CN109939313A - Peep阀、peep阀的控制方法和含有该peep阀的呼吸机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种PEEP阀、PEEP阀控制方法和含有该PEEP阀的呼吸机。本发明的PEEP阀包括控制单元，所述控制单元执行如下的操作：每隔周期T获取第n‑1个周期的误差e(n‑1)和第n个周期的误差e(n)，该误差为PEEP阀的测量值和设置值的差值；根据误差e(n‑1)和e(n)设定控制电压的增幅；3)根据步骤2)获得的电压值增量值对PEEP阀的控制电压进行调整。本发明通过对PEEP阀的控制方法进行改进，可以使得PEEP阀的精度大大提高。
Description
技术领域
本发明属于呼吸机的PEEP设计和制造领域，具体涉及PEEP阀控制方法、PEEP阀和含有该PEEP阀的呼吸机。
背景技术
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。呼吸机有多种通气方式，PEEP(positiveendexpiratorypressure，呼气末正压通气)是其中的一种，它是在间歇正压通气的前提下，使呼气末气道内保持一定压力，在治疗呼吸窘迫综合征、非心源性肺水肿、肺出血时起重要作用。
由于PEEP阀几乎都是非线性的，所以要实现PEEP的精确控制，阀的非线性模型非常复杂，所以很多呼吸机的PEEP控制都是开环控制，这会导致设置值和监测值出现偏差。
请参见附图1，其示出了现有的呼吸机的PEEP阀的电压压力曲线，从图中可以看出，实际曲线并不是线性关系，特别是在电压比较小时曲线出现很大的拐点，途中的直线为用直线拟合而得到的。
如果不用闭环控制，而采用开环控制，开环控制时会用直线拟合出PEEP阀的电压—压力直线方程，然后用直线方程近似的代替曲线的方程，这样根据设置的PEEP，代入直线的方程，算出电压，由于曲线方程和直线方程有偏差，所以就会出现设置值和控制值不相等，特别是PEEP小于5cmH2O时，非线性特性更明显，有时候误差太大，在临床上带来不少的投诉。
目前对于PEEP阀的闭环控制的报道较少，并且这些控制方法均存在一些缺陷需要克服。
申请人在先申请CN101468223A公开了一种PEEP阀的控制方法，主要包括一种提高PEEP阀的工作精度的方法，包括下列步骤：
步骤1，提供预期的呼气末气道压力值P1；
步骤2，根据所述预期的呼气末气道压力值P1来控制所述PEEP阀的开度；
步骤3，检测实际的呼气末气道压力值P2；
步骤4，如果P1大于P2，减小所述PEEP阀的开度，如果P1小于P2，增大所述PEEP阀的开度；
重复所述步骤2到步骤4，直到获得所述预期的呼气末气道压力值P1。
该申请通过闭环控制来提高精度。在控制中，实时监测PEEP阀控制的呼气末气道压力值，并将其作为反馈，不断的计算和调整PEEP阀，使PEEP阀的输出达到更高的精度。该方法可应用于医疗诊断中的监测和诊断设备，尤其是麻醉机和呼吸机中对PEEP阀的控制。
使用闭环控制，根据每个呼吸周期后监测的数据，重新调整PEEP阀的控制，这种方法可以很大的提高PEEP阀的控制精度。另外，因为仍然使用简单的压力和电流的对应表，简化了PEEP阀的标定过程，减小了表值的存储空间，也减少了计算时间。
中国专利申请CN104001249A公开了一种呼吸末正压的控制方法及装置，其控制方法具体为：
步骤A：在第i个呼气周期内，获取所述PEEP呼吸末正压阀的第一检测值，在第i+1个呼气周期内，获取所述PEEP呼吸末正压阀的第二检测值；
步骤B：将所述第一检测值与所述第二检测值进行比较，得到比较结果，如果所述比较结果在误差允许范围内，则执行步骤C，如果所述比较结果不在误差允许范围内，则执行步骤D；
步骤C：获取所述第二检测值对应的PEEP控制值，根据所述PEEP控制值控制所述PEEP呼吸末正压阀运动；
步骤D：获取所述第二检测值对应的PEEP控制值，对所述PEEP控制值进行调整，根据调整后的值控制所述PEEP呼吸末正压阀运动，将所述调整后的值设置为下一呼气周期中检测值对应的PEEP控制值；其中，所述i为正整数。
上述的方法可以实现当***出现有微小漏气时，闭环控制会进行补偿，能够精确的控制PEEP阀，保证PEEP值的稳定性，防止了PEEP值的不稳定对病人造成的伤害。
但是申请人发现现有的闭环控制方法的精度仍然有待提高。
发明内容
本发明的一个目的在于克服现有技术中闭环控制的缺陷，提供一种新的PEEP阀。
