CN106693129A

CN106693129A - 一种呼吸机的闭环容量控制方法

Info

Publication number: CN106693129A
Application number: CN201510413381.0A
Authority: CN
Inventors: 成杰
Original assignee: Beijing Aeonmed Co Ltd
Current assignee: Beijing Aeonmed Co Ltd
Priority date: 2015-07-14
Filing date: 2015-07-14
Publication date: 2017-05-24
Anticipated expiration: 2035-07-14
Also published as: EP3320939A4; EP3320939A1; CN106693129B; EA201800105A1; WO2017008549A1

Abstract

本发明提供了一种呼吸机的闭环容量控制方法，所述方法包括：首先生成呼吸机比例阀的电压-流速曲线，根据呼吸机的实际容量VT和吸气时间T计算呼吸机的设置吸气流速；令初始控制电压为在电压-流速曲线中设置吸气流速对应的电压，在吸气时间内，利用闭环控制算法分时计算控制吸气流速的电压，直至在该控制电压下，实时吸气流速达到设置吸气流速的要求。本发明的方法具有控制流速精度高的特点；而且调节时间快，产生的流速不会过冲，也不会导致控制失调。

Description

一种呼吸机的闭环容量控制方法

技术领域

本发明涉及呼吸机领域，特别涉及一种呼吸机的闭环容量控制方法。

背景技术

在呼吸机中，容量控制(VCV)模式是最传统的控制模式；在呼吸机发展初期，VCV控制模式一直占主导地位，每个种类的呼吸机都有VCV模式，但是每种类型的呼吸机的控制算法都不一样。

目前，有的呼吸机由于容量控制方法不完善，采用开环控制的方式，导致实际给出的潮气量远偏于设置值，这样会给呼吸机的使用者带来伤害，存在潜在的风险。

发明内容

本发明的目的在于克服目前呼吸机上的容量控制方法存在的上述缺陷，提出了一种呼吸机的闭环容量控制方法，该方法具有控制精度高，调节时间快，流速不会过冲，也不会导致控制失调的特点。

为了实现上述目的，本发明提供了一种呼吸机的闭环容量控制方法，所述方法包括：首先生成呼吸机比例阀的电压-流速曲线，根据呼吸机的实际容量VT和吸气时间T计算呼吸机的设置吸气流速；令初始控制电压为在电压-流速曲线中设置吸气流速对应的电压，然后利用闭环控制算法分时计算控制吸气流速的电压，直至在该控制电压下，实时吸气流速达到设置吸气流速的要求。

上述技术方案中，所述方法具体包括：

步骤1)生成呼吸机比例阀的电压-流速曲线；

步骤2)根据呼吸机的实际容量VT和吸气时间T计算设置吸气流速：

V＝VT/T

其中，VT为实际容量，T为吸气时间，V为吸气流速，单位ml/s；

步骤3)令初始控制电压为在电压-流速曲线中设置吸气流速对应的电压，在吸气时间内，利用闭环控制算法分时计算控制吸气流速的电压，直至在该控制电压下，实时吸气流速达到设置吸气流速的要求；

步骤4)呼吸机进入稳定工作状态；获取步骤3)最终的控制电压，并用该控制电压控制呼吸机的比例阀,使流速满足设置要求。

上述技术方案中，所述步骤1)的具体实现过程为：在呼吸机正常工作时，每隔0.2ms采集呼吸机比例阀的电压和对应的流速值，利用最小二乘法进行线性拟合，生成呼吸机比例阀的电压-流速曲线。

上述技术方案中，所述步骤3)具体包括：

步骤301)利用步骤1)生成的电压-流速曲线获得设置吸气流速V对应的电压，该电压值为初始t₀时刻的控制电压值P₀；令k＝1；

步骤302)用控制电压值P_k-1控制比例阀，利用传感器测量t_k-1时刻对应的流速为V_k-1；

步骤303)计算t_k时刻的控制电压值P_k：

up[k]＝kp×(V-V_k-1)+P_k-1

ui[k]＝ki×(V-V_k-1)

P_k＝up[k]+ui[k]

其中,V为设置流速，V_k-1为t_k-1时刻的传感器测量出的流速，P_k-1为t_k-1时刻的控制电压，即前馈电压；kp为比例系数，ki为积分系数，up[k]和ui[k]为中间值；

步骤304)用t_k时刻的控制电压P_k控制比例阀，传感器测量t_k时刻的流速V_k；

步骤305)判断V_k与设置流速V的差的绝对值是否小于阈值，如果判断结果是肯定的，进入步骤4)；否则，令k＝k+1；进入步骤303)。

上述技术方案中，所述阈值的取值为2ml/s。

上述技术方案中，步骤303)的比例系数的取值为0.2。

上述技术方案中，步骤303)的积分系数的取值为0.005

本发明的优点在于：

1、本发明的方法具有控制流速精度高的特点；

2、本发明的方法调节时间快，产生的流速不会过冲，也不会导致控制失调。

附图说明

图1为模拟PID控制***原理框图；

图2为本发明的呼吸机的闭环容量控制方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实例对本方明做进一步详细的说明。

