CN116421877A - 一种控制装置、心室辅助系统及自适应控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种控制装置、心室辅助系统及自适应控制方法，旨在根据当前电流对LVAD的当前流量进行估计，并基于流量预设值和心率补偿计算目标流量，并进行反馈调节，以实现LVAD的当前流量跟随心率的变化而自适应变化；更进一步地，根据转速预设值、心率补偿和流量补偿设定目标转速，以体现目标转速对目标流量的跟随性，基于目标转速对当前转速进行调节；根据目标流量与当前流量的差值、目标转速与当前转速的差值计算输出调节电流，实现LVAD系统转速和流量的嵌套闭环控制，最终转速和流量会随着档位变化而同步变化，满足了心输出量和转速的稳定性及准确性要求。
Description
技术领域
本发明涉及心脏术用医疗器械及设计方法，尤其涉及一种控制装置、心室辅助系统及自适应控制方法。
背景技术
众多心脏疾病的终末阶段都会发展成心力衰竭，由于其患病率高、预后差且会给患者带来沉重的经济负担，现已成为重大的公共健康问题。针对心衰的药物治疗主要适用于早期治疗，心脏移植则是重症心衰的有效疗法，但是由于供体不足，因而限制了其在临床的广泛应用。基于这些原因，左心室辅助装置(left ventricular assist device，LVAD)已经逐渐发展成重症心衰的主要治疗手段。
LVAD是一个可提供动力的血泵，能有效代替心脏工作能力的80％以上，它可以通过调节转速保证心衰患者的心输出和灌注压保持在一定的生理范围。
在对LVAD的控制过程中，对于使用者而言，除了转速以外，心输出量也是非常重要的参考指标。而现有的控制策略中，很少有涉及到心输出量的控制。由于传感器的限制，左心室-主动脉之间的心输出量无法直接测量，只能由导管泵的流量侧面反映出来，因此需要考虑设计一种泵的流量反馈控制算法，而在控制过程中，泵当前的流量也很难测量，因此还需提供电流和转速进行估计，然后将估计的流量进行PI反馈控制，满足流量控制的准确性和稳定性需求，并且需要跟随的不同生理情况进行流量的自适应控制。同时考虑内环转速反馈，实现流量和转速的嵌套控制。
发明内容
本发明公开了一种控制装置、心室辅助系统及自适应控制方法，旨在根据心率对LVAD的当前流量进行估计，基于目标流量对其进行反馈调节，并实现LVAD的当前流量跟随心率的变化而自适应变化；更进一步地，根据档位、心率和目标流量设定目标转速，以体现目标转速对目标流量的跟随性，基于目标转速对当前转速进行调节；根据目标流量与当前流量的差值、目标转速与当前转速的差值计算驱动电流，实现LVAD系统转速和流量的嵌套闭环控制，最终转速和流量会随着档位变化而同步变化，满足了心输出量和转速的稳定性及准确性要求。
本发明采用下述技术方案：
一方面，本发明实施例提供了一种用于心室辅助系统的控制装置，包括：当前流量估计模块、目标流量设定模块、目标转速设定模块及电流控制模块；
当前流量估计模块用于基于当前电流、当前转速及预设的流量估算模型估计当前流量；
目标流量设定模块用于基于流量预设值和心率补偿计算目标流量，并发送至电流控制模块；
目标转速设定模块用于基于转速预设值、心率补偿和流量补偿计算目标转速，并发送至电流控制模块；
电流控制模块用于基于目标流量和目标转速进行反馈，分别计算得到电流调节的流量分量和转速分量；根据流量分量和转速分量计算得到输出调节电流。
第二方面，本发明实施例提供了一种心室辅助系统，包括电流检测装置、心率检测装置、血泵以及如上任一项的控制装置。
第三方面，本发明实施例提供了一种心室辅助系统的自适应控制方法，包括如下步骤：
基于当前电流、当前转速及预设的流量估算模型估计当前流量；
基于流量预设值和心率补偿计算目标流量；
目标转速设定模块用于基于转速预设值、心率补偿和流量补偿计算目标转速；
基于目标流量和目标转速进行反馈，分别计算得到电流调节的流量分量和转速分量；根据流量分量和转速分量计算得到输出调节电流。
第四方面，本发明实施例提供了一种电子设备，包括：
一个或多个处理器；
