CN102346493A - 麻醉机、呼吸机比例阀流量推抚控制方法 - Google Patents
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Abstract
麻醉机、呼吸机比例阀流量推抚控制方法，将比例阀开口控制曲线所对应的流量值存入控制器中的可读写存储器，利用流量传感器和比例阀构成PID控制系统，通过调节PID控制参数计算出反馈控制流速，通过查询存储器内对应的比例阀开口曲线所对应的流速值，确定比例阀开口大小，通过流量传感器监测循环反馈；为不同所需控制流量分档设定PID控制参数，各档参数通过线性拟合的方式平滑过渡；在10LPM以下的小流量控制中，对每次从0LPM流量建立到所需流量的起始时刻添加一个可调节的短时间大电流冲击，利用此短时大电流将比例阀中阀芯冲开，实现比例阀快速调节。
Description
技术领域
本发明提供了一种新的用于麻醉机和呼吸机比例阀流量控制装置的流量高速精确控制方法，可用于麻醉机和呼吸机吸气比例阀流速的控制、可用于呼吸机空氧混合控制，也可用于麻醉机中电子流量计的高速精确控制，属于医疗设备制造技术领域。
背景技术
麻醉机、呼吸机用于手术麻醉或取代、帮助病人完成呼吸以维持生命，其进气大小和进气比例都需要对比例阀控制而得到。因此，其流量传感器的测量和比例阀的控制精确度直接影响着麻醉机、呼吸机的工作性能。为此，呼吸机、麻醉机出厂前需要对设备中多个比例阀驱动的流量控制机构进行流量精确控制。通常情况下流量控制采用比例控制、查表控制、PID控制等多种控制方式实现，各种方式都有各自的特点；
1.利用比例控制实现流量高速精确控制。这种方法的优点是，控制原理简单，调节参数少，对阀门的批次特性要求低，通过简单调节就可适用于不同批次的阀门。缺点是，容易产生振荡，振铃效应严重，须要超高速器件支持，才可规避振荡和振铃效应，为解决这一问题需要花费昂贵的硬件和软件成本。
2.利用查表控制实现流量高速精确控制。这种方法的优点是，控制原理简单，调节速度快，不容易产生振荡和振铃效应。缺点是，受阀门自生特性影响严重，流量建立初期有严重超调现象，控制静差大，很难消除。
3.利用PID控制实现流量高速精确控制。这种方法的优点是，可以实现对比例阀的快速高效控制，响应速度快，控制原理简单。缺点是，相同的PID控制参数不能很好的应用于同一型号比例阀大规模生产，需对每一批不同的阀做PID参数调节，调节方法繁琐，不利于大规模生产和维修；传统流量PID控制无法使大流量比例阀快速精确控制到10LPM以下的流量，而且控制中无法解决由于比例阀不一致性所带来的超调现象，并且流量从0LPM建立到所需小流量时间受控制算法中反馈周期影响严重，不同的反馈时间对小流量建立延时不同。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术尤其是PID控制中存在的上述缺陷，提供一种麻醉机、呼吸机比例阀流量推抚控制方法。
为解决上述问题，本发明的基本思路为：引入比例阀阀门特征曲线，利用阀门特征曲线结合位置式PID控制技术进行PID控制，引入比例阀推抚控制技术加快阀门动作时间，削减小流量时因比例阀阀体内不同材质粘连引起的响应时间慢，有超调的问题。
本发明的技术方案如下：
麻醉机、呼吸机比例阀流量推抚控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将比例阀开口控制曲线所对应的流量值存入微控制器中的可读写存储器；
(2)将控制流量按流速高低分成至少2档；
(3)监测每档输出流量，若输出流量小于10LPM，则对每次从0LPM流量建立到所需流量的起始时刻添加一个可调节的短时间冲击大电流，利用此短时大电流将比例阀中阀芯冲开，然后进行步骤(4)；若输出流量大于等于10LPM，则直接进行步骤(4)；
(4)利用阀门前端或后端流量传感器与比例阀构成闭环反馈系统，监测流量传感器流量，利用位置式PID控制系统对比例阀闭环反馈系统进行调节；
(5)通过调节位置式PID控制系统的P、I、D三个参数计算出反馈控制流速；
(6)通过查询存储器内对应的比例阀开口曲线所对应的流速值，确定比例阀开口大小，然后继续通过流量传感器监测循环反馈；
