【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于呼吸机流量控制，具体涉及基于adrc的呼吸机流量控制方法。
技术介绍
1、呼吸机是一种能代替、控制或改变人的正常生理呼吸,增加肺通气量、改善呼吸功能、减轻呼吸功消耗、节约心脏储备能力的装置,它能延长病人生命并为其争取治疗时间。
2、现有的呼吸机中，为了得到目标的流量，通过传感器测量的流量与需要的流量作差，其差值输入到pid控制器，pid控制风机，从而得到期望的流量值，但是现有的呼吸机在流量控制中，会造成流量超调，流量超调会对使用者心肺造成压力，影响使用者健康。
3、adrc，全称叫做active disturbance reiection control，中文名是自抗扰控制技术。可以克服传统pid算法的诸多缺陷，为此我们提出基于adrc的呼吸机流量控制方法。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供基于adrc的呼吸机流量控制方法，通过引入adrc控制器对流量进行控制，能够有效降低超调，实现流量快速、稳定地响应，避免流量超调对使用者心肺造成压力的问题，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
2、为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：基于adrc的呼吸机流量控制方法，所述adrc包括跟踪微分器、状态误差反馈控制、扩张状态观测器，其中，p为目标流量，y为实际流量，z3为观测系统扰动值，p和y构成了adrc的输入，u为adrc的输出值，所述方法包括以下步骤：
3、s1.获取目标流量p，将目标流量p经跟踪微分器得到跟踪流量x1
4、s2.跟踪流量x1和跟踪流量微分x2经过扩张状态观测器得到指令信号与被控对象流量之差e1和指令信号微分与被控对象流量微分之差e2；
5、s3.状态误差反馈控制根据指令信号与被控对象流量之差e1和指令信号微分与被控对象流量微分之差e2输出u0，u0减去观测系统扰动值z3除以观测参数b后的值，得到输出值u，输出值u通过被控对象后输出实际流量y；
6、s4.扩张状态观测器根据实际流量y输出观测流量z1、观测流量微分z2和观测系统扰动值z3；
7、s5.通过输出值u控制电机转速输出流量，使输出的实际流量y发生调整，得到新y，根据新y产生新z1、z2、z3，从而产生新u；
8、s6.循环上述步骤s2-s5，使流量误差、流量微分误差趋于0，从而使实际流量趋于目标流量，完成流量控制。
9、优选的，所述s2中的指令信号与被控对象流量之差具体为跟踪流量减去观测流量，所述指令信号微分与被控对象流量微分之差具体为跟踪流量微分减去观测流量微分。
10、优选的，所述跟踪微分器使用如下公式：
11、
12、上式中：h为采样周期；p(k)为第k时刻的输入信号；δ为决定跟踪快慢的参数；
13、fst函数为最速控制综合函数，描述如下：
14、
15、
16、其中，d＝δh；d0＝hd；y＝x1+hx2；
17、优选的，所述误差反馈控制使用如下公式：
18、u＝β1fal(e1,α1,δ)+β2fal(e2,α2,δ)
19、
20、其中e1为指令信号与被控对象流量之差，e2为指令信号微分与被控对象流量微分之差；
21、扩张状态观测器的公式如下：
22、
23、优选的，所述扩张状态观测器具体表示为：
24、
25、其中，x为系统状态，σ＝f(x)+w(t)为系统总扰动，f(x)为未知线性函数，w(t)为未知外部扰动，b0为未知输入增益，u为控制输入；
26、所述扩张状态观测器包括降阶数据驱动扩张状态观测器和全阶数据驱动扩张状态观测器，其中：
27、所述降阶数据驱动扩张状态观测器设计如下：
28、
29、
30、其中，为系统状态估计；为集总扰动估计；为输入增益估计；k为观测增益；
31、所述全阶数据驱动扩张状态观测器设计如下：
32、
33、
34、优选的，所述扩张状态观测器还用于进行滤波处理，所述滤波处理的方法具体为：将控制量和被控对象的输出量不经过滤波器而直接进入扩张状态观测器中，对扩张状态观测器的观测输出量进行滤波，所述观测输出量进行滤波包括对观测输出量中的每一个观测量或部分观测量之后加一个滤波器，所述滤波器为iir滤波、fir滤波、惯性滤波或均值滤波。
35、优选的，所述目标流量通过第一流量传感器测量，所述实际流量通过第二流量传感器测量，所述第一流量传感器和所述第二流量传感器的结构相同，且所述第一流量传感器和所述第二流量传感器均设置为气体流量传感器。
36、优选的，所述气体流量传感器包括电路系统、激光光源、玻璃转子流量计、光纤传像束和光敏二极管阵列，所述电路系统包括微处理器、驱动电路、信号处理电路和光敏二极管扫描电路，所述微处理器通过驱动电路与半导体激光器电路连接，所述微处理器与光敏二极管扫描电路连接，所述光敏二极管扫描电路与光敏二极管连接，所述微处理器与信号处理电路连接，所述信号处理电路与光敏二极管扫描电路连接。