存储器，用于存储一个或多个程序；
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如上所述的心室辅助系统的自适应控制方法。
第五方面，本发明实施例提供了一种可读存储介质，所述可读存储介质上存储有心室辅助系统的自适应控制程序，所述自适应控制程序被处理器执行时，能够实现如上所述的自适应控制方法。上述发明中的一个实施例具有如下优点或有益效果：本发明主要提供了一种控制装置、心室辅助系统及自适应控制方法，本发明只需在LVAD的控制过程中获取心率数据和电流数据，即可实现泵流量和转速在档位的基础上跟随的不同生理情况进行自适应调节，二者嵌套闭环控制，能够明显改善抽吸问题；最终LVAD的流量和转速会随着档位、生理状态的变化而同步变化，满足了心输出两和转速的稳定性及准确性要求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明一个实施例提供的用于心室辅助系统的控制装置的结构框图；
图2为本发明一个实施例提供的左心室辅助系统的结构框图；
图3为本发明一个实施例提供的心室辅助系统的自适应控制方法的流程图；
图4为本发明一个实施例提供的左心室辅助系统和血液循环系统的耦合系统结构框图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的示范性实施例做出说明，其中包括本发明实施例的各种细节以助于理解，应当将它们认为仅仅是示范性的。因此，本领域普通技术人员应当认识到，可以对这里描述的实施例做出各种改变和修改，而不会背离本发明的范围和精神。同样，为了清楚和简明，以下的描述中省略了对公知功能和结构的描述。
轴流式心脏泵是常见的一类左心室辅助装置(LVAD)，它可以通过调节转速保证心衰患者的心输出和灌注压保持在一定的生理范围。在临床应用中，LVAD常以并联方式辅助自然心脏工作。如果转速过低，则心脏泵效率不足，导致部分血液从主动脉经LVAD支路逆流到左心室，则LVAD发生反流现象，使患者出现左心室增大以及血损等并发症。
目前在对LVAD的控制策略中，很少有涉及到心输出量的控制，当使用者处于不同的生理状态时，由于心率会发生波动，因此所需的心输出量也是不尽相同的，例如当使用者在肌肉运动、情绪激动、怀孕等情况下，需要增加心输出量，以保证全身组织细胞的新陈代谢率，此时只能通过LVAD档位的调节实现心输出量的增加，而不能实现自适应调节，因此这种控制方式不能完全匹配流量准确性的要求。且对于同一个人，在不同的活动状态下，心率发生变化，此时若未进行档位调整，或者相邻档位之间的参数设定跨度太大抑或太小，不能适应心输出量的变化要求，则可能会产生抽吸等问题，对患者造成损伤。
为解决上述问题，参考图1，本发明实施例提供了一种用于心室辅助系统的控制装置100，该控制装置100包括：当前流量估计模块110、目标流量设定模块120、目标转速设定模块130及电流控制模块140。
在本发明一个实施例中，上述控制装置100用于左心室辅助系统，并对其输出电流进行控制，以实现转速和流量跟随生理状态的变化而自适应调整；具体地，左心室辅助系统至少包括左心室辅助装置LVAD。
在本发明一个实施例中，当前流量估计模块110用于基于当前电流、当前转速及预设的流量估算模型估计当前流量。
在本发明一个实施例中，当前电流可由当前流量估计模块110直接检测获知，基于当前的电流数据，根据反电动势六步法计算当前转速。将当前电流和当前转速输入拟合的流量估算模型，即可得到估计的当前流量。
在本发明一个实施例中，将电机的状态模型、电机扭矩与电流关联的模型进行联立，得到负载扭矩与电流关联的模型；将负载扭矩与电流关联的模型、负载扭矩与流量关联的模型进行联立，得到流量估算模型。
在本发明一个实施例中，流量估算模型基于多变量回归拟合得到。
具体地，所述多变量回归拟合，包括：获取仿真的电流、转速及流量的数据，基于多变量线性回归对所述流量估算模型进行拟合；在拟合过程中，根据损失函数确定流量估算模型中各参数系数。
