呼吸机电路气路设计与风机控制方案研究
飞行员罹患阻塞性睡眠呼吸暂停综合征(Obstructive Sleep Apnea Syndrome,OSAS)会严重影响飞行操作能力,对航空安全造成威胁.呼吸机能够有效完成OSAS的监测、预防与治疗任务.目前国内呼吸机,尤其是高端智能呼吸机的研发工作尚处于起步阶段.本文基于呼吸机研发项目,为智能呼吸机的实现设计了一种控制电路与气路结构,并提供了一种无位置传感器的风机控制方案.以功能要求为导向,以功能模块为单位,综合安全性、电磁兼容性、散热性、可测试性与成本等因素,设计了以STM32F405为核心的呼吸机控制电路.提出了包括参数测量气路、医疗波纹管和面罩在内的完整气路设计方案.在参数测量模块,采用压差传感器配合多孔节流装置代替一体式流量传感器对气路参数进行测量.通过有限元数值模拟验证了参数测量气路设计的合理性并通过实验标定出压差与流量转换公式.该设计结构简单,原理正确.针对呼吸机应用环境提出了风机的选型方案,采用基于Luenberger观测器的磁场定向控制伺服调速模型对选定风机进行控制研究,并通过Simulink仿真获得了PID先验参数.在设计的电路中完成了风机控制程序的实现,采用开环启动方法实现了电机无位置传感器自启动,克服了Luenberger观测器在低速环境下不可靠的缺陷.实验结果表明,呼吸机控制电路电气连通性完好,电源设计合理,外设驱动成功,能够长时间稳定工作;节流气路流量测量结果符合预期设计,能够满足测量精度;风机控制方案具有压力调节速度快,稳定风压波动小的特点,能够满足风机控制的工程指标.
- 作者：
- 苏光义
- 学位授予单位：
- 中国民航大学
- 专业名称：
- 航空工程
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2018年
- 导师姓名：
- 吴孟丽；张亚娟
- 中图分类号：
- TH772
- 关键词：
- 呼吸机；多孔节流板；磁场定向控制；Luenberger观测器
- Ventilator； Porous orifice late； Field-oriented control； Luenberger observer