如图2所示，一种呼吸机闭环容量控制方法，所述方法包括：

步骤1)生成呼吸机比例阀的电压-流速曲线；

在呼吸机正常工作时，每隔0.2ms采集呼吸机比例阀的电压和对应的流速值，利用最小二乘法进行线性拟合，生成呼吸机比例阀的电压-流速曲线。

步骤2)根据呼吸机的实际容量VT和吸气时间T计算呼吸机的设置吸气流速：

V＝VT/T

容量控制的就是保证整个吸气过程中的监测流速等于设置流速，这样就能保证实际给出的吸入潮气量与设置值VT非常接近。

步骤3)令初始控制电压为在电压-流速曲线中设置吸气流速对应的电压，在吸气时间内，利用闭环控制算法分时计算控制吸气流速的电压，直至在该控制电压下，实时吸气流速达到设置吸气流速的要求；具体包括：

优选的，t_k-t_k-1＝0.03s；

步骤303)计算t_k时刻的控制电压值P_k：

up[k]＝kp×(V-V_k-1)+P_k-1

ui[k]＝ki×(V-V_k-1)

P_k＝up[k]+ui[k]

其中,V为设置流速，V_k-1为t_k-1时刻的传感器测量出的流速，P_k-1为t_k-1时刻的控制电压，即前馈电压；kp为比例系数，优选值为0.2；ki为积分系数，优选值为0.005；up[k]和ui[k]为中间值；

步骤305)判断V_k与设置流速V的差的绝对值是否小于阈值，如果判断结果是肯定的，进入步骤4)；否则，令k＝k+1；进入步骤303)；

优选的，所述阈值的取值为2ml/s；

步骤4)呼吸机进入稳定工作状态；利用步骤303)计算控制电压，并用该控制电压则呼吸机的比例阀的流速满足设置要求。

实例1：

在呼吸机上，设置了四组参数，吸气时间为1s，容量设置分别为100ml，200ml，300ml，2000ml，分别记录下呼吸机的监测潮气量VT1以及检测设备的VT2，控制精度和测量精度都在误差范围内，具体数据见表1：

表1

从上面结果可以看出，本发明的方法的控制精度很高，而且调节速度快，把潮气量从100调节到200，下一周期监测的潮气量VTI＝202。而在传统的VCV中，采用每周期调节一次的方法，调节非常慢，比如设置400，第一周期监测值为300，下一周期会慢慢往上调整，比如330，所以要经过好几个周期才能控制到要求的精度，而本发明的方法每3ms控制一次，所以在很短时间内可以把流速调节到设置流速，通常情况下，一个周期就能达到控制目标。

Claims

1.一种呼吸机的闭环容量控制方法，所述方法包括：首先生成呼吸机比例阀的电压-流速曲线，根据呼吸机的实际容量VT和吸气时间T计算呼吸机的设置吸气流速；令初始控制电压为在电压-流速曲线中设置吸气流速对应的电压，在吸气时间内，利用闭环控制算法分时计算控制吸气流速的电压，直至在该控制电压下，实时吸气流速达到设置吸气流速的要求。

2.根据权利要求1所述的呼吸机的闭环容量控制方法，其特征在于，所述方法具体包括：

步骤1)生成呼吸机比例阀的电压-流速曲线；

V＝VT/T

3.根据权利要求2所述的呼吸机的闭环容量控制方法，其特征在于，所述步骤1)的具体实现过程为：在呼吸机正常工作时，每隔0.2ms采集呼吸机比例阀的电压和对应的流速值，利用最小二乘法进行线性拟合，生成呼吸机比例阀的电压-流速曲线。

4.根据权利要求2所述的呼吸机的闭环容量控制方法，其特征在于，所述步骤3)具体包括：

步骤303)计算t_k时刻的控制电压值P_k：

up[k]＝kp×(V-V_k-1)+P_k-1

ui[k]＝ki×(V-V_k-1)

P_k＝up[k]+ui[k]

5.根据权利要求4所述的呼吸机的闭环容量控制方法，其特征在于，所述阈值的取值为2ml/s。

6.根据权利要求4所述的呼吸机的闭环容量控制方法，其特征在于，步骤303)的比例系数的取值为0.2。

7.根据权利要求4所述的呼吸机的闭环容量控制方法，其特征在于，步骤303)的积分系数的取值为0.005。