在本发明一个实施例中，可以利用Matlab、LabVlEW或Ansys等仿真软件对流量估算模型进行仿真，通过向仿真软件中输入初始条件，即可输出模型的仿真结果；具体地，初始条件所输入的电流、转速及流量数据可选择实验室数据。
在本发明一个实施例中，目标流量设定模块120用于基于流量预设值和心率补偿计算目标流量，并发送至所述电流控制模块140。
在本发明一个实施例中，流量预设值也即左心室辅助系统某档位所对应的流量数值；心率补偿通过计算当前心率与基础心率的差值得到。
在本发明一个实施例中，左心室辅助系统中还至少设有能够采集当前心率数据的传感器，并将采集的心率数据发送至控制装置100。
在本发明一个实施例中，目标流量设定模块120还用于接收当前心率数据，以静息状态时的心率数据为参考，得到当前心率的变化数据；在流量预设值所需流量的基础上，根据当前心率的变化数据进行流量的补偿，并输出所述目标流量。
在本发明一个实施例中，目标转速设定模块130用于基于转速预设值、心率补偿和流量补偿计算目标转速，并发送至所述电流控制模块140。
在本发明一个实施例中，转速预设值也即左心室辅助系统某档位所对应的转速数值；心率补偿通过计算当前心率与基础心率的差值得到。
在本发明一个实施例中，目标转速设定模块130还用于：以流量预设值对应的流量为参考，得到目标流量的变化数据；以静息状态时的心率数据为参考，得到当前心率的变化数据；在转速预设值所需转速的基础上，根据目标流量的变化数据、当前心率的变化数据计算并输出所述目标转速。
在本发明一个实施例中，电流控制模块140用于基于目标流量和目标转速进行反馈，分别计算得到电流调节的流量分量和转速分量；根据流量分量和转速分量计算得到输出调节电流。
在本发明一个实施例中，电流控制模块140还用于：基于流量PI反馈控制模型计算电流调节的流量分量；其中，流量PI反馈控制模型的输入数据为当前流量和目标流量，输出数据为电流调节的流量分量。
在本发明一个实施例中，电流控制模块140还用于：基于转速PID反馈控制模型计算电流调节的转速分量；其中，转速PlD反馈控制模型的输入数据为当前电流、当前转速及所述目标转速，输出数据为电流调节的转速分量。具体地，当前转速由电流控制模块140通过反电动势六步法，基于当前电流计算得到。
在本发明一个实施例中，电流控制模块140还用于建立流量PI反馈控制模型；建立转速PID反馈控制模型；联立所述流量PI反馈控制模型与所述转速PID反馈控制模型，计算输出电流。具体地，通过对电流调节的流量分量和转速分量进行求和计算，进而得到输出的调节电流。
参考图2，本发明实施例提供了一种左心室辅助系统，该系统包括控制装置100、传感器200及血泵300，其中，控制装置100包括当前流量估计模块110、目标流量设定模块120、目标转速设定模块130及电流控制模块140；血泵300包括电机和叶轮；传感器200包括电流传感器210和心率传感器220。
在本发明一个实施例中，除心率传感器220外，其他结构均可视作左心室辅助装置LVAD的构件之一，左心室辅助装置的流出道设置于主动脉中，流入道设置于左心室中；具体地，控制装置100存储有多个档位，可以对其档位的进行选择。
在本发明一个实施例中，电流传感器210、控制装置100及血泵300依次设置，电流传感器210能够获取电流数据，并发送至控制装置100的当前流量估计模块110。
在本发明一个实施例中，心率传感器220能够获取当前心率数据，并发送至控制装置100的目标流量设定模块120及目标转速设定模块130。
在本发明一个实施例中，控制装置100能够根据流量估算模型估计血泵300的当前流量，基于档位和心率补偿设定血泵300的目标流量。流量估算模型基于多变量回归拟合得到，该流量估算模型包括联立的负载扭矩与电流关联的模型和负载扭矩与流量关联的模型；负载扭矩与电流关联的模型包括联立的电机的状态模型、电机扭矩与电流关联的模型。
在本发明一个实施例中，控制装置100能够基于档位、心率补充和流量补偿设定血泵300的目标转速。
