CN114288502A - 呼吸治疗装置的温度和湿度控制方法及呼吸治疗装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种呼吸治疗装置的温度和湿度控制方法及呼吸治疗装置，其中，控制方法包括：获取加热装置的实际温度值和目标温度值；并确定加热装置的当前温度偏差模糊量和当前温度偏差变化率模糊量；利用加热装置对应的模糊规则以及当前温度偏差模糊量和当前温度偏差变化率模糊量确定PID参数补偿值，其中，模糊规则为基于在初始PID参数控制下的加热装置的温度变化建立的动态信息；基于PID参数补偿值确定PID参数整定值，并对加热装置的温度进行控制。针对每个加热装置在初始PID参数控制下特性以及动态响应，构建对应的模糊控制规则，对PID参数进行动态调整，减小系统的超调量，减小控制系统调节时间，获得最佳的呼吸治疗装置加温加湿效果。

Description

呼吸治疗装置的温度和湿度控制方法及呼吸治疗装置

技术领域

本申请涉及医疗设备技术领域，尤其涉及一种呼吸治疗装置的温度和湿度控制方法及呼吸治疗装置。

背景技术

由于呼吸治疗装置直接送出的气体本身比较寒冷、干燥，如果不加处理，可能会使气管和支气管纤毛功能受损，容易造成气道脱水，形成痰痂，引起气道堵塞，导致口腔、鼻腔和喉咙干燥、鼻塞等一系列过敏性的不适状况。因此，为了增加病人呼吸的舒适度，在呼吸治疗装置病人回路的吸入端，需要增加加热湿化装置对吸入的气体加温和湿化。呼吸治疗装置自动加温加湿装置通过对水温加热产生蒸汽，达到对吸入的气体进行加温加湿的功能。因此，在加温加湿过程中，对水温的控制尤为重要。传统的PID控制主要通过比例、微分、积分控制水温达到设定值，其控制原理简单易懂，应用广泛，但由于PID控制器的参数KP、KI、KD是固定不变的，参数整定方法较为繁琐，系统控制较为困难。呼吸治疗装置最终的加温加湿产生影响，导致患者使用呼吸治疗装置时的不适。

因此，如何保证病人获得更好的呼吸效果成为亟待解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例提供了一种呼吸治疗装置的温度和湿度控制方法及呼吸治疗装置，以解决现有技术中如何保证病人获得更好的呼吸效果的技术问题。

本申请实施例的第一方面，提供了一种基于模糊PID控制的呼吸治疗装置温/湿度控制方法，包括：获取加热装置的实际温度值和目标温度值；基于所述实际温度值和所述目标温度值确定所述加热装置的当前温度偏差模糊量和当前温度偏差变化率模糊量；利用所述加热装置对应的模糊规则以及所述当前温度偏差模糊量和所述当前温度偏差变化率模糊量确定PID参数补偿值，其中，所述模糊规则基于在初始PID参数控制下的所述加热装置的温度变化动态信息建立；基于所述PID参数补偿值确定PID参数整定值；基于所述PID参数整定值对所述加热装置的温度进行控制。

可选地，所述模糊规则的建立方法包括：获取在初始PID参数控制下所述加热装置的温度变化曲线；基于所述温度曲线中的温度偏差和温度偏差变化率建立所述模糊规则。

可选地，所述基于所述温度曲线中的温度偏差和温度偏差变化率建立所述模糊规则包括：基于所述温度曲线确定多个温度响应阶段；计算每一响应阶段中的所述温度偏差和所述温度偏差变化率；将所述每一响应阶段中的所述温度偏差和所述温度偏差变化率模糊化为对应的温度偏差模糊量和温度偏差变化率模糊量；基于所述PID控制规则以及所述温度偏差模糊量和所述温度偏差变化率模糊量建立所述模糊规则。

可选地，所述基于所述实际温度值和所述目标温度值确定所述加热装置的当前温度偏差模糊量和当前温度偏差变化率模糊量包括：基于所述实际温度值和所述目标温度值计算当前温度偏差和当前温度偏差变化率；选择第一隶属度函数对所述当前温度偏差和所述当前温度偏差变化率进行模糊化，得到所述当前温度偏差模糊量和所述当前温度偏差变化率模糊量。

