本公开的实施例提供了一种用于呼吸机的氧浓度控制方法和呼吸机。用于呼吸机的氧浓度控制方法包括设置氧浓度值;检测空气和氧气的混合气体中的当前的氧浓度值;基于发送到氧气流量调节装置的控制信号和预估的气路延迟环节的模型计算反馈值;至少根据检测的当前的氧浓度值与设置的氧浓度值得到氧浓度偏差;根据所述氧浓度偏差和计算的所述反馈值调节发送到所述氧气流量调节装置的控制信号。本公开的实施例考虑了气路中氧浓度变化的延迟特性,设置了针对延时环节的控制算法以尽量消除延迟特性对氧浓度调节的干扰,提高了氧浓度调节的快速性、稳定性和氧浓度控制的精度。稳定性和氧浓度控制的精度。稳定性和氧浓度控制的精度。
【技术实现步骤摘要】
用于呼吸机的氧浓度控制方法和呼吸机
[0001]本公开涉及呼吸机
,具体而言,涉及一种呼吸机的氧浓度控制方法和使用该方法的呼吸机。
技术介绍
[0002]呼吸机的氧浓度控制可以采用标校曲线进行查表,得到氧流量阀的电压来进行调节,还可以采用PID控制氧流量阀来进行调节。但是由于气路因素,氧浓度的变化具有一定的延迟特性,需要一段时间才能达到稳定值,所以在调节过程中容易造成氧浓度控制上下波动,存在调节至稳定状态所需时间长,控制精度有限等问题。
[0003]此外,当前呼吸机一般是采用氧电池传感器或者是顺磁氧传感器进行氧浓度的监测和控制。氧电池传感器是易消耗器材元件,随着电池的消耗,监测氧浓度的精度会明显下降,需要定期更换,并且在调节过程中,由于数据监测反应较慢,氧浓度调节容易出现不稳定和精度不够准确的情况。顺磁氧传感器容易受到振动、位置等因素的影响,造成故障率升高,并且该类型的传感器价格昂贵,生产和维护成本高。
[0004]因此,基于以上原因,一方面需要一种氧浓度控制方法,其可以减少氧浓度控制过程中的波动,使得氧浓度的控制更稳定更快速,另一方面寻找一种成本更低且使用寿命较长的传感器用于呼吸机的氧浓度监测。
技术实现思路
[0005]本公开提供一种用于呼吸机的氧浓度控制方法和使用该方法的呼吸机,以解决上述一个或多个技术问题。
[0006]为了解决上述技术问题中的至少之一,根据本公开的第一方面的实施例提供了一种用于呼吸机的氧浓度控制方法,其包括设置氧浓度值;检测空气和氧气的混合气体中的当前的氧浓度值;基于发送到氧气流量调节装置的控制信号和预估的气路延迟环节的模型计算反馈值;至少根据检测的当前的氧浓度值与设置的氧浓度值得到氧浓度偏差;根据所述氧浓度偏差和计算的所述反馈值调节发送到所述氧气流量调节装置的控制信号。
[0007]本公开的实施例考虑了气路中氧浓度变化的延迟特性,设置了针对延迟环节的控制算法以尽量消除延迟特性对氧浓度调节的干扰,提高了氧浓度调节的快速性、稳定性和氧浓度控制的精度。
[0008]可选的,根据本公开第一方面的实施例,所述预估的气路延迟环节的模型包括预估的氧气流量调节装置的传递函数的离散化模型和预估的包含气路延迟环节的氧气流量调节装置的传递函数的离散化模型,所述计算反馈值包括分别计算所述控制信号经由预估的氧气流量调节装置的传递函数的离散化模型和预估的包含气路延迟环节的氧气流量调节装置的传递函数的离散化模型的反馈值。
[0009]本公开的上述实施例使用了两条反馈回路,包含气路延迟环节的估计模型的反馈回路可以实现将延迟环节移动到控制回路的外边,提高了调节过程的快速性,而不包含气
路延迟环节的估计模型的反馈回路可以补偿由于模型不精确或者出现其他扰动带来的误差。
[0010]可选的,根据本公开第一方面的实施例,所述氧气流量调节装置的传递函数Go(s)和包含气路延迟环节的氧气流量调节装置的传递函数Gp(s)之间具有以下关系:
[0011]Gp(s)=Go(s)*e
‑
τs
[0012]其中e
‑
τs
为气路延迟环节的传递函数。
[0013]可选的,根据本公开第一方面的实施例,根据所述氧浓度偏差和计算的所述反馈值来调节发送到所述氧气流量调节装置的控制信号包括计算偏差信号e2(k),其中
[0014]e2(k)=e1(k)
‑
x
m
(k)+y
m
(k)=r(k)
‑
y(k)
‑
x
m
(k)+y
m
(k)
[0015]其中e1(k)为所述氧浓度偏差,x
m
(k)为所述控制信号经由所述预估的氧气流量调节装置的传递函数的离散化模型的输出,y
m
(k)为所述控制信号经由所述预估的包含气路延迟环节的氧气流量调节装置的传递函数的离散化模型的输出,r(k)为所述设置的氧浓度值,y(k)为所述当前的氧浓度值。
[0016]可选的,根据本公开第一方面的实施例,所述至少根据检测的当前的氧浓度值与设置的氧浓度值得到氧浓度偏差包括计算当前的氧浓度值与设置的氧浓度值之差作为氧浓度偏差e1(k)。
