【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于pid控制优化领域，尤其涉及一种用于血滤机的血泵优化控制方法。
技术介绍
1、血滤机是一种医疗设备，用于通过血液滤过技术对患者的血液进行净化和治疗。该设备通常用于急性肾衰竭、慢性肾病、心力衰竭等需要清除体内毒素和多余液体的病症。血滤机主要包括：血泵、滤过器、置换液。在血滤机工作过程中，血液首先被泵入滤过器，血液中的水分和小分子废物被滤过器过滤掉，同时置换液被加入到血液中，以补充被移除的液体和重要成分，净化后的血液再返回患者体内。血滤机广泛应用于重症监护病房和透析中心，为肾功能不全或其他需要血液净化治疗的患者提供关键支持。其优势在于能够持续、温和地移除体内的毒素和过量的液体，有助于患者的稳定和恢复。血泵作为血滤机的关键组件之一，负责从患者体内抽取血液并将其泵送到滤过器中进行处理。它确保了血液在整个血滤过程中保持连续和稳定的流动，维持血液流速可以提供稳定的血流量进而提高滤过效率，这对于有效过滤和清除体内毒素和多余液体至关重要，也使得治疗更有效。因此对于血泵的精确控制具有至关重要的意义。
2、pid控制（比例-积分-微分控制）是一种经典的反馈控制策略，用于自动控制系统中调节变量的精确控制。pid控制器通过计算实际值与目标值之间的误差，并使用比例、积分和微分三个部分对误差进行校正以最小化误差。比例控制（p）处理当前误差，积分控制（i）处理累积误差，微分控制（d）处理误差的变化率。pid控制能够精确调节系统，减少稳态误差，提高控制精度，并且能够根据实时反馈数据动态调整控制输出，确保系统始终接近目标状态。因此将pi
3、鱿鱼游戏算法（squid game optimizer）是一种新颖的元启发式算法，灵感来源于一种传统多人游戏的规则。鱿鱼游戏算法主要包括三个阶段：第一阶段是进攻球员向防守球员人群移动，第二阶段若防守方的获胜状态低于进攻方的获胜状态，则进攻球员向最佳进攻球员人群移动，若防守方的获胜状态高于进攻方的获胜状态，则防守球员向进攻球员人群移动，第三阶段是成功进攻球员向成功防守球员人群移动。该算法的优势在于收敛速度快和求解精度高，但在后期全局搜索能力较差，容易陷入局部最优解，导致在实际应用中无法实现最佳性能。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于：为了提高对于血滤机血泵的精确控制，提出一种用于血滤机的血泵优化控制方法，采用pid控制方法控制电机，驱动血泵工作使血液以目标流速流动。并且通过改进鱿鱼游戏算法优化血滤机血泵控制系统的血液流速pid控制器的控制参数kp、ki、kd，解决了传统pid控制方法在环境变化或系统特性变化时适应性弱的问题，提高血滤机血泵控制系统的自适应性和鲁棒性。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：
3、一种用于血滤机的血泵优化控制方法，具体步骤如下：
4、步骤一、将血滤机的血泵优化控制问题转换成一个待优化的数学模型。
5、步骤二、建立血滤机血泵控制系统的血液流速pid控制模型。
6、步骤三、使用matlab软件建立改进鱿鱼游戏算法数学模型，验证改进后的算法优化pid控制器的精度和性能；所述改进鱿鱼游戏算法包括：
7、d1、在算法的第一阶段进攻球员向防守球员人群的移动，引入自适应搜索因子改进进攻球员的位置更新表达式；
8、d2、在算法的第三阶段成功进攻球员向成功防守球员人群的移动，引入随机游走策略改进成功进攻球员的位置更新表达式，具体如下。
9、step1、在算法第一阶段进攻球员向防守球员人群的移动，引入自适应搜索因子w改进进攻球员的位置更新表达式，改进后的位置更新表达式为：
10、(1）；
11、（2）；
12、（3）；
13、式中，是第一阶段第i个进攻球员的新位置，是第i个进攻球员，w是自适应搜索因子，r1和r2是介于0到1之间的随机数，dg是防守球员人群，是随机选择的防守球员，m是比赛中每组的球员总数，r3是介于1到m之间的随机数，是第i个防守球员，t是当前迭代次数，t是最大迭代次数；
14、step2、在算法第三阶段成功进攻球员向成功防守球员人群的移动，引入随机游走策略改进成功进攻球员的位置更新表达式，改进后的位置更新表达式为：
15、（4）；
16、式中，是第三阶段第i个成功进攻球员的新位置，是第i个成功进攻的球员，bs是成功进攻球员人群中的最佳个体，r是介于0到1之间的随机数，是第k个成功防守球员，o是成功进攻球员的总数，p是成功防守球员的总数，其他参数意义同步骤step1。