可选地，所述选择第一隶属度函数对所述当前温度偏差和所述当前温度偏差变化率进行模糊化，得到所述当前温度偏差模糊量和所述当前温度偏差变化率模糊量包括：根据所述加热装置的属性信息对划分多个温度偏差控制区间和多个温度偏变化率控制区间；基于所述加热装置的属性信息选择所述第一隶属度函数；通过所述第一隶属度函数对得到所述当前温度偏差模糊量和所述当前温度偏差变化率模糊量。

可选地，所述利用所述加热装置对应的模糊规则以及所述当前温度偏差模糊量和所述当前温度偏差变化率模糊量确定PID参数补偿值包括：根据所述当前温度偏差模糊量和所述当前温度偏差变化率模糊量利用所述模糊规则进行模糊推理得到PID参数补偿模糊量；基于所述加热装置的属性信息选择第二隶属度函数将所述PID参数补偿模糊量进行清晰化，得到所述PID参数补偿值。

可选地，基于所述PID参数整定值对所述加热装置的温度进行控制包括：获取水箱内实际水温值和管道内实际湿度值；基于所述实际水温值和所述实际湿度值作为反馈参数，对所述加热装置的温度的控制结果进行调整。

可选地，基于模糊PID控制的呼吸治疗装置温/湿度控制方法还包括：基于所述实际温度值和所述目标温度值确定当前所处的调整阶段，其中，所述调整阶段包括初期调整阶段和后期调整阶段；当所述调整阶段为所述初期调整阶段时，基于所述初始PID参数对所述加热装置的温度进行控制；当所述调整阶段为所述后期调整阶段时，进入基于所述实际温度值和所述目标温度值确定所述加热装置的当前温度偏差模糊量和当前温度偏差变化率模糊量的步骤。

本申请实施例的第二方面，提供了一种呼吸治疗装置，包括存储器、处理器以及存储在存储器中并且可在处理器上运行的计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现上述方法的步骤。

本申请实施例的第三方面，提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述方法的步骤。

在本申请中，通过获取加热装置的实际温度值和目标温度值；基于实际温度值和目标温度值确定加热装置的当前温度偏差模糊量和当前温度偏差变化率模糊量；利用加热装置对应的模糊规则以及当前温度偏差模糊量和当前温度偏差变化率模糊量确定PID参数补偿值，模糊规则基于在初始PID参数控制下的加热装置的温度变化动态信息建立，基于PID参数补偿值确定PID参数整定值；基于PID参数整定值对加热装置的温度进行控制。利用每个加热装置在初始PID参数控制下特性，以及动态响应针对每个加热装置构建对应的模糊控制规则，即针对每个加热装置构建单独的模糊控制器，将实施获取的温度值和目标值作为输入，对PID参数进行整定，通过动态地对PID参数进行调整，主要减小系统的超调量，减小控制系统调节时间，确保能以最快的速度达到设定的加热装置温度，获得最佳的呼吸治疗装置加温加湿效果。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本申请实施例提供的一种呼吸治疗装置的温度和湿度控制方法的流程示意图；

图2是本申请实施例提供的一种建立模糊规则的方法的流程示意图；

图3是本申请实施例提供的PID控制温度随时间变化曲线示意图；

图4a是本申请实施例提供的PID控制加热装置温度变化曲线示意图；

图4b是本申请实施例提供的模糊PID控制加热装置温度变化曲线示意图图5是本申请实施例提供的一种呼吸治疗装置的结构示意图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本申请。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本申请的描述。

