CN105769260A - 一种气压弹道式体外冲击波治疗仪的气压输出控制方法及其设备 - Google Patents

一种气压弹道式体外冲击波治疗仪的气压输出控制方法及其设备 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种气压弹道式体外冲击波治疗仪的气压输出控制方法及其设备，所述气压控制方法包括储气罐气压闭环控制方法和治疗手柄气压闭环控制方法。所述气罐气压闭环控制方法控制储气罐的气压，实现储气罐的气压值P01与给定气压Pi满足关系：P01＝A*Pi，所述治疗手柄气压闭环控制方法控制治疗手柄的气压，实现治疗手柄的气压值P02与给定气压Pi满足关系：P02＝Pi。所述气压弹道式体外冲击波治疗仪实现了上述气压输出控制方法。本发明所述的方法具有输出气压平稳、响应快、精度高的优点。

Description

一种气压弹道式体外冲击波治疗仪的气压输出控制方法及其设备
技术领域
本发明涉及一种物理治疗设备，特别是涉及一种气压弹道式体外冲击波治疗仪的气压输出控制方法及其设备。
背景技术
气压弹道式体外冲击波治疗仪是一种用于骨肌疾病治疗的物理治疗设备，其工作原理是压缩的空气内能转换成机械能作用于人体骨肌组织，空气压缩机出来的空气通过电磁阀推动治疗手柄锥体在治疗手柄中的管道中加速运动撞击治疗头，治疗手柄上的治疗头的定位和移动作用于人体激痛点，起到改善激痛点所影响区域的功能障碍，分解积存的代谢产物，刺激受影响的区域肌群，阻断向心性疼痛传导从而达到缓解疼痛的治疗效果。
气压弹道式体外冲击波治疗仪的性能的优劣很大程度上取决于输出到治疗手柄的气压的稳定性和精度，治疗过程中气压输出强度与设定的气压偏差小、调整过程相应快则治疗效果好，主要体现在气压输出控制方法上。
发明内容
本发明的目的是设计一种气压弹道式体外冲击波治疗仪的气压输出控制方法，使输出到治疗手柄的气压具有气压平稳、响应快、精度高的优点。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明包括储气罐气压闭环控制方法和治疗手柄气压闭环控制方法。
其中所述储气罐气压闭环控制方法包括以下步骤：
①气压采样模块检测储气罐的气压值P01；
②比较给定气压Pi与气压采样模块反馈的气压值P01，得出二者的偏差Perr1；
③第一控制器根据Perr1计算得出控制量UON/OFF输出控制空气压缩机的启动与停止；
④通过上述步骤，所述储气罐气压闭环控制方法的控制目的是实现储气罐的气压值PO1与给定气压Pi满足关系：PO1＝A*Pi，其中A为大于1的常量。
其中所述治疗手柄气压闭环控制方法包括以下步骤：
①电流采样模块检测比例阀的输出电流值IO，将其转换成气压值P02；
②比较给定气压Pi与电流采样模块反馈的气压值P02，得出二者的偏差Perr2；
③第二控制器根据Perr2和Perr1计算得出控制量UO输出控制比例阀；
④通过上述步骤，所述治疗手柄气压闭环控制方法的控制目的是治疗手柄的气压值PO2与给定气压Pi满足关系：PO2＝Pi。
本发明包括的两个控制方法储气罐气压闭环控制方法和治疗手柄气压闭环控制方法，其最终目的是控制治疗手柄的气压值PO2等于给定气压Pi，储气罐气压闭环控制方法实质上是对治疗手柄气压闭环控制方法的辅助和优化。
相比于只使用治疗手柄气压闭环控制方法，储气罐气压闭环控制方法的加入使得本发明具有以下优点：
1、储气罐的气压值PO1大于治疗手柄的气压值PO2可以保证治疗手柄的气压值PO2的精度；
2、使空气压缩机的工作获得了一定的提前量，系统的响应速度更快，系统调整治疗手柄的气压值PO2达到给定值Pi的时间缩短；
3、储气罐的存在，缓冲了空气压缩机输出气压的波动，治疗手柄的气压值PO2的稳定性更好。