37、优选的，所述方法还包括通过第三流量传感器计算用户实际呼吸的潮气量，根据潮气量调节压力期望值，进行流量控制。
38、优选的，所述计算用户实际呼吸的潮气量具体为：
39、实际呼吸的潮气量f(k)为：f(k)＝f(k)-vl；
40、漏气量vl为：
41、
42、其中，f(k)为第三流量传感器测量值，m、n分别为吸气和呼气的采样次数，qi为第i个采样周期的流量值。
43、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
44、本专利技术基于adrc的呼吸机流量控制方法，通过引入adrc控制器对流量进行控制，能够有效降低超调，实现流量快速、稳定地响应，从而避免流量超调对使用者心肺造成压力的问题，有利于使用者的健康。
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1.基于ADRC的呼吸机流量控制方法，其特征在于：所述ADRC包括跟踪微分器、状态误差反馈控制、扩张状态观测器，其中，P为目标流量，y为实际流量，Z3为观测系统扰动值，P和y构成了ADRC的输入，U为ADRC的输出值，所述方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于ADRC的呼吸机流量控制方法，其特征在于：所述S2中的指令信号与被控对象流量之差具体为跟踪流量减去观测流量，所述指令信号微分与被控对象流量微分之差具体为跟踪流量微分减去观测流量微分。
3.根据权利要求1所述的基于ADRC的呼吸机流量控制方法，其特征在于：所述跟踪微分器使用如下公式：
4.根据权利要求3所述的基于ADRC的呼吸机流量控制方法，其特征在于：所述误差反馈控制使用如下公式：
5.根据权利要求1所述的基于ADRC的呼吸机流量控制方法，其特征在于：所述扩张状态观测器具体表示为：
6.根据权利要求1所述的基于ADRC的呼吸机流量控制方法，其特征在于：所述扩张状态观测器还用于进行滤波处理，所述滤波处理的方法具体为：将控制量和被控对象的输出量不经过滤波器而直
7.根据权利要求1所述的基于ADRC的呼吸机流量控制方法，其特征在于：所述目标流量通过第一流量传感器测量，所述实际流量通过第二流量传感器测量，所述第一流量传感器和所述第二流量传感器的结构相同，且所述第一流量传感器和所述第二流量传感器均设置为气体流量传感器。
8.根据权利要求7所述的基于ADRC的呼吸机流量控制方法，其特征在于：所述气体流量传感器包括电路系统、激光光源、玻璃转子流量计、光纤传像束和光敏二极管阵列，所述电路系统包括微处理器、驱动电路、信号处理电路和光敏二极管扫描电路，所述微处理器通过驱动电路与半导体激光器电路连接，所述微处理器与光敏二极管扫描电路连接，所述光敏二极管扫描电路与光敏二极管连接，所述微处理器与信号处理电路连接，所述信号处理电路与光敏二极管扫描电路连接。
9.根据权利要求7所述的基于ADRC的呼吸机流量控制方法，其特征在于：所述方法还包括通过第三流量传感器计算用户实际呼吸的潮气量，根据潮气量调节压力期望值，进行流量控制。
10.根据权利要求9所述的基于ADRC的呼吸机流量控制方法，其特征在于：所述计算用户实际呼吸的潮气量具体为：
...【技术特征摘要】
1.基于adrc的呼吸机流量控制方法，其特征在于：所述adrc包括跟踪微分器、状态误差反馈控制、扩张状态观测器，其中，p为目标流量，y为实际流量，z3为观测系统扰动值，p和y构成了adrc的输入，u为adrc的输出值，所述方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于adrc的呼吸机流量控制方法，其特征在于：所述s2中的指令信号与被控对象流量之差具体为跟踪流量减去观测流量，所述指令信号微分与被控对象流量微分之差具体为跟踪流量微分减去观测流量微分。
3.根据权利要求1所述的基于adrc的呼吸机流量控制方法，其特征在于：所述跟踪微分器使用如下公式：
4.根据权利要求3所述的基于adrc的呼吸机流量控制方法，其特征在于：所述误差反馈控制使用如下公式：
5.根据权利要求1所述的基于adrc的呼吸机流量控制方法，其特征在于：所述扩张状态观测器具体表示为：
6.根据权利要求1所述的基于adrc的呼吸机流量控制方法，其特征在于：所述扩张状态观测器还用于进行滤波处理，所述滤波处理的方法具体为：将控制量和被控对象的输出量不经过滤波器而直接进入扩张状态观测器中，对扩张状态观测器的观测输出量进行滤波，所述观测输出量进行滤波包括对观测输出量中的每一个观...
【专利技术属性】
技术研发人员：王成，徐欢，张弘弢，王帅，韩理，楼田甜，唐雪峰，牛建勋，
申请(专利权)人：南京舒普思达医疗设备有限公司，
类型：发明
国别省市：
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