正如背景技术，传统的PID控制主要通过比例、微分、积分控制水温达到设定值，其控制原理简单易懂，应用广泛，但由于PID控制器的参数KP、KI、KD是固定不变的，参数整定方法较为繁琐，系统控制较为困难。加热装置加温过程中升温时间较长、超调量较大，导致在在对呼吸治疗装置吸入的气体的温度和湿度进行控制时，往往出现温度湿度震荡明显，无法快速达到目标温度和目标湿度，导致患者使用呼吸治疗装置时的不适。相关技术中，存在基于区间二型模糊变积分PID的无刷直流电机控制方法，然而，电机的控制参数反馈较为及时，而呼吸治疗装置中，加热装置通过热传导、对流传热经呼吸治疗装置水箱下的导热盘将能量传送至水箱，和无刷直流电机相比，具有较大的时间常数和纯滞后时间。在控制水箱内的水降温时，由于控制系统没有增加制冷装置，需要在室温下自动降温，所需时间较长。因此，为了尽量缩短控制系统调节时间，一方面，应尽量减小控制系统的超调时间，另一方面，一旦水箱温度超过设定值时，应尽快停止加热装置加热或以很小的功率对加热装置加热。另外，不同的呼吸治疗装置其加热装置往往不同，在调整时，往往存在差异，针对此，本申请提出了一种呼吸治疗装置的温度和湿度控制方法，参见图1所示，该方法可以包括如下步骤：

S11，获取加热装置的实际温度值和目标温度值。作为示例性的实施例，在本实施例中，所称的加热装置可以设置在呼吸治疗装置中，同时在呼吸治疗装置内存在水箱，加热装置对水箱内的水进行加热，进而对吸入的气体加温和湿化。呼吸治疗装置加热装置通过对水温加热产生蒸汽，达到对吸入的气体进行加温加湿的功能。实时获取加热装置当前的实际温度值和目标温度值。

S12.基于实际温度值和目标温度值确定加热装置的当前温度偏差模糊量和当前温度偏差变化率模糊量。作为示例性的实施例，基于实际温度值和目标温度值计算当前温度偏差和当前温度偏差变化率。选择第一隶属度函数对当前温度偏差和当前温度偏差变化率进行模糊化，得到当前温度偏差模糊量和当前温度偏差变化率模糊量。

S13.利用加热装置对应的模糊规则以及当前温度偏差模糊量和当前温度偏差变化率模糊量确定PID参数补偿值。作为示例性的实施例，模糊规则基于在初始PID参数控制下的加热装置的温度变化动态信息建立。在本实施例中，模糊规则可以包括模糊规则表，可以包括模糊规则库，示例性的，根据PID控制参数对加热装置的影响以及在加热装置的动态响应和PID参数的自动调整原则，并根据实验所得参数的调整经验，得到模糊PID控制系统比例系数KP、积分系数KI、微分系数KD这些参数的模糊规则表。示例性的，温度变化动态信息包括当前温度偏差、当前温度偏差变化率，以及当前所处的调整阶段等，表征加热装置的温度变化动态的信息。在获取到当前温度偏差模糊量和当前温度偏差变化率模糊量后，对照模糊规则表进行模糊推理，可得到PID参数补偿值。

S14.基于PID参数补偿值确定PID参数整定值。

S15.基于PID参数整定值对加热装置的温度进行控制。

作为示例性的实施例，通过在控制过程中不断对加热装置实际温度值进行测量，然后与目标温度值进行比较，得到加热装置温度的偏差e和偏差的变化率ec，其公式如下：

其中，y(k)为加热装置目标温度值，r(k)为加热装置实际温度值。e(k)为本次加热装置温度偏差值，e(k-1)为上次加热装置温度偏差值。

控制系统通过计算e和ec的输入，经过模糊化和解模糊化等一系列运算后对PID算法公式中的Kp、Ki、Kd三个参数进行实时在线调整，控制系统使用的PID算法和参数调整公式如下所示：

其中，Kp0、Ki0、Kd0是PID控制算法设定的初始值，ΔKP、ΔKi、ΔKd是经过模糊控制算法得到的补偿值，Kp、Ki、Kd是最终经过模糊PID控制算法得到的值，

