專利名稱：麻醉機、呼吸機比例閥流量推撫控制方法
技術領域：
本發明提供了一種新的用于麻醉機和呼吸機比例閥流量控制裝置的流量高速精確控制方法，可用于麻醉機和呼吸機吸氣比例閥流速的控制、可用于呼吸機空氧混合控制， 也可用于麻醉機中電子流量計的高速精確控制，屬于醫療設備制造技術領域。
背景技術：
麻醉機、呼吸機用于手術麻醉或取代、幫助病人完成呼吸以維持生命，其進氣大小和進氣比例都需要對比例閥控制而得到。因此，其流量傳感器的測量和比例閥的控制精確度直接影響著麻醉機、呼吸機的工作性能。為此，呼吸機、麻醉機出廠前需要對設備中多個比例閥驅動的流量控制機構進行流量精確控制。通常情況下流量控制采用比例控制、查表控制、PID控制等多種控制方式實現，各種方式都有各自的特點；1.利用比例控制實現流量高速精確控制。這種方法的優點是，控制原理簡單，調節參數少，對閥門的批次特性要求低，通過簡單調節就可適用于不同批次的閥門。缺點是，容易產生振蕩，振鈴效應嚴重，須要超高速器件支持，才可規避振蕩和振鈴效應，為解決這一問題需要花費昂貴的硬件和軟件成本。2.利用查表控制實現流量高速精確控制。這種方法的優點是，控制原理簡單，調節速度快，不容易產生振蕩和振鈴效應。缺點是，受閥門自生特性影響嚴重，流量建立初期有嚴重超調現象，控制靜差大，很難消除。3.利用PID控制實現流量高速精確控制。這種方法的優點是，可以實現對比例閥的快速高效控制，響應速度快，控制原理簡單。缺點是，相同的PID控制參數不能很好的應用于同一型號比例閥大規模生產，需對每一批不同的閥做PID參數調節，調節方法繁瑣，不利于大規模生產和維修；傳統流量PID控制無法使大流量比例閥快速精確控制到10LPM以下的流量，而且控制中無法解決由于比例閥不一致性所帶來的超調現象，并且流量從OLPM 建立到所需小流量時間受控制算法中反饋周期影響嚴重，不同的反饋時間對小流量建立延時不同。
發明內容
本發明的目的在于克服現有技術尤其是PID控制中存在的上述缺陷，提供一種麻醉機、呼吸機比例閥流量推撫控制方法。為解決上述問題，本發明的基本思路為引入比例閥閥門特征曲線，利用閥門特征曲線結合位置式PID控制技術進行PID控制，引入比例閥推撫控制技術加快閥門動作時間， 削減小流量時因比例閥閥體內不同材質粘連引起的響應時間慢，有超調的問題。本發明的技術方案如下麻醉機、呼吸機比例閥流量推撫控制方法，其特征在于，包括以下步驟(1)將比例閥開口控制曲線所對應的流量值存入微控制器中的可讀寫存儲器；
(2)將控制流量按流速高低分成至少2檔；
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(3)監測每檔輸出流量，若輸出流量小于10LPM，則對每次從OLPM流量建立到所需流量的起始時刻添加一個可調節的短時間沖擊大電流，利用此短時大電流將比例閥中閥芯沖開，然后進行步驟；若輸出流量大于等于10LPM，則直接進行步驟；(4)利用閥門前端或后端流量傳感器與比例閥構成閉環反饋系統，監測流量傳感器流量，利用位置式PID控制系統對比例閥閉環反饋系統進行調節；(5)通過調節位置式PID控制系統的P、I、D三個參數計算出反饋控制流速；(6)通過查詢存儲器內對應的比例閥開口曲線所對應的流速值，確定比例閥開口大小，然后繼續通過流量傳感器監測循環反饋；(7)重復步驟⑷到(6)，直到流量控制結束。上述方法中，所述步驟(1)進一步包括(11)首先在微處理系統的工程模式中對閥門特征曲線進行繪制，將流量監測傳感器所監測到的流量與閥門開度值一同存入內存中；(12)重復步驟(11)，直到將閥門開啟過程和關閉過程的全部運行路徑都存入內存為止；(13)對存入內存的閥門數據進行修正處理，去除不平穩點和錯誤點；(14)將處理后的數據保存入非易失可讀寫存儲器中。上述方法中，步驟(3)中所述的沖擊電流的調節時間控制在Oms到500ms之間。上述方法中，按照每檔中所對應流量調節P、I、D控制參數，使得每檔中P、I、D此三參數都能對檔位內各點流速平穩控制；將調節好的各檔參數通過線性擬合的方式平滑過渡。