17、步骤四、利用改进的鱿鱼游戏算法优化血滤机血泵的血液流速pid控制器，得到血滤机血泵的血液流速pid控制器的最佳控制参数kp、ki、kd。
18、步骤五、将最佳控制参数kp、ki、kd输入到血滤机血泵控制系统的血液流速pid控制模型中，得到血滤机血泵控制系统的血液流速pid控制的最佳效果。
19、进一步地，所述步骤一中，待优化的数学模型表达式为：
20、；
21、式中，f为适应度值，n为样本数量，为血滤机血泵控制系统的血液实际流速值，为血滤机血泵控制系统的血液目标流速值。
22、更进一步地，待优化的数学模型表达式选用累计误差平方函数，通过计算目标值与实际值之间误差的平方和，能够准确反映误差大小，均衡处理正负误差，有助于提升模型的性能和预测精度。
23、进一步地，所述步骤二中，建立血滤机血泵控制系统的血液流速pid控制模型，模型包括输入单元、误差计算单元、血液流速pid控制器单元、改进鱿鱼游戏算法单元、血液流速检测单元、电机单元、血泵单元；输入单元输入血液目标流速值，与血液流速检测单元检测到的血液实际流速值一并输入到误差计算单元得到血液流速误差值，血液流速pid控制器单元接收血液流速误差值，并应用改进鱿鱼游戏算法单元优化后的pid控制参数进行计算得到血液参考流速值，进而控制电机运转驱动血泵工作使血液以参考流速流动，实现对血滤机血泵血液流速的控制。
24、进一步地，所述步骤三中，在算法的第一阶段进攻球员向防守球员人群的移动，引入自适应搜索因子改进进攻球员的位置更新表达式，可以提高算法的自适应性。自适应搜索因子能够根据搜索过程中的反馈动态调整算法，提高算法在不同问题和不同阶段的适应能力。
25、进一步地，所述步骤三中，在算法的第三阶段成功进攻球员向成功防守球员人群的移动，引入随机游走策略改进成功进攻球员的位置更新表达式，可以提高算法的全局搜索能力。随机游走策略增加了搜索路径的多样性，使算法能够探索更广泛的解空间，避免搜索过程过于集中在某些区域，从而提高搜索效果。
26、进一步地，所述本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于血滤机的血泵优化控制方法，其特征在于，具体步骤为：
2.根据权利要求1所述的一种用于血滤机的血泵优化控制方法，其特征在于，所述步骤一中，待优化的数学模型表达式为：
3.根据权利要求1所述的一种用于血滤机的血泵优化控制方法，其特征在于，所述步骤二中，建立血滤机血泵控制系统的血液流速PID控制模型，模型包括输入单元、误差计算单元、血液流速PID控制器单元、改进鱿鱼游戏算法单元、血液流速检测单元、电机单元、血泵单元；输入单元输入血液目标流速值，与血液流速检测单元检测到的血液实际流速值一并输入到误差计算单元得到血液流速误差值，血液流速PID控制器单元接收血液流速误差值，并应用改进鱿鱼游戏算法单元优化后的PID控制参数进行计算得到血液参考流速值，进而控制电机运转驱动血泵工作使血液以参考流速流动，实现对血滤机血泵血液流速的控制。
4.根据权利要求1所述的一种用于血滤机的血泵优化控制方法，其特征在于，所述步骤三中，改进鱿鱼游戏算法的具体步骤为：
5.根据权利要求1所述的一种用于血滤机的血泵优化控制方法，其特征在于，所述步骤四中，利用改
6.根据权利要求5所述的一种用于血滤机的血泵优化控制方法，其特征在于，模拟球员的活动，建立改进鱿鱼游戏算法的位置更新策略数学模型的具体步骤为：
...【技术特征摘要】
1.一种用于血滤机的血泵优化控制方法，其特征在于，具体步骤为：
2.根据权利要求1所述的一种用于血滤机的血泵优化控制方法，其特征在于，所述步骤一中，待优化的数学模型表达式为：
3.根据权利要求1所述的一种用于血滤机的血泵优化控制方法，其特征在于，所述步骤二中，建立血滤机血泵控制系统的血液流速pid控制模型，模型包括输入单元、误差计算单元、血液流速pid控制器单元、改进鱿鱼游戏算法单元、血液流速检测单元、电机单元、血泵单元；输入单元输入血液目标流速值，与血液流速检测单元检测到的血液实际流速值一并输入到误差计算单元得到血液流速误差值，血液流速pid控制器单元接收血液流速误差值，并应用改进鱿鱼游戏算法单元优化后的pi...
【专利技术属性】
技术研发人员：韩爽，聂婷婷，谢芬高，钱民，徐雯，
申请(专利权)人：岳正检测认证技术有限公司济南分公司，
类型：发明
国别省市：
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