为控制系统累计误差值。

在本申请中，通过获取加热装置的实际温度值和目标温度值；基于实际温度值和目标温度值确定加热装置的当前温度偏差模糊量和当前温度偏差变化率模糊量；利用加热装置对应的模糊规则以及当前温度偏差模糊量和当前温度偏差变化率模糊量确定PID参数补偿值，模糊规则基于在初始PID参数控制下的加热装置的温度变化动态信息建立，基于PID参数补偿值确定PID参数整定值；基于PID参数整定值对加热装置的温度进行控制。利用每个加热装置在初始PID参数控制下特性，以及动态响应针对每个加热装置构建对应的模糊控制规则，即针对每个加热装置构建单独的模糊控制器，将实施获取的温度值和目标值作为输入，对PID参数进行整定，通过动态地对PID参数进行调整，主要减小系统的超调量，减小控制系统调节时间，确保能以最快的速度达到设定的加热装置温度，获得最佳的呼吸治疗装置加温加湿效果。

作为示例性的实施例，模糊规则的建立方法可以包括：获取在初始PID参数控制下加热装置的温度变化曲线；基于温度曲线中的温度偏差和温度偏差变化率建立模糊规则。作为示例性的实施例，每一加热装置具有对应的模糊控制规则，在本实施例中，可以基于每一加热装置在初始PID参数控制下的温度曲线建立与加热装置对应的模糊规则，在针对该加热装置进行PID参数整定时，根据加热装置之间的差异适应性的调整PID参数，以针对性的获得更好的加温加湿效果以及解决加热装置的差异带来的对加温加湿的影响。

参见图2所示，模糊规则建立方法可以包括如下步骤：

S21.基于温度曲线确定多个温度响应阶段。在初始PID参数控制下，不同的加热装置具有不同的温度变化曲线。以图3中所示的PID控制过程中温度曲线为例进行说明：将PID控制过程中温度变化过程分为七个过程，分别为图2中的，a点之前响应阶段，(a，b)响应阶段，(b，c)响应阶段，(c，d)响应阶段，(d，e)响应阶段，(e，f)响应阶段，(f，g)响应阶段。

S22.计算每一响应阶段中的温度偏差和温度偏差变化率。由于不同的加热阶段或响应阶段其温度偏差和温度偏差变化率不同，因此，可以针对性的在不同的响应阶动态的调整PID参数。

作为示例性的实施例，通过在控制过程中不断对加热装置实际温度值进行测量，然后与目标温度值进行比较，得到加热装置温度的偏差e和温度偏差变化率ec，其公式如下：

其中，y(k)为加热装置目标温度值，r(k)为加热装置实际温度值。e(k)为本次加热装置温度偏差值，e(k-1)为上次加热装置温度偏差值。

S23.将每一响应阶段中的温度偏差和温度偏差变化率模糊化为对应的温度偏差模糊量和温度偏差变化率模糊量。

在本实施例中，可以针对每一加热装置的温度变化曲线，对加热装置温度的温度偏差e和温度偏差变化率ec进行模糊化处理，得到温度偏差模糊量E和温度偏差变化率模糊量EC。在基于当前阶段查找或匹配对应的温度偏差模糊量和温度偏差变化率模糊量。

示例性的，基于每一加热装置的温度调节范围设定温度变差的控制区间，示例性的，温度偏差e的区间为(-10～10)，当小于-10时以最大速率进行加热，当大于10时停止加热。再将(-10～10)的控制区间划分为(-10～-5)、(-5～-1)、(-1～0)、(0～1)、(1～5)、(5～10)，分别用NB(负正)，NM(负中)，NS(负小)，ZO(零)，PS(正小)，PM(正中)，PB(正大)代替-10、-5、-1、0、1、5、10。设置温度偏差变化率ec的控制区间为(-1～1)，当小于-1时以最大速率进行加热，当大于1时停止加热。再将(-1～1)的控制区间划分为(-1～-0.5)、(-0.5～-0.1)、(-0.1～0)、(0～0.1)、(0.1～0.5)、(0.5～1)，分别用NB(负正)，NM(负中)，NS(负小)，ZO(零)，PS(正小)，PM(正中)，PB(正大)代替-1、-0.5、-0.1、0、0.1、0.5、1。

将温度偏差e和温度偏差变化率ec对应的trimf隶属函数，输入温度偏差e和温度偏差变化率ec的trimf隶属函数公式如下：

其中，公式(2.1)为trimf隶属函数公式，温度偏差e中NS：f(x；-10,-10,-5)；NM：f(x；-10,-5,-1)；NS：f(x；-5,-1,0)；ZO：f(x；-1,0,1)；PS：f(x；0,1,5)；PM：f(x；1,5,10)；PS：f(x；5,10,10)；

