CN108071581B - 一种微型压电泵充气软件控制方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微型压电泵充气软件控制方法及系统，方法包括：步骤100、控制软件按照预设的控制信号初始值输出控制信号，使压电泵开始充气；步骤200、根据预设的信号采样率采样压力传感器信号；步骤300、对采样的压力传感器信号进行处理，计算出当前充气速度；步骤400、计算预定充气速度与当前充气速度之间的误差，计算控制信号的调整值；步骤500、由上一步计算得到的调整值修改控制信号值，控制软件输出修改后的控制信号，然后跳转到第二步继续执行，该系统包括控制软件，控制软件通过驱动电路连接压电泵，压电泵通过压力传感器反馈连接于控制软件，可有效减小充气过程中的气压扰动干扰引起的充气速度误判，实现准确且平稳的充气速度调节。
Description
技术领域
本发明涉及医疗器械控制技术领域，具体为一种微型压电泵充气软件控制方法及系统。
背景技术
在升压式电子血压计中，要求加压速度保持在约3mmhg～5mmhg这样的基本恒定区间内，以便于在加压过程中检测脉搏信号。但由于压力传感器叠加了脉搏信号的干扰，特别是在脉搏信号比较强的情况下，给软件计算加压速度带来了误差，这种误差使得加压速度曲线上下波动，增加了充气控制的难度。如果气泵充气控制不好，不仅不利于脉搏波的拾取，还会引入新的干扰信号，影响血压计的测量性能。
发明内容
为了克服现有技术方案的不足,本发明提供一种微型压电泵充气软件控制方法及系统，采用信号干扰滤除算法和自动反馈调节算法，可有效减小充气过程中的气压扰动干扰引起的充气速度误判，实现准确且平稳的充气速度调节，能有效的解决背景技术提出的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种微型压电泵充气软件控制方法，包括如下步骤：
步骤100、控制软件按照预设的控制信号初始值输出控制信号，使压电泵开始充气；
步骤200、根据预设的信号采样率采样压力传感器信号；
步骤300、对采样的压力传感器信号进行处理，计算出当前充气速度；
步骤400、计算预定充气速度与当前充气速度之间的误差，并根据误差计算控制信号的调整值；
步骤500、由上一步计算得到的调整值修改控制信号值，控制软件输出修改后的控制信号，然后跳转到第二步继续执行。
进一步地，所述步骤300中对采样的压力传感器信号进行处理的方法包括以下步骤：
步骤301、由采样的压力传感器信号和标定数据换算压力；
步骤302、对步骤301得到的压力信号作低通滤波，得到较为平滑的压力信号曲线。
步骤303、对步骤302得到的压力信号曲线作差分运算，差分运算时间间隔为0.5S。
步骤304、对步骤303的速度曲线作低通平滑处理，低通算法为:
Y(n)＝Y(n-1)*0.94+X(n)*0.06；
其中Y(n)为当次运算输出，Y(n-1)为上次运算输出，X(n)为当次速度输入。
进一步地，所述步骤302中低通滤波算法公式为：
Y(n)＝(Y(n-2)*0.92+X(n-1)*0.08)*0.92+X(n)*0.08；
其中Y(n)为当次低通输出，Y(n-2)为上上次低通输出，X(n)为当次压力输入，X(n-1)为上次压力输入。
进一步地，所述步骤303中，若以采样率100Hz为例，则差分计算间隔为50点；差分计算公式为：
Y(n)＝X(n)–X(n-50)；
其中Y(n)当次差分输出，X(n)为当次压力输入点，X(n-50)为第前50点的压力点；
由于差分运算是以0.5S为时间间隔，需要换算成每秒压力差，即Y(n)*2就是每秒充气速度。
进一步地，所述步骤304中低通平滑算法需要重复调用3～5次来得到较位理想的平滑速度曲线。
进一步地，所述步骤304中计算控制信号调整值的方法使用PID调节算法；
由PID的基本原理F＝P+I+D；其中，P为比例因子，I为积分因子，D为微分因子；
若设E(x)为当次误差值，E(x-1)为上次误差值,E(x-2)为上上次误差值,Kp为比例系数，Ki为积分系数，Kd为微分系数；
则P＝E(x)*Kp；I＝(E(x-2)+E(x-1)+E(x))*Ki；D＝(E(x)–E(x-1))*Kd；