本发明的储气罐气压闭环控制方法中，设计了一个控制器对储气罐的气压值PO1进行控制，将其目标设为PO1＝A*Pi，其中A为大于1的常量，所述常量A的取值范围为1～2，而常量A与给定气压Pi满足关系：A＝1+(6bar-Pi)*B，其中B的取值范围为0.1～0.3(单位：1/bar)，这种控制方法的优点在于：
1、空气压缩机提前工作，为治疗手柄气压闭环控制方法的最终控制目标气压的稳定性、精度以及响应的快速性提供保证；
2、储气罐的气压目标值分档控制，使空气压缩机按需工作，可以提高系统的工作效率，避免能量浪费；
3、第一控制器实时监控并控制，相比于设定固定阈值触发储气罐充气的方式，可以减小储气罐的容量，从而减小设备整机的体积。
本发明中储气罐气压闭环控制方法的第一控制器采用模糊控制算法，治疗手柄气压闭环控制方法的第二控制器采用PI控制算法。
本发明中实施气压弹道式体外冲击波治疗仪的气压输出控制方法的设备为一种气压弹道式体外冲击波治疗仪，它至少包含空气压缩机、储气罐、气压反馈与调节控制器、气压采样模块、电流采样模块、比例阀和治疗手柄。
附图说明
图1是本发明涉及的气压弹道式体外冲击波治疗仪的设备工作原理图；
图2是本发明的控制系统结构图；
具体实施方式
如图1所示，本发明涉及的气压弹道式体外冲击波治疗仪的设备工作原理是：空气压缩机3将压缩的空气通过单向阀10单方向性地注入储气罐4中，气压反馈与调节控制器9根据设备设定的输出值调节比例阀6的输出，得到相应气压的气流通过气路管道进入治疗手柄7，当治疗手柄7上的电磁阀打开时，气流推动手柄中的椎体撞击治疗手柄7上的冲击头，将气体的内能转换成机械式脉冲冲击波，这种脉冲式冲击波被用于骨肌疾病的治疗。
空气压缩机3上的电机通过一个开关电路11连接到24V直流电源上，由气压反馈与调节控制器9控制该开关电路11的开通与关闭，从而控制空气压缩机3的启动与停止。空气压缩机3的气路输入端通过一个消声器连接到大气，空气压缩机3气路输出端通过一个单向阀10连接到一个容量不大于2L的气罐3。
气压反馈与调节控制器9包含第一控制器2和第二控制器5。
如图2所示，本发明包括储气罐气压闭环控制方法和治疗手柄气压闭环控制方法，两种方法共同构成本发明所述的气输出控制方法。其最终目的是控制治疗手柄7的气压值PO2等于给定气压Pi，储气罐气压闭环控制方法实质上是对治疗手柄气压闭环控制方法的辅助和优化。
具体地说，储气罐气压闭环控制方法包括以下步骤：
①气压采样1模块检测储气罐4的气压值P01；
②比较给定气压Pi与气压采样1模块反馈的气压值P01，得出二者的偏差Perr1；
③第一控制器2根据Perr1计算得出控制量UON/OFF输出控制空气压缩机的启动与停止；
④通过上述步骤，所述储气罐气压闭环控制方法的控制目的是实现储气罐
(4)的气压值PO1与给定气压Pi满足关系：PO1＝A*Pi，其中A为大于1的常量，所述常量A的取值范围为1～2。
具体地说，治疗手柄气压闭环控制方法包括以下步骤：
①电流采样8模块检测比例阀6的输出电流值IO，将其转换成气压值P02；
②比较给定气压Pi与电流采样8模块反馈的气压值P02，得出二者的偏差Perr2；
③第二控制器5根据Perr2和Perr1计算得出控制量UO输出控制比例阀(6)；
④通过上述步骤，所述治疗手柄气压闭环控制方法的控制目的是治疗手柄
(7)的气压值PO2与给定气压Pi满足关系：PO2＝Pi。
上述常量A与给定气压Pi满足关系：A＝1+(6bar-Pi)*B，其中B的取值范围为0.1～0.3(单位：1/bar)。
上述储气罐气压闭环控制方法的第一控制器2采用模糊控制算法，治疗手柄气压闭环控制方法的第二控制器5采用PI控制算法
上述方法的步骤中，假定给定气压Pi＝1bar，若B分别取值为0.1、0.2、0.3，则A的值分别为1.5，2，2.5，则储气罐4的目标气压值PO1分别为1.5bar，2bar和2.5bar。
上述方法的步骤中，假定给定气压Pi＝5bar，若B分别取值为0.1、0.2、0.3，则A的值分别为1.1，1.2，1.3，则储气罐4的目标气压值PO1分别为5.5bar，6bar和6.5bar。