(7)重复步骤(4)到(6)，直到流量控制结束。
上述方法中，所述步骤(1)进一步包括：
(11)首先在微处理系统的工程模式中对阀门特征曲线进行绘制，将流量监测传感器所监测到的流量与阀门开度值一同存入内存中；
(12)重复步骤(11)，直到将阀门开启过程和关闭过程的全部运行路径都存入内存为止；
(13)对存入内存的阀门数据进行修正处理，去除不平稳点和错误点；
(14)将处理后的数据保存入非易失可读写存储器中。
上述方法中，步骤(3)中所述的冲击电流的调节时间控制在0ms到500ms之间。
上述方法中，按照每档中所对应流量调节P、I、D控制参数，使得每档中P、I、D此三参数都能对档位内各点流速平稳控制；将调节好的各档参数通过线性拟合的方式平滑过渡。
本发明提供的方法用以简化流量PID控制参数在呼吸机，麻醉机大规模生产、维修、调试中存在的问题；此方法引入比例阀推抚控制技术，在10LPM以下的小流量控制中，对每次从0LPM流量建立到所需流量的起始时刻添加一个可调节的短时间大电流冲击，利用此短时大电流将比例阀中阀芯冲开，实现比例阀快速调节，同时此短时间大电流冲击可解决因比例阀批次不同而带来的大规模生产中调试复杂的问题；可缩短相同反馈控制时间下，流量从0LPM建立到所需小流量时间；此方法可以让大流量比例阀对10LPM以下的小流量进行精确控制；此方法可以很好的解决大流量比例阀在小流量控制时所带来的超调现象。
除了上面所描述的目的、特征、优点和实施步骤外，本发明将在下面以附图的方式进一步详细说明此方法的实现步骤。
附图说明
图1为本发明的实现步骤流程图。
具体实施方式
本方法的基本方法是：1.将比例阀开口控制曲线所对应的流量值存入控制器中的可读写存储器，利用流量传感器和比例阀构成PID控制系统，通过调节PID控制参数计算出反馈控制流速，通过查询存储器内对应的比例阀开口曲线所对应的流速值，确定比例阀开口大小，通过流量传感器监测循环反馈。2.为不同所需控制流量分档设定PID控制参数，各档参数通过线性拟合的方式平滑过渡。3.在10LPM以下的小流量控制中，对每次从0LPM流量建立到所需流量的起始时刻添加一个可调节的短时间大电流冲击，该电流接通比例阀中电磁线圈，利用此短时大电流将比例阀中阀芯冲开，实现比例阀快速调节，同时此短时间大电流冲击可解决因比例阀批次不同而带来的大规模生产中调试复杂的问题。
具体包括以下步骤：
(1)将比例阀开口控制曲线所对应的流量值存入微控制器中的可读写存储器；
(2)将控制流量按流速高低分成至少2档；
(3)监测每档输出流量，若输出流量小于10LPM，则对每次从0LPM流量建立到所需流量的起始时刻添加一个可调节的短时间冲击大电流，利用此短时大电流将比例阀中阀芯冲开，然后进行步骤(4)；若输出流量大于等于10LPM，则直接进行步骤(4)；
(4)利用阀门前端或后端流量传感器与比例阀构成闭环反馈系统，监测流量传感器流量，利用位置式PID控制系统对比例阀闭环反馈系统进行调节；
(5)通过调节位置式PID控制系统的P、I、D三个参数计算出反馈控制流速；
(6)通过查询存储器内对应的比例阀开口曲线所对应的流速值，确定比例阀开口大小，然后继续通过流量传感器监测循环反馈；
(7)重复步骤(4)到(6)，直到流量控制结束。
其中，所述步骤(1)进一步包括：
(11)首先在微处理系统的工程模式中对阀门特征曲线进行绘制，将流量监测传感器所监测到的流量与阀门开度值一同存入内存中；
(12)重复步骤(11)，直到将阀门开启过程和关闭过程的全部运行路径都存入内存为止；
(13)对存入内存的阀门数据进行修正处理，去除不平稳点和错误点；
(14)将处理后的数据保存入非易失可读写存储器中。
所述步骤(3)中所述的冲击电流的调节时间控制在0ms到500ms之间。
本发明的方法中，按照每档中所对应流量调节P、I、D控制参数，使得每档中P、I、D此三参数都能对档位内各点流速平稳控制；将调节好的各档参数通过线性拟合的方式平滑过渡。
以下结合附图对本发明的实现方法进一步详细说明。图1中：
100进入微处理系统的工程模式；
110选择对阀门特征曲线进行校准、绘制；
120设定阀门开度；
130同时监测流量传感器流量；
