馈控制增益和流量反馈控制增益提供了明确的选取方式，相比较于通过经验调试的选取方式来说，可以提高转速反馈控制增益和流量反馈控制增益的可靠性和准确性。另外，在目标转速的基础上，可以根据电机的转速值和泵的流量值的反馈来控制电机的转速，使得转速在稳态时更平稳平滑，不受收缩期和舒张期的压力变化的影响。
[0033]在一个实施例中，反馈控制规律是根据电机与泵的第一关联模型以及泵与人体的第二关联模型创建的，且反馈控制规律中的转速反馈控制增益和流量反馈控制增益是根据李雅普诺夫理论得到的。如图1所示，反馈控制规律的推导流程可以包括模型创建步骤110、规律创建步骤120和增益计算步骤130。
[0034]模型创建步骤110，具体是联立电机与泵的关联模型以及泵与人体的关联模型，得到耦合系统本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于心室辅助系统的转速控制装置，其特征在于，所述转速控制装置，用于获取电机的目标转速；所述转速控制装置，还用于获取所述电机的转速值和泵的流量值；所述转速控制装置，还用于根据所述目标转速、所述转速值、所述流量值和预设的反馈控制规律向所述电机输出控制指令，所述控制指令用于控制所述电机以对应的转速驱动所述泵输送血液；其中，所述反馈控制规律是根据所述电机与所述泵的第一关联模型以及所述泵与人体的第二关联模型创建的，且所述反馈控制规律中的转速反馈控制增益和流量反馈控制增益是根据李雅普诺夫理论得到的。2.根据权利要求1所述的转速控制装置，其特征在于，所述转速反馈控制增益和所述流量反馈控制增益是基于李雅普诺夫函数的导数小于等于零的系统稳定条件得到的，所述李雅普诺夫函数是表示所述电机转速与所述目标转速之间的误差的能量函数。3.根据权利要求2所述的转速控制装置，其特征在于，所述李雅普诺夫函数的导数的系数是将第三关联模型和第四关联模型输入所述李雅普诺夫函数的导数后生成的，所述第三关联模型是将所述反馈控制规律输入所述第一关联模型得到的，所述第四关联模型是将所述目标转速输入所述第三关联模型得到的。4.根据权利要求2所述的转速控制装置，其特征在于，所述李雅普诺夫函数的导数的系数包括所述电机转速、所述目标转速、所述反馈控制增益和所述流量控制增益，且所述反馈控制增益和所述流量控制增益是基于边界条件确定所述电机转速与所述目标转速所满足的关联关系，再基于所述关联关系确定的；所述边界条件是基于所述泵在舒张期和收缩期的特性生成的。5.根据权利要求1所述的转速控制装置，其特征在于，所述第一关联模型是将电机转矩和负载转矩输入所述电机的转矩特性模型中得到的；所述第二关联模型是将所述泵的两端的压差输入所述泵的水利特性模型中得到的。6.根据权利要求1至5任一项所述的转速控制装置，其特征在于，所述转速控制装置，还用于：获取舒张期的反馈控制规律，根据所述目标转速、所述转速值、所述流量值和所述舒张期的反馈控制规律向所述电机输出舒张期的控制指令，所述舒张期的控制指令用于在舒张期内控制所述电机以对应的转速驱动所述泵输送血液；...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘智倩，杨云骢，刘曦，杨夏燕，虞奇峰，
申请(专利权)人：上海焕擎医疗科技有限公司，
类型：发明
国别省市：