在本发明一个实施例中，控制装置100能够基于目标流量和目标转速进行反馈，分别计算得到电流调节的流量分量和转速分量；根据流量分量和转速分量计算得到输出调节电流。
如图3，本发明实施例提供了一种心室辅助系统的自适应控制方法，包括步骤410～步骤440，如下：
步骤410.基于当前电流、当前转速及预设的流量估算模型估计当前流量。
在本发明一个实施例中，在执行步骤410之前，还包括步骤400：在数据和模型的基础上建立流量估算模型，并对模型的参数进行多变量的回归拟合。
在本发明一个实施例中，左心室辅助装置LVAD设置于左心室与主动脉之间，其结构主要包括有控制装置100、电机、叶轮、电流传感器210等，其中，电机和叶轮之间组合装配为血泵结构；LVAD可以将左心室中的血液泵入主动脉，以期提供循环所需的血量。
在本发明一个实施例中，LVAD能够进行档位的调节，不同的档位对应有着不同的转速及流量预设值，在进行档位设计时，按照泵的输出能力设定不同档位对应的转速和流量。
在本发明一个实施例中，LVAD的1档对应的流量为1-1.5L/min，转速为10000rpm；2档对应的流量为2-2.5L/min，转速为20000rpm；3档对应的流量为3-3.5L/min，转速为30000rpm……本领域技术人员应理解，由于使用者具有不同的生理条件，且流量和转速本身具有耦合性，因此在设计档位时，应符合使用者真实的生理条件。进一步地，由于使用者在不同生理/病理条件或环境下具有不同的心率，而心率的增加会直接引起循环血量的增加，因此档位对应的流量及转速梯次升高，以匹配使用者的生理条件。
在本发明一个实施例中，还包括步骤401：分别建立电机的状态方程、电机扭矩与电流关联的方程，联立两方程，得到负载扭矩与电流关联的方程。
对于电机而言，其状态方程如下：
其中，J为电机转动惯量，Te为电机转矩，Tp为负载转矩，B为阻尼系数，w为电机角速度。在确定角速度w时，可以通过测量电机的反电动势，检测磁场换向，进一步得到当前转速n，根据转速和角速度的转换公式w＝2πn，即可得计算得到电机的角速度。
进一步地，电机扭矩与电流关联的方程为：
其中，Kb为电机反电动势常数，I为电流。
联立上述方程(1)和(2)可得电机的负载转矩电流关联的方程：
在本发明一个实施例中，还包括步骤402：建立负载扭矩与泵流量关联的方程，联立负载扭矩与电流、泵流量关联的方程，得到流量估算模型。
由于负载转矩则与泵体相关，因此载扭矩与泵流量关联的方程为：
Tp＝a1w2+a2F2 (4)
其中，F为泵的流量，a1和a2为常数系数。
联立上述方程(3)和(4)，即可得到流量估算模型，但是很显然，(3)和(4)联立后仍不能确定模型中的参数系数a1和a2，因此，还包括步骤403：采集电机的电流、转速及流量的数据，基于多变量线性回归对所述模型进行拟合；在拟合过程中，根据损失函数确定所述模型中各参数系数。
鉴于在人体中没有相应的流量传感器检测实际的流量数据，因此在对模型进行拟合时，模型中的流量数据由实验阶段的流量采集器检测得到，相应的，电流及转速也由实验阶段检测得到，然后通过转速和电流求解负载转矩Tp。
在本发明一个实施例中，将上式(4)中的变量进行转化，令y＝Tp，x1＝w2，x2＝F2。旨在确定下式的a1和a2：
y＝a1x1+a2x2 (5)
取i＝1，2，…，n为采样点，对式(5)进行梯度下降拟合，选取损失函数为：
其中，损失函数的自变量为a1和a2。
由上式(6)可得：
其中，j＝1，2，表示自变量的下标。
基于上式(7)，取梯度下降的步长为α，则a1和a2可用下式迭代拟合：
当参数系数a1和a2拟合完成后，基于上式(4)的变形，可以直接通过流量估算模型估计流量，也即：
步骤411：获取电流数据，根据拟合的模型估计当前流量。
在本发明一个实施例中，通过电流传感器210检测此时LVAD中的电流(A)数据，并根据反电动势六步法计算当前转速，将当前电流和当前转速输入拟合后的流量估算模型，得到当前的流量。
在本发明的一个实施例中，当前流量的数值根据上式(10)计算得到。
本领域技术人员应理解，由于计算得到的当前流量值是由拟合的模型得到，其本质上为对当前流量的估计值，而非真实的当前流量值。