140比较流量监测传感器所监测到的流量与阀门开度(PWM或DA)值，判断二者对应关系是否建立，若建立则将对应关系的数据一同存入内存中；重复上述操作，直到将阀门开启过程和关闭过程的全部运行路径都保存起来为止。
150对存入的阀门数据进行修正处理，去除不平稳点和错误点；
160将处理后的数据保存入非易失可读写存储器中，以备后用。
200准备进行流量PID控制：将控制流量按流速高低分成若干档，档位个数根据控制器的切换时间和微处理器性能而定，最少分档为2档，最多分档为N，N根据控制需要确定，一般N大于10，效果会随着N的增加而提升；
210监测每档输出流量，判断流量是否小于10LPM
220若输出流量小于10LPM，则进行推抚控制，即对从0LPM流量建立到所需流量的起始时刻添加一个可调节的短时间冲击大电流，利用此短时大电流将比例阀中阀芯冲开。此冲击电流的推抚时间控制在0ms到500ms之间，具体取值时间根据各个厂家的比例阀特性而定，附图中作为一个实施例，设定推抚时间为0.125ms-10ms。进行推抚控制时，检测是否在控制起始时刻有超调现象。如果有超调现象，在3-6LPM任意控制流速情况下，调节推抚控制时间，直到超调现象消失为止。对调节好后的0-10LPM情况下的推抚控制进行检测，各点是否都满足要求，不满足要求重新调节推抚时间。然后进行下述步骤230；
若输出流量大于等于10LPM，则直接进行步骤230；
230进入流量PID控制：利用阀门前端或后端流量传感器与比例阀构成闭环反馈系统；
240监测流量传感器流量；
250利用位置式PID控制系统对比例阀闭环反馈系统进行调节，通过调节位置式PID控制系统的P、I、D三个参数计算出反馈控制流速；
260判断是否需要调节阀门，若不需要，则返回继续执行步骤240；
270若需要调节阀门，则查询步骤160中存储在存储器内对应的比例阀开口曲线所对应的流速值；
280根据对应值确定比例阀开口大小，控制阀门动作；然后返回步骤240，继续通过流量传感器监测循环反馈，直到流量控制结束。
Claims (4)
1.麻醉机、呼吸机比例阀流量推抚控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将比例阀开口控制曲线所对应的流量值存入微控制器中的可读写存储器；
(2)将控制流量按流速高低分成至少2档；
(3)监测每档输出流量，若输出流量小于10LPM，则对每次从0LPM流量建立到所需流量的起始时刻添加一个可调节的短时间冲击大电流，利用此短时大电流将比例阀中阀芯冲开，然后进行步骤(4)；若输出流量大于等于10LPM，则直接进行步骤(4)；
(4)利用阀门前端或后端流量传感器与比例阀构成闭环反馈系统，监测流量传感器流量，利用位置式PID控制系统对比例阀闭环反馈系统进行调节；
(5)通过调节位置式PID控制系统的P、I、D三个参数计算出反馈控制流速；
(6)通过查询存储器内对应的比例阀开口曲线所对应的流速值，确定比例阀开口大小，然后继续通过流量传感器监测循环反馈；
(7)重复步骤(4)到(6)，直到流量控制结束。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)进一步包括：
(11)首先在微处理系统的工程模式中对阀门特征曲线进行绘制，将流量监测传感器所监测到的流量与阀门开度值一同存入内存中；
(12)重复步骤(11)，直到将阀门开启过程和关闭过程的全部运行路径都存入内存为止；
(13)对存入内存的阀门数据进行修正处理，去除不平稳点和错误点；
(14)将处理后的数据保存入非易失可读写存储器中。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(3)中所述的冲击电流的调节时间控制在0ms到500ms之间。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：按照所述每档中所对应流量调节P、I、D控制参数，使得每档中P、I、D此三参数都能对档位内各点流速平稳控制；将调节好的各档参数通过线性拟合的方式平滑过渡。
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