上述方法中提及的比例阀，具有输出的气压值PO2与流过比例阀的电流IO成正比的关系。
上述方法中提及的给定气压Pi不大于6bar。
需要说明的是，B的取值在具体实施中应依据储气罐的大小及系统的实际情况调整选取最优值。
实现气压输出控制方法的气压弹道式体外冲击波包含空气压缩机3、储气罐4、气压反馈与调节控制器9、气压采样1模块、电流采样8模块、比例阀6和治疗手柄7，所述气压反馈与调节控制器9由第一控制器2和第二控制器5组成，所述第一控制器2控制空气压缩机的启动与停止，所述第二控制器5控制比例阀的电压用以调节比例阀的气压输出，所述气压采样1模块检测储气罐的气压反馈到第一控制器2和第二控制器5，所述电流采样8模块采集比例阀的输出气压反馈到第二控制器5。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种气压弹道式体外冲击波治疗仪的气压输出控制方法，所述气压控制方法包括储气罐气压闭环控制方法和治疗手柄气压闭环控制方法；
其特征在于，所述储气罐气压闭环控制方法包括以下步骤：
①气压采样(1)模块检测储气罐(4)的气压值P01；
②比较给定气压Pi与气压采样(1)模块反馈的气压值P01，得出二者的偏差Perr1；
③第一控制器(2)根据Perr1计算得出控制量UON/OFF输出控制空气压缩机的启动与停止；
④通过上述步骤，所述储气罐气压闭环控制方法的控制目的是实现储气罐(4)的气压值P01与给定气压Pi满足关系：P01＝A*Pi，其中A为大于1的常量；
所述治疗手柄气压闭环控制方法包括以下步骤：
①电流采样(8)模块检测比例阀(6)的输出电流值I0，将其转换成气压值P02；
②比较给定气压Pi与电流采样(8)模块反馈的气压值P02，得出二者的偏差Pert2；
③第二控制器(5)根据Perr2和Perr1计算得出控制量U0输出控制比例阀(6)；
④通过上述步骤，所述治疗手柄气压闭环控制方法的控制目的是治疗手柄(7)的气压值P02与给定气压Pi满足关系：P02＝Pi。
2.根据权利要求1所述的气压输出控制方法，其特征在于：所述常量A的取值范围为１～2。
3.根据权利要求1所述的气压输出控制方法，其特征在于：所述第一控制器(2)是一个模糊控制器。
4.根据权利要求1所述的气压输出控制方法，其特征在于：所述第二控制器(5)是一个PI控制器。
5.根据权利要求1所述的气压输出控制方法，其特征在于：在整个输出过程中，所述储气罐(4)的输出气压值P01大于或等于治疗手柄(7)的气压值P02。
6.根据权利要求1所述的气压输出控制方法，其特征在于：所述第二控制器(5)将Perr1作为输入量，其中Perr1＝Pi-P01＝(1-A)*Pi，当A为下限值时第二控制器(5)作下限保护运算，当A为上限值时第二控制器(5)作上限积分饱和运算。
7.根据权利要求1所述的气压输出控制方法，其特征在于：所述常量A与给定气压Pi满足关系：A＝1+(6bar-Pi)*B，其中B的取值范围为0.１～0.3(单位：1/bar)。
8.一种气压弹道式体外冲击波治疗仪，实现权利要求1所述的气压输出控制方法，其特征在于：所述气压弹道式体外冲击波治疗仪包含空气压缩机(3)、储气罐(4)、气压反馈与调节控制器(9)、气压采样(1)模块、电流采样(8)模块、比例阀(6)和治疗手柄(7)，所述气压反馈与调节控制器(9)由第一控制器(2)和第二控制器(5)组成，所述第一控制器(2)控制空气压缩机的启动与停止，所述第二控制器控制比例阀的电压用以调节比例阀的气压输出，所述气压采样(1)模块检测储气罐的气压反馈到第一控制器(2)和第二控制器(5)，所述电流采样(8)模块采集比例阀的输出气压反馈到第二控制器(5)。
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