温度偏差ec中NS：f(x；-1,-1,-0.5)；NM：f(x；-1,-0.5,-0.1)；NS：f(x；-0.5,-0.1,0)；ZO：f(x；-0.1,0,0.1)；PS：f(x；0,0.1,0.5)；PM：f(x；0.1,0.5,1)；PS：f(x；0.5,1,1)。

在本实施例中，在得到各个控制区间的温度偏差模糊量和温度偏差变化率模糊量后，可以针对每一响应阶段对应的控制区间匹配对应的温度偏差模糊量和温度偏差变化率模糊量。

S24.基于PID控制规则以及温度偏差模糊量和温度偏差变化率模糊量建立模糊规则。

参见图3，a点之前，加热装置温度偏差e比较大，温度偏差变化率ec也较大(ec此时为负值)；(a,b)阶段加热装置温度偏差e减小，温度偏差变化率ec也逐渐减小；(b,c)阶段加热装置温度已十分接近目标温度值，温度偏差e逐渐接近0，温度偏差变化率ec也逐渐接近0；(c,d)阶段加热装置温度控制中产生了超调，加热装置温度已稍稍超过目标温度值，温度偏差e由正值开始转化为负值，数值接近0，但仍在逐渐增大。温度偏差变化率ec始终为负值，但数值一直在减小。(d,e)阶段加热装置温度控制仍然处于超调中，加热装置温度远超过目标温度值，温度偏差e和温度偏差变化率ec在逐渐增大中，温度偏差e始终为负值，但温度偏差变化率ec经历了由负值转化为正值的过程。(e,f)阶段加热装置实际温度仍然高于目标温度值，但已十分接近，此时温度偏差变化率ec为正值，且逐渐增大中。(f,d)阶段加热装置实际温度开始低于目标温度值，此时温度偏差变化率ec为正值，且逐渐减小中。

根据以上分析，对PID控制参数Kp、Ki、Kd补偿值ΔKP、ΔKi、ΔKd进行模糊化规则设计。

ΔKP模糊化规则设计:在加热装置PID控制系统中，Kp主要控制加热装置的调节速度。当加热装置为实际温度远低于实际温度时，应增加Kp，使其尽快达到目标温度值。当实际温度接近设定温度时，应根据偏差的变化率的大小时，适当调节Kp值，防止产生较大的超调量。当实际温度超过设定温度且超调量时，应立即停止加热，使加热装置迅速降温，直到接近设定温度时再逐渐增加Kp值，参见表1所示的ΔKP模糊化规则表：

表1

在加热装置PID控制系统中，Kp主要消除加热装置控制系统的静态误差。在加热装置实际温度低于设定温度时，加热装置累计的系统误差越来越大，为了防止积分饱和，应取较小的积分值。加热装置实际温度在设定温度附近时，为了使加热装置温度尽快达到目标温度值并稳定，应增加积分作用。参见表2所示的ΔKi的模糊规则控制表：

表3

微分作用主要用来加快消除控制系统震荡误差，减少调整时间，改善控制系统的动态特性。当加热装置实际值低于或高于目标温度值时，且控制系统增量较小前，应引入一个早期的微分控制信号，尽快修正控制系统产生的偏差，减小可能产生的超调量。当控制系统逐渐稳定后，此时应适当减小控制系统的微分作用，防止控制系统在目标温度值左右可能产生的震荡，减小调节时间，避免超调。参见表3所示的ΔKd的模糊规则控制表：

表3

上述实施例中，通过将在初始PID参数控制下加热装置的温度变化曲线划分为多个温度响应阶段，基于每一温度响应阶段的温度偏差和温度偏差变化率的动态特征不同和对应的PID控制规则，再对温度偏差和温度偏差变化率进行变化经模糊化，基于其动态特征和PID控制规则利用温度偏差和温度偏差变化率的模糊量建立对应的模糊规则表。能够根据加热装置之间的差异以及不同加热阶段对PID的参数进行动态的调整，获得更好的加温加湿效果以及解决加热装置的差异和加热过程中的水量变化带来的影响。