[0017]可选的,根据本公开第一方面的实施例,所述至少根据检测的当前的氧浓度值与设置的氧浓度值得到氧浓度偏差包括根据以下等式计算氧浓度偏差e1(k):
[0018]D0(k)=y
m
(k)/y(k)
[0019]D1(k)=D0(k)+T
d
*[D0(k)
‑
D0(k
‑
1)]/T
s
,T
d
=τ
[0020]D2(k)=x
m
(k)*D1(k)
[0021]e1(k)=r(k)
‑
D2(k)
[0022]其中D0(k)是y
m
(k)与y(k)的比值,D1(k)是D0(k)经过一阶微分之后计算的值,D2(k)是D1(k)与x
m
(k)的乘积,T
s
是采样周期。
[0023]可选的,根据本公开第一方面的实施例,用于呼吸机的氧浓度控制方法还包括根据所述设置的氧浓度值及通气总流量计算氧气和空气流量的比例和氧气流量值,根据该氧气流量值得到所述氧气流量调节装置的初始控制信号。
[0024]可选的,根据本公开第一方面的实施例,用于呼吸机的氧浓度控制方法还包括判断所述设置的氧浓度值与所述当前的氧浓度值是否一致;如果一致,则维持当前的控制信号不变。
[0025]可选的,根据本公开第一方面的实施例,根据所述氧浓度偏差和计算的所述反馈值调节发送到所述氧气流量调节装置的控制信号包括使用PI调节、PID调节和PD调节中的任何一种调节所述控制信号。
[0026]可选的,根据本公开第一方面的实施例,使用超声波氧传感器检测混合气体中的当前的氧浓度值。
[0027]本公开的实施例可以选择超声波氧传感器,超声波氧传感器为非易耗损元件,其既能够保证监测数据的稳定性和高精度,又能够降低成本,保证呼吸机的长期稳定运行。
[0028]根据本公开的第二方面,本公开的实施例提供一种呼吸机,其可以使用上述用于呼吸机的氧浓度控制方法,该呼吸机包括用于调节进入呼吸机的氧气的流量的氧气流量调
节装置;用于检测氧气流量的氧流量传感器;动力装置,位于氧气流量调节装置的下游,用于接入空气和氧气的混合气体;氧浓度传感器,位于动力装置的下游,用于检测空气和氧气的混合气体中的氧浓度值;呼吸处理单元,其基于发送到氧气流量调节装置的控制信号和预估的气路延迟环节的模型计算反馈值;至少根据检测的当前的氧浓度值与设置的氧浓度值得到氧浓度偏差;根据所述氧浓度偏差和计算的反馈值来调节发送到所述氧气流量调节装置的控制信号。
[002本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于呼吸机的氧浓度控制方法,其包括:设置氧浓度值;检测空气和氧气的混合气体中的当前的氧浓度值;基于发送到氧气流量调节装置的控制信号和预估的气路延迟环节的模型计算反馈值;至少根据检测的当前的氧浓度值与设置的氧浓度值得到氧浓度偏差;根据所述氧浓度偏差和计算的所述反馈值来调节发送到所述氧气流量调节装置的控制信号。2.根据权利要求1所述的用于呼吸机的氧浓度控制方法,其中所述预估的气路延迟环节的模型包括预估的氧气流量调节装置的传递函数的离散化模型和预估的包含气路延迟环节的氧气流量调节装置的传递函数的离散化模型,所述计算反馈值包括分别计算所述控制信号经由预估的氧气流量调节装置的传递函数的离散化模型和预估的包含气路延迟环节的氧气流量调节装置的传递函数的离散化模型的反馈值。3.根据权利要求1或2所述的用于呼吸机的氧浓度控制方法,其中所述氧气流量调节装置的传递函数Go(s)和包含气路延迟环节的氧气流量调节装置的传递函数Gp(s)之间具有以下关系:Gp(s)=Go(s)*e
‑
τs
其中e
‑
τs
为气路延迟环节的传递函数。4.根据权利要求2所述的用于呼吸机的氧浓度控制方法,其中所述根据所述氧浓度偏差和计算的所述反馈值来调节发送到所述氧气流量调节装置的控制信号包括计算偏差信号e2(k),其中e2(k)=e1(k)
‑
x
m
(k)+y
m
(k)=r(k)
‑
y(k)
‑
x
m
(k)+y
m
(k)其中e1(k)为所述氧浓度偏差,x
m
(k)为所述控制信号经由所述预估的氧气流量调节装置的传递函数的离散化模型的输出,y
m
(k)为所述控制信号经由所述预估的包含气路延迟环节的氧气流量调节装置的传递函数的离散化模型的输出,r(k)为所述设置的氧浓度值,y(k)为所述当前的氧浓度值。5.根据权利要求4所述的用于呼吸机的氧浓度控制方法,其中所述至...
【专利技术属性】
技术研发人员:陈庚,李文峰,
申请(专利权)人:北京瑞承天启医疗科技有限公司,
类型:发明
国别省市:
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