本发明的另外一个目的在于提供上述PEEP阀的控制方法。
本发明首先提供了一种PEEP阀，所述PEEP阀包括控制单元，所述控制单元执行如下的操作：
1)每隔周期T获取第n-1个周期的误差e(n-1)和第n个周期的误差e(n)，该误差为PEEP阀的测量值和设置值的差值；
2)根据误差e(n-1)和e(n)设定控制电压的增幅，该控制电压的增幅为依据如下方法设置；
其中Kp取值范围为0.01-0.5，TD取值范围为1-10，TI取值范围为0.0001-0.05；
3)根据步骤2)获得的电压值增量值对PEEP阀的控制电压进行调整。
作为上述PEEP阀一种更好的选择，TD＝0。在PEEP阀达到相对稳定的状态时，可以取消微分控制。
作为上述PEEP阀一种更好的选择，Kp取值为TI的20-100倍。
作为上述PEEP阀一种更好的选择，Kp＝0.05，TI＝0.002。
本发明还相应的提供了一种PEEP阀的控制方法，包括：
1)每隔周期T获取第n-1个周期的误差e(n-1)和第n个周期的误差e(n)，该误差为PEEP阀的压力测量值和压力设置值的差值；
2)根据误差e(n-1)和e(n)设定控制电压，该控制电压为依据如下方法设置；
其中Kp取值范围为0.01-0.5，TD取值范围为1-10，TI取值范围为0.0001-0.05；
3)根据步骤2)获得的电压值增量值对PEEP阀的控制电压进行调整进行调整。
本发明的PEEP阀为依据PID控制***进行控制。
关于PID控制***，请参见图2的PID控制***原理框图，使用在PEEP阀控制中时，控制误差e(t)＝PEEP(设置)-PEEP(监测)，经过比例、积分、微分后，把控制电压u(t)送给PEEP阀，经过连续多个周期调节后，最终控制误差e(t)会慢慢的消除，直到等于0时，这时候***达到稳定，采用PID控制的最终目标就是让误差近似到0，这时候设置值和监测值相等，达到目的。
作为上述方法一种更好的选择，Kp取值为T/TI的20-50倍。
作为上述方法一种更好的选择，Kp＝0.05，TI＝0.02。
优选的，Kp＝0.05，TI＝0.02，TD＝0。微分可以解决***抖动问题。
本发明还提供了一种呼吸机，该呼吸机含有本发明的PEEP阀。
当PEEP控制比较平稳时，可以取消微分控制，关于比例和微分系数的选取，一般根据阀的特性来选择，Kp基本和比例阀电压—压力曲线中拟合的直线中的斜率k处于一个数量级，比例系数一般是积分系数的20-100倍，具体根据调试过程中慢慢修改。所以选取Kp＝0.05，KI＝0.002，只要***不出现抖动，并且精度小于0.1cmH2O，就认为参数可以接受。
本发明通过对PEEP阀的控制方法进行改进，可以使得PEEP阀的精度大大提高。
附图说明
图1、PEEP阀的电压和PEEP关系图；
图2、本发明对PEEP电压进行调整的原理示意图。
具体实施方式
如下为本发明的实施例，其仅用做对本发明的解释而并非限制。
实施例1
使用普通的呼吸机，其控制误差在使用本发明的方法进行控制前为2.0cmH2O，该呼吸机还包括了一种PEEP阀，所述PEEP阀包括控制单元，所述控制单元执行如下的操作：
1)每隔周期T获取第n-1个周期的误差e(n-1)和第n个周期的误差e(n)，该误差为PEEP阀的压力测量值和压力设置值的差值；
2)根据误差e(n-1)和e(n)设定控制电压的增幅，该控制电压的增幅为依据如下方法设置；
其中Kp取值范围为0.01，TD取值范围为2，TI取值范围为0.0005；
3)根据步骤2)获得的电压值增量值对PEEP阀的控制电压进行调整。
对于该呼吸机，呼吸周期T的获取为本领域技术人员的基础技能。
在PEEP阀达到相对稳定的状态时，可以取消微分控制。
该呼吸机的PEEP阀的控制方法包括：
步骤1)：在第n-1个呼气周期内，获取所述PEEP呼吸末正压阀的第一检测值，在第n个呼气周期内，获取所述PEEP呼吸末正压阀的第二检测值，并根据第一检测值和第二检测值计算出第n-1个周期的误差e(n-1)和第n个周期的误差e(n)；
步骤2)：根据误差e(n-1)和e(n)设定控制电压；
步骤3)：将PEEP阀设定为步骤2)的控制电压值，并返回步骤1)。
按照上述的方法对呼吸机的PEEP阀进行控制，可以实现呼吸机的PEEP控制精度达到0.1cmH2O。
实施例2
使用普通的呼吸机，其控制误差在使用本发明的方法进行控制前为1.0cm H2O，该呼吸机还包括了一种PEEP阀，所述PEEP阀包括控制单元，所述控制单元执行如下的操作：