在本实施例中，建立好各个加热装置的模糊规则后，在对各个加热装置进行控制的过程中，可以实时获取加热装置的实际温度值和目标温度值。经输入隶属度函数，对加热装置温度的温度偏差e和温度偏差变化率ec进行模糊化处理，得到模糊化后的变量E、EC。在本实施例中，在对温度偏差e和温度偏差变化率ec进行模糊化处理时，根据加热装置的属性信息对划分多个温度偏差控制区间和多个温度偏变化率控制区间；基于加热装置的属性信息选择第一隶属度函数；通过隶属度函数对得到当前温度偏差模糊量和当前温度偏差变化率模糊量。示例性的，可以参见上述实施例中，步骤23中对于温度偏差e和温度偏差变化率ec进行模糊化处理的方式。

在得到模糊规则表后，利用加热装置对应的模糊规则以及当前温度偏差模糊量和当前温度偏差变化率模糊量确定PID参数补偿值，示例性的，参照模糊规则控制表，在得到当前实际温度对应的温度偏差模糊量E和温度偏差变化率模糊量EC之后，在对应的模糊规则表中匹配对应的ΔKP、ΔKi、ΔKd的模糊量。由于匹配得到的PID参数补偿值为模糊量，需要对模糊输出的ΔKP、ΔKi、ΔKd进行解模糊化，求得实际数值。

示例性的，根据加热装置的属性信息对划分多个温度偏差控制区间和多个温度偏变化率控制区间；基于加热装置的属性信息选择第一隶属度函数；通过隶属度函数对得到当前温度偏差模糊量和当前温度偏差变化率模糊量。加热装置的属性信息可以包括针对加热装置本身的升温速率/降温速率而使用的PID参数所属的范围。示例性的，ΔKP的控制区间为(-300～300)，将(-300～300)的控制区间划分为(-300～-200)、(-200～-100)、(-100～0)、(0～100)、(100～200)、(200～300)，分别用NB(负正)，NM(负中)，NS(负小)，ZO(零)，PS(正小)，PM(正中)，PB(正大)代替-300、-200、-100、0、100、200、300；

ΔKi的控制区间为(-30～30)，将(-30～30)的控制区间划分为(-30～-20)、(-20～-10)、(-10～0)、(0～10)、(10～20)、(20～30)，分别用NB(负正)，NM(负中)，NS(负小)，ZO(零)，PS(正小)，PM(正中)，PB(正大)代替-30、-20、-10、0、10、20、30；

ΔKd的控制区间为(-600～600)，将(-600～300)的控制区间划分为(-600～-400)、(-400～-200)、(-200～0)、(0～200)、(200～400)、(400～600)，分别用NB(负正)，NM(负中)，NS(负小)，ZO(零)，PS(正小)，PM(正中)，PB(正大)代替-600、-400、-200、0、200、400、600。

基于加热装置的属性信息选择第二隶属度函数将PID参数补偿模糊量进行清晰化，得到PID参数补偿值。示例性的，可以采用gbellmf隶属函数，将ΔKP、ΔKi、ΔKd的模糊量输入gbellmf隶属函数，求得ΔKP、ΔKi、ΔKd的隶属度，ΔKP、ΔKi和ΔKd的gbellmf隶属函数公式如下：

其中，公式(2.2)为gbellmf隶属函数公式；ΔKP中NS：f(x；30,2,-300)；NM：f(x；30,2,-200)；NS：f(x；30,2,-100)；ZO：f(x；30,2,0)；PS：f(x；30,2,100)；PM：f(x；30,2,200)；PS：f(x；30,2,300)；

ΔKi中NS：f(x；30,2,-30)；NM：f(x；30,2,-20)；NS：f(x；30,2,-10)；ZO：f(x；30,2,0)；PS：f(x；30,2,10)；PM：f(x；30,2,20)；PS：f(x；30,2,30)；

ΔKd中NS：f(x；60,2,-600)；NM：f(x；60,2,-400)；NS：f(x；60,2,-200)；ZO：f(x；60,2,0)；PS：f(x；60,2,200)；PM：f(x；60,2,400)；PS：f(x；60,2,600)。

