【技术实现步骤摘要】
一种用于涡轮呼吸机的压力控制系统及方法
[0001]本专利技术涉及呼吸机压力控制领域，特别涉及一种用于涡轮呼吸机的压力控制系统及方法。
技术介绍
[0002]呼吸机的工作原理是通过建立气道和肺泡之间的压力差来实现机械通气。目前，市面上的呼吸机大多采用涡轮装置来产生该压力差，以替代外部压缩空气气源。对该压力差进行控制是涡轮呼吸机工作的基础。在用户的吸气过程中，现有技术通常通过比例
‑
积分
‑
微分(PID)控制等算法来控制呼吸机内部的涡轮改变用户的气道压力(现有技术的控制逻辑如图1所示)，使气道压力在吸气相对期望的压力信号(通常为有一定过渡过程的方波信号)进行跟踪，但现有的控制方法无法达到令人满意的压力跟踪效果。
[0003]为了解决现有技术在压力跟踪效果上的缺陷，专利技术人进行了大量研究，发现现有技术之所以无法达到令人满意的压力跟踪效果，是因为对涡轮输出压力的控制在技术上存在如下两个方面的困难。
[0004]一方面，涡轮装置的运行涉及相当复杂的流体运动，其压力、流量和转速之间...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于涡轮呼吸机的压力控制系统，包括：控制模块，根据气道压力与期望压力信号之间的误差改变涡轮的转速，在吸气相使气道压力对期望压力信号进行跟踪；涡轮模块，通过改变涡轮转速对气道压力进行调整；其特征在于，所述的压力控制系统还包括观测模块，所述的“观测模块”用于估计控制过程中的总扰动，并将所述总扰动反馈给控制模块，对涡轮模块的转速控制进行补偿，以消除控制过程中的总扰动。2.根据权利要求1所述的压力控制系统，其特征在于，所述的“控制模块”包括比例控制单元和微分控制单元，其中，所述的“比例控制单元和微分控制单元”按照一定的比例系数和微分系数，根据气道压力与期望压力信号之间的误差成比例地线性改变涡轮的转速，进而实现对气道压力的控制，其中，所述的“比例系数和微分系数”根据呼吸系统的力学特性进行确定，所述的“呼吸系统的力学特性”为气阻和顺应性的乘积。3.根据权利要求2所述的压力控制系统，其特征在于，所述的“比例系数和微分系数根据呼吸系统的力学特性进行确定”的过程包括以下步骤：(1)设定初始的呼吸系统力学特性；(2)取微分系数为零，取较大的比例系数直至气道压力持续振荡或接近发散；(3)将比例系数缩减为步骤(2)中所取值的一半，观察气道压力超调情况：若气道压力仍超调多个周期，则进一步缩减比例系数；若气道压力无超调，则逐步增大比例系数；通过调整比例系数使压力信号出现一到两次振荡后稳定，则固定并记录此时的比例系数；(4)逐步增加微分系数，随着微分系数的增大，压力信号振荡次数和超调量会逐渐降低，当振荡周期变为1以下且超调量降低到10％以下时，则固定并记录此时的微分系数。4.根据权利要求2所述的压力控制系统，其特征在于，所述的控制模块还包括积分控制单元。5.根据权利要求2
‑
4中的任一项所述的压力控制系统，其特征在于，所述的“总扰动”包括：涡轮模块的压力、流量和转速之间的非线性关系，呼吸系统力学特性的大范围变化，以及可能的外部干扰；所述的“观测模块”估计并消除总扰动的过程包括以下步骤：(S1)将涡轮模块与呼吸系统表示为如下的非线性系统：式中，x1＝P
aw
，为气道压力；为气道压力变化率；u
t
为根据压力误差得出的用于涡轮转速调整参数；f(x1,x2)为包括涡轮非线性关系、呼吸系统力学特性大范围变化的不确定性以及可能的外部干扰的非线性函数；b0为待设计参数，用于匹配所用涡轮的大致升压能力；
(S2)引入扩张状态变量x3，记作x3(t)＝f(x1(t),x2(t))，并记将(S1)所述的非线性系统扩张为：(S3)对(S2)中的扩张系统建立扩张状态观测器如下：式中，z1为气道压力,z2为气道压力变化率，z3为总扰动的估计值；β1,β2,β3为观测器的三个待设计参数，采用带宽参数化方法对扩张状态观测器的待设计参数β1,β2,β3进行整定；e1为气道压力观测误差；(S4)对扩张状态观测器进行离散化，记则离散化结构如下式所示，式中，k为拍数；h为离散化步长，根据控制器的控...
【专利技术属性】
技术研发人员：于均杰，李宗阳，李凯，
申请(专利权)人：北京谊安医疗系统股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。