步骤420：基于流量预设值和心率补偿计算目标流量。
由于在现有的LVAD的机构中并不含有检测心率的模块，因此，心率的数据不由LVAD直接测量获得，而是经由其他心率传感器220(如佩戴式心率检测仪)检测得到，并由其将检测数据发送至LVAD的控制装置100。本领域技术人员应理解，使用者不同的生理状态、年龄、病理状态、药物因素、情绪变化等均可引起心率改变，因此心率检测装置应将使用者的心率实时发送至LVAD，以供其进行反馈调节。
在本发明一个实施例中，流量预设值能够通过LVAD不同的档位进行设定或调节。
为了保证流量跟随心率而自适应变化，还应计算心率的变化差值。因此在本发明一个实施例中，还包括步骤421：以静息状态时的心率数据为参考，得到当前心率的变化数据；在档位所需流量的基础上，根据当前心率的变化数据进行流量的补偿，以输出所述目标流量。
本领域技术人员应理解，一个正常成年人静息状态下的心率在60～100次/分钟之间，每个人的基础心率均有所不同，因此应首先检测使用者在静息状态下的心率，以该心率数据作为参考心率，再检测到当前心率，二者的差值即为当前心率的变化数据。
如上述步骤410中所述，人体在不同的生理状态下所需的流量不同，例如，当使用者处于运转状态或兴奋状态，由于神经刺激使得心率增加，此时需要更多的血液心输出量，而运动结束后或平静状态下心率降低，需要减少心输出量，若此时仍是输出与运动时同样的流量，则可能会引起抽吸等现象，对人体造成危害。因此目标流量需要在档位基础上进行流量的补偿，心率高则增加流量，心率低则减少流量，以实现正反馈调节，根据不同的生理情况而进行自适应的调节。
目标流量在基于档位所设定的流量的前提下对流量进行补偿，目标流量的计算公式如下：
Fset＝u1＝Fd+K1(btmeasure-btrest) (11)
其中，K1为系数，Fset为目标流量，Fd为档位需要的设定流量，btmeasure为当前实测心率，btrest为静息时的心率。以静息心率为参考标准，实现目标流量跟随心率进行自适应变化的控制结果。如图4，由上式(11)计算得出的数值通过u1输出目标流量。
具体地，基于不同的LVAD具有不同的输出能力，因此在实际设定时，需要根据该LVAD的流量进行设计。例如，该LVAD的流量能提供0-5L/min，可以按照使用者的实际需要划分多个档位，例如1档1-1.5L/min，2档2-2.5L/min，3档3-3.5L/min……使用时按照医生判断，使用者需要多少流量就选择对应流量的档位。
具体地，上式(11)中的系数K1由实验得到，根据心率变化与所需流量变化建立模型，令dbt＝btmeasure-btrest，dF＝Fset-Fd，通过实验数据得到dF和dbt的关系，然后进行数据拟合，进一步得到K1取值的范围。
在本发明一个实施例中，还包括步骤422：基于流量Pl反馈控制模型计算电流调节的流量分量。在本发明一个实施例中，由于目标流量和根据建模所得的当前流量不同，因此二者之间会有一个差值，此时需要考虑对当前流量进行反馈调节，使其稳定在目标流量附近，并实现当前流量跟随心率变化而自适应变化。由于流量具有连贯性，因此对当前流量进行PI反馈控制，以减少控制过程的运算负担。
具体地，将目标流量与通过上式(10)计算得到的当前流量求差，计算得到当前的流量差，表示为Fe，因此流量PI反馈控制模型为：
其中，KFp和KFi为流量控制参数，根据实际调试获得，例如增大KFp可以提高动态响应速度，增大KFi提高稳态精度，具体调试过程在此不再赘述。
步骤430：基于转速预设值、心率补偿和流量补偿计算目标转速。
在本发明一个实施例中，转速预设值能够通过LVAD不同的档位进行设定或调节。
在本发明一个实施例中，还包括步骤431：以档位对应的流量为参考，得到目标流量的变化数据；以静息状态时的心率数据为参考，得到当前心率的变化数据；在档位所需转速的基础上，根据目标流量的变化数据和当前心率的变化数据进行转速的补偿，以输出所述目标转速。