将得到的ΔKP、ΔKi、ΔKd带入到公式(1.1)中，得到整定后的PID参数。

参见图4a和图4b所示，根据对模糊PID控制步骤的分析，设定加热装置的目标温度为60°，图4a使用固定参数的PID控制，图4b使用模糊PID控制，最终得到的加热装置温度随时间变化的曲线，模糊PID控制相比PID控制具有更小的超调量，能更快达到设定的加热装置温度值，从而可以帮助呼吸治疗装置使用者获得更好的加温加湿效果。

作为一种可选的实施例，增加水箱内温度和湿度的检测系统。控制系统中是对加热装置的温度进行检测，达到最终控制加温加湿的作用，实际中加热装置的温度与实际的水温会有所不同，因此可以增加水温检测装置，作为控制系统的反馈量。示例性的，获取水箱内实际水温值和管道内实际湿度值；基于实际水温值和实际湿度值作为反馈参数，对加热装置的温度的控制结果进行调整。

作为另一种可选的实施例，将PID控制与模糊PID控制结合在一起对加热装置温度进行控制，PID控制加热装置温度在前期温度升高比较快，但后期会造成较大的超调量和振荡，而模糊PID控制前期温度升高较慢，但后期温度控制较好。因此可以在控制系统的前期采用PID控制，后期使用模糊PID控制器。示例性的，基于实际温度值和目标温度值确定当前所处的调整阶段，其中，调整阶段包括初期调整阶段和后期调整阶段；当调整阶段为初期调整阶段时，基于初始PID参数对加热装置的温度进行控制；当调整阶段为后期调整阶段时，进入基于实际温度值和目标温度值确定加热装置的当前温度偏差模糊量和当前温度偏差变化率模糊量的步骤。其中，前期调整阶段和后期调整阶段的划分可以基于加热装置自身的加热过程确定。

上述所有可选技术方案，可以采用任意结合形成本申请的可选实施例，在此不下述为本申请装置实施例，可以用于执行本申请方法实施例。对于本申请装置实施例中未披露的细节，请参照本申请方法实施例。

图5是本申请实施例提供的呼吸治疗设备的示意图。如图5所示，该实施例的呼吸治疗装置包括：处理器501、存储器502以及存储在该存储器502中并且可在处理器501上运行的计算机程序503。处理器501执行计算机程序503时实现上述各个方法实施例中的步骤。或者，处理器501执行计算机程序503时实现上述各装置实施例中各模块/单元的功能。

在本实施例中，呼吸治疗设备可以包括呼吸机，也可以包括高流量湿化治疗仪。

示例性地，计算机程序503可以被分割成一个或多个模块/单元，一个或多个模块/单元被存储在存储器502中，并由处理器501执行，以完成本申请。一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述计算机程序503在呼吸治疗装置中的执行过程。

呼吸治疗装置可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等电子设备。呼吸治疗装置可以包括但不仅限于处理器501和存储器502。本领域技术人员可以理解，图5仅仅是呼吸治疗装置的示例，并不构成对呼吸治疗装置的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如，电子设备还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。

处理器501可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，也可以是其它通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其它可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

存储器502可以是呼吸治疗装置的内部存储单元，例如，呼吸治疗装置的硬盘或内存。存储器502也可以是呼吸治疗装置的外部存储设备，例如，呼吸治疗装置上配备的插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card，SMC)，安全数字(Secure Digital，SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。进一步地，存储器502还可以既包括呼吸治疗装置的内部存储单元也包括外部存储设备。存储器502用于存储计算机程序以及电子设备所需的其它程序和数据。存储器502还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/电子设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置/电子设备实施例仅仅是示意性的，例如，模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。

作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读存储介质中。基于这样的理解，本申请实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，计算机程序可以存储在计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可以实现上述各个方法实施例的步骤。计算机程序可以包括计算机程序代码，计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。计算机可读介质可以包括：能够携带计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如，在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。

以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种呼吸治疗装置的温度和湿度控制方法，其特征在于，包括：