本發明提供的方法用以簡化流量PID控制參數在呼吸機，麻醉機大規模生產、維修、調試中存在的問題；此方法引入比例閥推撫控制技術，在10LPM以下的小流量控制中， 對每次從OLPM流量建立到所需流量的起始時刻添加一個可調節的短時間大電流沖擊，利用此短時大電流將比例閥中閥芯沖開，實現比例閥快速調節，同時此短時間大電流沖擊可解決因比例閥批次不同而帶來的大規模生產中調試復雜的問題；可縮短相同反饋控制時間下，流量從OLPM建立到所需小流量時間；此方法可以讓大流量比例閥對10LPM以下的小流量進行精確控制；此方法可以很好的解決大流量比例閥在小流量控制時所帶來的超調現象。除了上面所描述的目的、特征、優點和實施步驟外，本發明將在下面以附圖的方式進一步詳細說明此方法的實現步驟。
圖1為本發明的實現步驟流程圖。
具體實施例方式本方法的基本方法是1.將比例閥開口控制曲線所對應的流量值存入控制器中的可讀寫存儲器，利用流量傳感器和比例閥構成PID控制系統，通過調節PID控制參數計算出反饋控制流速，通過查詢存儲器內對應的比例閥開口曲線所對應的流速值，確定比例閥開口大小，通過流量傳感器監測循環反饋。2.為不同所需控制流量分檔設定PID控制參數，各檔參數通過線性擬合的方式平滑過渡。3.在10LPM以下的小流量控制中，對每次從OLPM 流量建立到所需流量的起始時刻添加一個可調節的短時間大電流沖擊，該電流接通比例閥中電磁線圈，利用此短時大電流將比例閥中閥芯沖開，實現比例閥快速調節，同時此短時間大電流沖擊可解決因比例閥批次不同而帶來的大規模生產中調試復雜的問題。具體包括以下步驟(1)將比例閥開口控制曲線所對應的流量值存入微控制器中的可讀寫存儲器；(2)將控制流量按流速高低分成至少2檔；(3)監測每檔輸出流量，若輸出流量小于10LPM，則對每次從OLPM流量建立到所需流量的起始時刻添加一個可調節的短時間沖擊大電流，利用此短時大電流將比例閥中閥芯沖開，然后進行步驟；若輸出流量大于等于10LPM，則直接進行步驟；(4)利用閥門前端或后端流量傳感器與比例閥構成閉環反饋系統，監測流量傳感器流量，利用位置式PID控制系統對比例閥閉環反饋系統進行調節；(5)通過調節位置式PID控制系統的P、I、D三個參數計算出反饋控制流速；(6)通過查詢存儲器內對應的比例閥開口曲線所對應的流速值，確定比例閥開口大小，然后繼續通過流量傳感器監測循環反饋；(7)重復步驟⑷到(6)，直到流量控制結束。其中，所述步驟(1)進一步包括(11)首先在微處理系統的工程模式中對閥門特征曲線進行繪制，將流量監測傳感器所監測到的流量與閥門開度值一同存入內存中；(12)重復步驟(11)，直到將閥門開啟過程和關閉過程的全部運行路徑都存入內存為止；(13)對存入內存的閥門數據進行修正處理，去除不平穩點和錯誤點；(14)將處理后的數據保存入非易失可讀寫存儲器中。所述步驟(3)中所述的沖擊電流的調節時間控制在Oms到500ms之間。本發明的方法中，按照每檔中所對應流量調節P、I、D控制參數，使得每檔中P、I、 D此三參數都能對檔位內各點流速平穩控制；將調節好的各檔參數通過線性擬合的方式平滑過渡。以下結合附圖對本發明的實現方法進一步詳細說明。圖1中100進入微處理系統的工程模式；110選擇對閥門特征曲線進行校準、繪制；120設定閥門開度；130同時監測流量傳感器流量；140比較流量監測傳感器所監測到的流量與閥門開度(PWM或DA)值，判斷二者對應關系是否建立，若建立則將對應關系的數據一同存入內存中；重復上述操作，直到將閥門開啟過程和關閉過程的全部運行路徑都保存起來為止。150對存入的閥門數據進行修正處理，去除不平穩點和錯誤點；160將處理后的數據保存入非易失可讀寫存儲器中，以備后用。200準備進行流量PID控制將控制流量按流速高低分成若干檔，檔位個數根據控制器的切換時間和微處理器性能而定，最少分檔為2檔，最多分檔為N，N根據控制需要確定，一般N大于10，效果會隨著N的增加而提升；210監測每檔輸出流量，判斷流量是否小于10LPM220若輸出流量小于10LPM，則進行推撫控制，即對從OLPM流量建立到所需流量的起始時刻添加一個可調節的短時間沖擊大電流，利用此短時大電流將比例閥中閥芯沖開。 