1)每隔周期T获取第n-1个周期的误差e(n-1)和第n个周期的误差e(n)，该误差为PEEP阀的压力测量值和压力设置值的差值；
2)根据误差e(n-1)和e(n)设定控制电压的增幅，该控制电压的增幅为依据如下方法设置；
其中Kp取值范围为0.02，TD取值范围为4，TI取值范围为0.0035；
3)根据步骤2)获得的电压值增量值对PEEP阀的控制电压进行调整。
对于该呼吸机，呼吸周期T的获取为本领域技术人员的基础技能。
在PEEP阀达到相对稳定的状态时，可以取消微分控制。
该呼吸机的PEEP阀的控制方法包括：
步骤1)：在第n-1个呼气周期内，获取所述PEEP呼吸末正压阀的第一检测值，在第n个呼气周期内，获取所述PEEP呼吸末正压阀的第二检测值，并根据第一检测值和第二检测值计算出第n-1个周期的误差e(n-1)和第n个周期的误差e(n)；
步骤2)：根据误差e(n-1)和e(n)设定控制电压；
步骤3)：将PEEP阀设定为步骤2)的控制电压值，并返回步骤1)。
按照上述的方法对呼吸机的PEEP阀进行控制，可以实现呼吸机的PEEP控制精度达到0.15cmH2O。
实施例3
使用普通的呼吸机，其控制误差在使用本发明的方法进行控制前为1.2cm H2O，该呼吸机还包括了一种PEEP阀，所述PEEP阀包括控制单元，所述控制单元执行如下的操作：
1)每隔周期T获取第n-1个周期的误差e(n-1)和第n个周期的误差e(n)，该误差为PEEP阀的测量值和设置值的差值；
2)根据误差e(n-1)和e(n)设定控制电压的增幅，该控制电压的增幅为依据如下方法设置；
其中Kp取值范围为0.04，TD取值范围为7，TI取值范围为0.0005；
3)根据步骤2)获得的电压值增量值对PEEP阀的控制电压进行调整。
对于该呼吸机，呼吸周期T的获取为本领域技术人员的基础技能。
在PEEP阀达到相对稳定的状态时，可以取消微分控制，即TD取值为0。
该呼吸机的PEEP阀的控制方法包括：
步骤1)：在第n-1个呼气周期内，获取所述PEEP呼吸末正压阀的第一检测值，在第n个呼气周期内，获取所述PEEP呼吸末正压阀的第二检测值，并根据第一检测值和第二检测值计算出第n-1个周期的误差e(n-1)和第n个周期的误差e(n)；
步骤2)：根据误差e(n-1)和e(n)设定控制电压；
步骤3)：将PEEP阀设定为步骤2)的控制电压值，并返回步骤1)。
按照上述的方法对呼吸机的PEEP阀进行控制，可以实现呼吸机的PEEP控制精度达到0.06cmH2O。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (7)
1.一种PEEP阀，其特征在于：所述PEEP阀包括控制单元，所述控制单元执行如下的操作：
1)每隔周期T获取第n-1个周期的误差e(n-1)和第n个周期的误差e(n)，该误差为PEEP阀的压力测量值和压力设置值的差值；
2)根据误差e(n-1)和e(n)设定控制电压的增幅，该控制电压的增幅为依据如下方法设置：
其中Kp取值范围为0.01-0.5，TD取值范围为1-10，TI取值范围为0.001-0.05，T为采样周期，该***中T＝0.001(表示1ms一次)；
3)根据步骤2)获得的电压值增量值对PEEP阀的控制电压进行调整。
2.如权利要求1所述的PEEP阀，其特征在于：Kp取值为T/TI的20-50倍。
3.如权利要求1所述的PEEP阀，其特征在于：Kp＝0.05，TI＝0.02，T＝0.001。
4.一种PEEP阀的控制方法，包括：
1)每隔周期T获取第n-1个周期的误差e(n-1)和第n个周期的误差e(n)，该误差为PEEP阀的压力测量值和压力设置值的差值；
2)根据误差e(n-1)和e(n)设定控制电压，该控制电压为依据如下方法设置：
其中Kp取值范围为0.01-0.5，TD取值范围为1-10，TI取值范围为0.02-0.05；
3)根据步骤2)获得的电压值增量值对PEEP阀的控制电压进行调整进行调整。
5.如权利要求4所述的PEEP阀，其特征在于：Kp取值为T/TI的20-50倍。
6.如权利要求4所述的PEEP阀，其特征在于：Kp＝0.05，TI＝0.02。
7.含有权利要求1-3任一所述PEEP阀的呼吸机。
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