获取加热装置的实际温度值和目标温度值；

基于所述实际温度值和所述目标温度值确定所述加热装置的当前温度偏差模糊量和当前温度偏差变化率模糊量；

利用所述加热装置对应的模糊规则以及所述当前温度偏差模糊量和所述当前温度偏差变化率模糊量确定PID参数补偿值，其中，所述模糊规则为基于在初始PID参数控制下的所述加热装置的温度变化动态信息建立的动态信息；

基于所述PID参数补偿值确定PID参数整定值；

基于所述PID参数整定值对所述加热装置的温度进行控制。

2.如权利要求1所述的呼吸治疗装置的温度和湿度控制方法，其特征在于，所述模糊规则的建立方法包括：

获取在初始PID参数控制下所述加热装置的温度变化曲线；

基于所述温度曲线中的温度偏差和温度偏差变化率建立所述模糊规则。

3.如权利要求2所述的呼吸治疗装置的温度和湿度控制方法，其特征在于，所述基于所述温度曲线中的温度偏差和温度偏差变化率建立所述模糊规则包括：

基于所述温度曲线确定多个温度响应阶段；

计算每一响应阶段中的所述温度偏差和所述温度偏差变化率；

将所述每一响应阶段中的所述温度偏差和所述温度偏差变化率模糊化为对应的温度偏差模糊量和温度偏差变化率模糊量；

基于所述PID控制规则以及所述温度偏差模糊量和所述温度偏差变化率模糊量建立所述模糊规则。

4.如权利要求1所述的呼吸治疗装置的温度和湿度控制方法，其特征在于，所述基于所述实际温度值和所述目标温度值确定所述加热装置的当前温度偏差模糊量和当前温度偏差变化率模糊量包括：

基于所述实际温度值和所述目标温度值计算当前温度偏差和当前温度偏差变化率；

选择第一隶属度函数对所述当前温度偏差和所述当前温度偏差变化率进行模糊化，得到所述当前温度偏差模糊量和所述当前温度偏差变化率模糊量。

5.如权利要求4所述的呼吸治疗装置的温度和湿度控制方法，其特征在于，所述选择第一隶属度函数对所述当前温度偏差和所述当前温度偏差变化率进行模糊化，得到所述当前温度偏差模糊量和所述当前温度偏差变化率模糊量包括：

根据所述加热装置的属性信息对划分多个温度偏差控制区间和多个温度偏变化率控制区间；

基于所述加热装置的属性信息选择所述第一隶属度函数；

通过所述第一隶属度函数对得到所述当前温度偏差模糊量和所述当前温度偏差变化率模糊量。

6.如权利要求1所述的呼吸治疗装置的温度和湿度控制方法，其特征在于，所述利用所述加热装置对应的模糊规则以及所述当前温度偏差模糊量和所述当前温度偏差变化率模糊量确定PID参数补偿值包括：

根据所述当前温度偏差模糊量和所述当前温度偏差变化率模糊量利用所述模糊规则进行模糊推理得到PID参数补偿模糊量；

基于所述加热装置的属性信息选择第二隶属度函数将所述PID参数补偿模糊量进行清晰化，得到所述PID参数补偿值。

7.如权利要求1所述的呼吸治疗装置的温度和湿度控制方法，其特征在于，基于所述PID参数整定值对所述加热装置的温度进行控制包括：

获取水箱内实际水温值和管道内实际湿度值；

基于所述实际水温值和所述实际湿度值作为反馈参数，对所述加热装置的温度的控制结果进行调整。

8.如权利要求1所述的呼吸治疗装置的温度和湿度控制方法，其特征在于，还包括：

基于所述实际温度值和所述目标温度值确定当前所处的调整阶段，其中，所述调整阶段包括初期调整阶段和后期调整阶段；

当所述调整阶段为所述初期调整阶段时，基于所述初始PID参数对所述加热装置的温度进行控制；

当所述调整阶段为所述后期调整阶段时，进入基于所述实际温度值和所述目标温度值确定所述加热装置的当前温度偏差模糊量和当前温度偏差变化率模糊量的步骤。

9.一种呼吸治疗装置，其特征在于，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并且可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至8中任一项所述方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至8中任一项所述方法的步骤。

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