在本发明一个实施例中，目标转速不仅由档位决定，还需要根据当前心率的变化及目标流量变化进行一定的转速补偿。
具体地，由于流量和转速具有耦合性，因此在目标流量在发生改变时，目标转速也应相应进行调整；而当前心率变化时，由于所需的心输出量会改变，也会直接影响目标转速，因此目标流量的变化数据和当前心率的变化数据均应考虑在内，二者共同对目标转速进行补偿，以输出目标转速。
在本发明一个实施例中，目标转速的公式为：
nset＝u2＝nd+K2(btmeasure-btrest)+K3(Fset-Fd) (13)
其中，K2、K3为系数，nd为档位需要的设定转速。K2、K3根据实际调试获得，具体调试方式参考上述步骤421中对K1的调试过程，在此不再赘述。如图4，由上式(13)计算得出的数值通过u2输出目标转速。
在上式(13)中，为了实现转速的自适应调节，在公式中增加了基于心率的变化及目标流量变化的补偿项，使得目标转速能够在使用者处于不同的生理情况时更改目标转速，与目标流量的控制相吻合。在使用者实际使用LVAD时，当其活动量增加时，心率增加，心输出量的需求也增加，因此在对目标流量进行补偿的同时亦对目标转速进行补偿。
在本发明一个实施例中，还包括步骤432：基于转速PID反馈控制模型计算电流调节的转速分量。在本发明一个实施例中，由于目标转速和根据反电动势六步法计算得到的当前转速(此时当前转速为估计值，而非真实值)不同，因此二者之间存在一个差值。此时需要考虑对当前转速进行反馈调节，使其稳定在目标转速附近，并实现当前转速跟随心率、目标流量的变化而自适应变化。
具体地，将目标转速与根据反电动势求得的当前转速求差，计算得到当前的转速差，表示为ne，基于当前的转速差ne对于当前转速进行PID反馈控制，转速PID反馈控制模型为：
其中，Knp、Kni、Knd为转速控制参数，根据实际调试获得，具体调试方式参考上述步骤422中对
KFi的调试过程，在此不再赘述。
步骤440：基于目标流量和目标转速进行反馈，分别计算得到电流调节的流量分量和转速分量；根据流量分量和转速分量计算得到输出调节电流。
在本发明一种实施例中，通过联立上式(12)和(14)，计算输出调节电流，以进行反馈控制，因此驱动电流的计算公式为：
I＝fn(ne)+fF(Fe) (15)
如图4，由上式(15)计算得出的数值通过u3输出驱动电流。
通过上式(15)的反馈控制，实现系统转速和流量的嵌套闭环控制。最终转速和流量会随着档位变化而同步变化，满足了心输出量和转速的稳定性及准确性要求。
在上述步骤中，只需获取心率数据及当前的电流数据，即实现LVAD中流量和转速的自适应调节，而二者又会反馈调节当前的电流数据，使得心输出量在匹配使用者生理状态的同时保证调节的稳定性。
在本发明一个实施例中，在本发明一个实施例中，还提供了一种电子设备，电子设备包括至少一个处理器及存储器，存储器用于存储一个或多个程序，当一个或多个程序被处理器所执行时，能够使得处理器实现如上所述的心室辅助系统的自适应控制方法。
在本发明一个实施例中，还提供了一种可读存储介质，所述可读存储介质上存储有心室辅助系统的自适应控制程序，所述自适应控制程序被处理器执行时，能够实现步骤410～440所能实现的功能。
需要说明的是，上述实施例提供的左心室辅助系统与心室辅助系统的自适应控制方法实施例属于同一构思，其具体实现过程详见方法实施例，这里不再赘述。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本发明的保护之内。
Claims (14)
1.一种用于心室辅助系统的控制装置，其特征在于，包括：当前流量估计模块、目标流量设定模块、目标转速设定模块及电流控制模块；
所述当前流量估计模块用于基于当前电流、当前转速及预设的流量估算模型估计当前流量；
所述目标流量设定模块用于基于流量预设值和心率补偿计算目标流量，并发送至所述电流控制模块；
所述目标转速设定模块用于基于转速预设值、心率补偿和流量补偿计算目标转速，并发送至所述电流控制模块；