Kp、Ki、Kd系数由调试效果确定，不同参数的压电泵要求的PID系数不同；
E(x)则是按照设定好的PID控制周期从第三步得到的速度曲线定时采样，然后与预设速度相减得到的；
PID控制周期设定为0.4～0.6S之间。
另外本发明还提供了一种微型压电泵充气软件控制系统，包括控制软件，所述控制软件通过驱动电路连接压电泵，所述压电泵通过压力传感器反馈连接于控制软件。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明采用信号干扰滤除算法和自动反馈调节算法，可有效减小充气过程中的气压扰动干扰引起的充气速度误判，实现准确且平稳的充气速度调节；该方法与硬件协同工作，组成一个闭环的控制系统，压电泵的控制信号会根据传感器的信号反馈进行调节，从而实现精准的充气速度控制。
附图说明
图1为本发明的结构框图；
图2为本发明的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1和图2所示，本发明提供了一种微型压电泵充气软件控制方法及系统，包括：
步骤100、控制软件按照预设的控制信号初始值输出控制信号，使压电泵开始充气；
步骤200、根据预设的信号采样率采样压力传感器信号；
步骤300、对采样的压力传感器信号进行处理，计算出当前充气速度；
步骤400、计算预定充气速度与当前充气速度之间的误差，并根据误差计算控制信号的调整值；
步骤500、由上一步计算得到的调整值修改控制信号值，控制软件输出修改后的控制信号，然后跳转到第二步继续执行。
步骤300中对采样的压力传感器信号进行处理的方法包括以下步骤：
步骤301、由采样的压力传感器信号和标定数据换算压力；
步骤302、对步骤301得到的压力信号作低通滤波，得到较为平滑的压力信号曲线；低通滤波算法公式为：
Y(n)＝(Y(n-2)*0.92+X(n-1)*0.08)*0.92+X(n)*0.08；
其中Y(n)为当次低通输出，Y(n-2)为上上次低通输出，X(n)为当次压力输入，X(n-1)为上次压力输入。
步骤303、对步骤302得到的压力信号曲线作差分运算，差分运算时间间隔为0.5S；若以采样率100Hz为例，则差分计算间隔为50点；差分计算公式为：
Y(n)＝X(n)–X(n-50)；
其中Y(n)当次差分输出，X(n)为当次压力输入点，X(n-50)为第前50点的压力点；
由于差分运算是以0.5S为时间间隔，需要换算成每秒压力差，即Y(n)*2就是每秒充气速度。
步骤304、对步骤303的速度曲线作低通平滑处理，低通算法为:
Y(n)＝Y(n-1)*0.94+X(n)*0.06；
其中Y(n)为当次运算输出，Y(n-1)为上次运算输出，X(n)为当次速度输入；
根据应用场景，此低通平滑算法可能需要重复调用3～5次才能得到比较理想的平滑速度曲线。
计算控制信号调整值的方法使用PID调节算法；
由PID的基本原理F＝P+I+D；其中，P为比例因子，I为积分因子，D为微分因子；
若设E(x)为当次误差值，E(x-1)为上次误差值,E(x-2)为上上次误差值,Kp为比例系数，Ki为积分系数，Kd为微分系数；
则P＝E(x)*Kp；I＝(E(x-2)+E(x-1)+E(x))*Ki；D＝(E(x)–E(x-1))*Kd；
Kp、Ki、Kd系数由调试效果确定，不同参数的压电泵要求的PID系数不同；
E(x)则是按照设定好的PID控制周期从第三步得到的速度曲线定时采样，然后与预设速度相减得到的；
PID控制周期与整个气路系统的容积有关，也与压电泵的参数有关，控制周期一般设定为0.4～0.6S之间。
另外本发明还提供了一种微型压电泵充气软件控制系统，包括控制软件，所述控制软件通过驱动电路连接压电泵，所述压电泵通过压力传感器反馈连接于控制软件。
其中控制软件输出给驱动电路控制信号，此控制信号直接决定了压电泵驱动信号的强弱，驱动信号越强，压电泵的充气速度越快，反之，压电泵充气变慢。压电泵开始工作后，压力传感器会适时感知气路中的压力强度，控制软件定时采样压力传感器的反馈信号，经过对此信号的处理分析，就可以计算出当前的充气速度。控制软件根据当前充气速度与设定目标速度之间的误差，由设计好的反馈调节算法计算出控制信号此次需要调节的量值，然后修改控制信号的强度并输出。