此沖擊電流的推撫時間控制在Oms到500ms之間，具體取值時間根據各個廠家的比例閥特性而定，附圖中作為一個實施例，設定推撫時間為0. 125ms-10ms。進行推撫控制時，檢測是否在控制起始時刻有超調現象。如果有超調現象，在3-6LPM任意控制流速情況下，調節推撫控制時間，直到超調現象消失為止。對調節好后的0-10LPM情況下的推撫控制進行檢測， 各點是否都滿足要求，不滿足要求重新調節推撫時間。然后進行下述步驟230 ；若輸出流量大于等于10LPM，則直接進行步驟230 ；230進入流量PID控制利用閥門前端或后端流量傳感器與比例閥構成閉環反饋系統；240監測流量傳感器流量；250利用位置式PID控制系統對比例閥閉環反饋系統進行調節，通過調節位置式 PID控制系統的P、I、D三個參數計算出反饋控制流速；260判斷是否需要調節閥門，若不需要，則返回繼續執行步驟MO ；270若需要調節閥門，則查詢步驟160中存儲在存儲器內對應的比例閥開口曲線所對應的流速值；280根據對應值確定比例閥開口大小，控制閥門動作；然后返回步驟M0，繼續通過流量傳感器監測循環反饋，直到流量控制結束。
權利要求
1.麻醉機、呼吸機比例閥流量推撫控制方法，其特征在于，包括以下步驟(1)將比例閥開口控制曲線所對應的流量值存入微控制器中的可讀寫存儲器；(2)將控制流量按流速高低分成至少2檔；(3)監測每檔輸出流量，若輸出流量小于10LPM，則對每次從OLPM流量建立到所需流量的起始時刻添加一個可調節的短時間沖擊大電流，利用此短時大電流將比例閥中閥芯沖開，然后進行步驟；若輸出流量大于等于10LPM，則直接進行步驟；(4)利用閥門前端或后端流量傳感器與比例閥構成閉環反饋系統，監測流量傳感器流量，利用位置式PID控制系統對比例閥閉環反饋系統進行調節；(5)通過調節位置式PID控制系統的P、I、D三個參數計算出反饋控制流速；(6)通過查詢存儲器內對應的比例閥開口曲線所對應的流速值，確定比例閥開口大小， 然后繼續通過流量傳感器監測循環反饋；(7)重復步驟(4)到(6)，直到流量控制結束。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟(1)進一步包括(11)首先在微處理系統的工程模式中對閥門特征曲線進行繪制，將流量監測傳感器所監測到的流量與閥門開度值一同存入內存中；(12)重復步驟(11)，直到將閥門開啟過程和關閉過程的全部運行路徑都存入內存為止；(13)對存入內存的閥門數據進行修正處理，去除不平穩點和錯誤點；(14)將處理后的數據保存入非易失可讀寫存儲器中。
3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于步驟(3)中所述的沖擊電流的調節時間控制在Oms到500ms之間。
4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于按照所述每檔中所對應流量調節P、I、D 控制參數，使得每檔中P、I、D此三參數都能對檔位內各點流速平穩控制；將調節好的各檔參數通過線性擬合的方式平滑過渡。
全文摘要
麻醉機、呼吸機比例閥流量推撫控制方法，將比例閥開口控制曲線所對應的流量值存入控制器中的可讀寫存儲器，利用流量傳感器和比例閥構成PID控制系統，通過調節PID控制參數計算出反饋控制流速，通過查詢存儲器內對應的比例閥開口曲線所對應的流速值，確定比例閥開口大小，通過流量傳感器監測循環反饋；為不同所需控制流量分檔設定PID控制參數，各檔參數通過線性擬合的方式平滑過渡；在10LPM以下的小流量控制中，對每次從0LPM流量建立到所需流量的起始時刻添加一個可調節的短時間大電流沖擊，利用此短時大電流將比例閥中閥芯沖開，實現比例閥快速調節。
文檔編號A61M16/00GK102346493SQ20101024332
公開日2012年2月8日 申請日期2010年8月3日 優先權日2010年8月3日
發明者刁俊 申請人:北京航天長峰股份有限公司