所述电流控制模块用于基于目标流量和目标转速进行反馈，分别计算得到电流调节的流量分量和转速分量；根据流量分量和转速分量计算得到输出调节电流。
2.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，所述当前流量估计模块还用于：
联立负载扭矩与电流关联的模型和负载扭矩与流量关联的模型，以获得所述流量估算模型；
所述负载扭矩与电流关联的模型包括联立的电机的状态模型、电机扭矩与电流关联的模型。
3.根据权利要求2所述的控制装置，其特征在于，所述流量估算模型基于多变量回归拟合得到；所述多变量回归拟合，包括：
获取仿真的电流、转速及流量的数据，基于多变量线性回归对所述流量估算模型进行拟合；
在拟合过程中，根据损失函数确定所述流量估算模型中各参数系数。
4.根据权利要求3所述的控制装置，其特征在于，所述当前流量估算模块还用于：
接收当前的电流数据，基于当前电流并根据反电动势计算当前转速，将当前电流和当前转速输入拟合的所述流量估算模型，得到估计的当前流量。
5.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，所述目标流量设定模块还用于：
接收当前心率数据 ，以静息状态时的心率数据为参考，得到当前心率的变化数据；
在流量预设值所需流量的基础上，根据当前心率的变化数据进行流量的补偿，并输出所述目标流量。
6.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，所述目标转速设定模块还用于：
以流量预设值对应的流量为参考，得到目标流量的变化数据；
以静息状态时的心率数据为参考，得到当前心率的变化数据；
在转速预设值所需转速的基础上，根据目标流量的变化数据、当前心率的变化数据计算并输出所述目标转速。
7.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，所述电流控制模块还用于：
基于流量PI反馈控制模型计算电流调节的流量分量；
所述流量PI反馈控制模型的输入数据为当前流量和所述目标流量，输出数据为电流调节的流量分量。
8.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，所述电流控制模块还用于：
基于转速PID反馈控制模型计算电流调节的转速分量；
所述转速PID反馈控制模型的输入数据为当前电流、当前转速及所述目标转速，输出数据为电流调节的转速分量。
9.根据权利要求8所述的控制装置，其特征在于，所述电流控制模块还用于：
获取当前电流数据，根据反电动势六步法计算当前转速。
10.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，所述电流控制模块还用于：
建立流量PI反馈控制模型；
建立转速PID反馈控制模型；
联立所述流量PI反馈控制模型与所述转速PID反馈控制模型，计算输出电流。
11.一种心室辅助系统，其特征在于，包括电流检测装置、心率检测装置、血泵以及如权利要求1-10任一项所述的控制装置。
12.一种心室辅助系统的自适应控制方法，其特征在于，包括：
基于当前电流、当前转速及预设的流量估算模型估计当前流量；
基于流量预设值和心率补偿计算目标流量；
基于转速预设值、心率补偿和流量补偿计算目标转速；
基于目标流量和目标转速进行反馈，分别计算得到电流调节的流量分量和转速分量；根据流量分量和转速分量计算得到输出调节电流。
13.一种电子设备，其特征在于，包括：
一个或多个处理器；
存储器，用于存储一个或多个程序；
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如权利要求 12所述的心室辅助系统的自适应控制方法。
14.一种可读存储介质，其特征在于，所述可读存储介质上存储有心室辅助系统的自适应控制程序，所述自适应控制程序被处理器执行时，能够实现如权利要求12所述的自适应控制方法。
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