硬件部分为压电泵驱动电路，驱动电路输入为控制软件给的控制信号，然后输出对应强度的驱动信号，直接驱动压电泵工作。驱动电路输出的驱动信号电压值和频率可调，控制信号分为两部分，分别控制驱动信号的电压幅度和信号频率。驱动信号的电压值越高则压电泵的气流量越大，充气越快，驱动信号的频率与压电泵的谐振频率一致时，压电泵的工作效率最高，因此控制信号的频率固定为谐振频率，控制信号主要调整升压值。
本发明采用信号干扰滤除算法和自动反馈调节算法，可有效减小充气过程中的气压扰动干扰引起的充气速度误判，实现准确且平稳的充气速度调节；该方法与硬件协同工作，组成一个闭环的控制系统，压电泵的控制信号会根据传感器的信号反馈进行调节，从而实现精准的充气速度控制。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
Claims (7)
1.一种微型压电泵充气软件控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤100、控制软件按照预设的控制信号初始值输出控制信号，使压电泵开始充气；
步骤200、根据预设的信号采样率采样压力传感器信号；
步骤300、将采样的压力传感器信号和标定数据换算成压力信号，将所述压力信号作低通滤波处理，得到较为平滑的压力信号曲线；将得到的所述压力信号曲线作差分运算，得到速度曲线；对所述速度曲线作低通平滑处理，计算出当前充气速度；
步骤400、计算预定充气速度与当前充气速度之间的误差，并根据误差计算控制信号的调整值；
步骤500、由上一步计算得到的调整值修改控制信号值，控制软件输出修改后的控制信号，然后跳转到第二步继续执行。
2.根据权利要求1所述的一种微型压电泵充气软件控制方法，其特征在于：所述对所述速度曲线作低通平滑处理的低通算法为:
Y(n)＝Y(n-1)*0.94+X(n)*0.06；
其中Y(n)为当次运算输出，Y(n-1)为上次运算输出，X(n)为当次速度输入。
3.根据权利要求1所述的一种微型压电泵充气软件控制方法，其特征在于：所述将所述压力信号作低通滤波处理，所述低通滤波处理的算法公式为：
Y(n)＝(Y(n-2)*0.92+X(n-1)*0.08)*0.92+X(n)*0.08；
其中Y(n)为当次低通输出，Y(n-2)为上上次低通输出，X(n)为当次压力输入，X(n-1)为上次压力输入。
4.根据权利要求1所述的一种微型压电泵充气软件控制方法，其特征在于：所述将得到的所述压力信号曲线作差分运算，得到速度曲线，若以采样率100Hz为例，则差分计算间隔为50点，差分计算公式为：
Y(n)＝X(n)–X(n-50)；
其中Y(n)当次差分输出，X(n)为当次压力输入点，X(n-50)为第前50点的压力点；
由于差分运算是以0.5S为时间间隔，需要换算成每秒压力差，即Y(n)*2就是每秒充气速度。
5.根据权利要求2所述的一种微型压电泵充气软件控制方法，其特征在于：所述低通平滑处理的算法需要重复调用3～5次来得到较位理想的平滑速度曲线。
6.根据权利要求1所述的一种微型压电泵充气软件控制方法，其特征在于：所述计算控制信号调整值的方法使用PID调节算法；
由PID的基本原理F＝P+I+D；其中，P为比例因子，I为积分因子，D为微分因子；
若设E(x)为当次误差值，E(x-1)为上次误差值,E(x-2)为上上次误差值,Kp为比例系数，Ki为积分系数，Kd为微分系数；
则P＝E(x)*Kp；I＝(E(x-2)+E(x-1)+E(x))*Ki；D＝(E(x)–E(x-1))*Kd；
Kp、Ki、Kd系数由调试效果确定，不同参数的压电泵要求的PID系数不同；
E(x)则是按照设定好的PID控制周期从所述速度曲线定时采样，然后与预设速度相减得到的；
PID控制周期设定为0.4～0.6S之间。
7.一种微型压电泵充气软件控制系统，其特征在于：包括控制软件，所述控制软件通过驱动电路连接压电泵，所述压电泵通过压力传感器反馈连接于控制软件。
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