闭环控制与现代机械通气

公元前3世纪,古希腊科学家Ktesibios发明了一种用于调节水钟内液平面的装置,他的这项发明至今仍在广泛应用,Ktesibios被誉为"闭环控制" (closed-loop control)理论之父.同样在公元前200年,中国古代工匠制造的指南车也应用了闭环控制原理.但在此后的一千多年内,闭环控制技术却未得到实质性的发展.直至近代,尤其是在第二次世界大战期间,闭环控制技术得到飞速发展,并且广泛应用于各种武器系统如军用飞机自动导航系统、火炮射击控制系统等.

闭环机械通气控制技术应用及前景展望

阐述了闭环控制、闭环机械通气控制系统的概念,分析了闭环机械通气控制应用于呼吸机的必要性。介绍了闭环通气控制技术的发展及几种典型的闭环控制通气模式,最后对闭环机械通气控制系统的发展趋势进行了展望。

自动闭环机械通气控制器的设计

目的:设计一种自动闭环机械通气控制器,为改变临床机械通气治疗过程中,通气参数依靠医生个人经验判断进行设定的现状。方法:针对闭环控制系统要求,设计两个闭环控制子系统:维持呼气末二氧化碳(PETCO2)浓度的PETCO2控制系统和调节呼吸弹性的呼气末正压(PEEP)控制系统。PETCO2控制系统既可以独立工作也能够与PEEP控制系统联合工作。结果:实现了患者PETCO2和呼吸弹性水平的闭环自动控制。结论:自动闭环机械通气控制器可在维持必要通气的基础上,降低呼吸弹性,提高了临床呼吸治疗效果和质量。

考虑制动间隙的电子机械制动系统三阶闭环PID控制策略

考虑制动间隙,分析电子机械制动(electro-mechanical brake,EMB)系统的控制策略,研究EMB系统从制动开始到制动结束的控制方法,建立包含制动间隙控制在内的EMB执行器比例积分微分(proportional integral differential,PID)控制策略,在Matlab/Simulink中进行仿真,改变EMB控制系统输入端的目标夹紧力,观察有无制动间隙时EMB系统夹紧力和电机转速的变化。仿真结果表明:该控制策略能提高EMB的响应速度和控制精度,尽快消除制动间隙,满足预期要求。

机械臂电液伺服系统双闭环稳定性控制方法研究

机械臂电液伺服系统是一种可控大功率输出、响应速度快的机电液控制系统,针对工业机械臂大功率高负载工况下机械臂电液伺服系统稳定性下降的问题,在机械臂电液伺服系统结构基础上,构建了电液伺服系统的扩张状态观测器,利用窗口平移检测稳定性分析方法分析其稳定性,采用数模结合的双闭环控制方法,通过内环模拟流量控制、外环数字速度控制来提升电液伺服系统的稳定性,最后在机械臂电液伺服系统实验平台对控制方法进行验证,通过分析实验数据,验证了所设计的双闭环稳定性控制方法能够快速提高电液伺服系统的稳定性和响应速度。

呼吸机系统定标误差对机械通气性能影响的分析及质量控制

目的:测试呼吸机系统定标误差对于临床机械通气参数的影响,并分析其相关安全性。方法:基于呼吸机的系统定标原理,采用气体分析仪对产生定标误差的呼吸机进行机械通气性能检测,分析机械通气参数与系统定标误差的相关性。结果:呼吸机系统定标所产生的压降值升高与顺应性降低误差会使机械通气潮气量、平均气道压及呼气末正压(PEEP)值等参数受到影响,是不安全因素。结论:呼吸机使用前的系统定标是呼吸机质量监测与控制的重要环节,坚持技术规范,将系统定标误差控制在限定范围中,保障呼吸机在临床应用机械通气过程中更加安全、准确和高效。

基于气动比例控制的新型分布式模块化机械通气系统

机械通气是利用呼吸机协助病人呼吸,维持病人氧合,为原发病治疗争取时间的一种重要医疗手段,特别是在危重症新冠肺炎患者的救治过程中发挥了不可替代的作用。然而,由于感染人数巨大,呼吸机短缺,大量患者因没有接受呼吸机治疗而导致死亡。在分析了现有呼吸机工作原理的基础上,提出了一种基于气动比例控制的新型分布式模块化机械通气系统,构建了基于比例阀和电磁阀的模块化机械通气单元;在此基础上,构建了整个系统的数学模型,搭建了系统的实验平台,实现了对输出气流和压力的比例控制;此外,采用人工模拟肺在不同通气模式下进行了实验研究,结果表明,该系统不仅能实现现有呼吸机的常用通气模式,而且针对不同患者的通气需求,能够实现各个通气单元的单独控制,互不干扰,有望解决重大疫情灾害下呼吸机短缺问题。

智能闭环给药系统在新型冠状病毒感染重型患者机械通气时辅助目标镇静和镇痛中的应用体会

目的总结麻醉深度监测智能闭环给药系统(简称智能给药系统)在新型冠状病毒感染(简称新冠感染)重型患者机械通气时实施辅助目标镇静和镇痛的应用经验。方法对新冠感染ICU中接受治疗的3例新冠感染重型患者,使用基于小波分析指数麻醉深度监测下的计算机智能给药系统,通过多闭环反馈调控静脉药物输注,观察并记录患者使用智能给药系统目标镇静和镇痛前,以及维持目标镇静和镇痛6、12 h时的氧合指数、气道峰压值、平均动脉压(MAP)、心率、动脉血乳酸水平变化情况,记录目标镇静和镇痛前、维持目标镇静和镇痛12 h时的肺超声评分(LUS)。结果3例患者机械通气中使用智能给药系统维持目标镇静和镇痛时间均>12 h。与目标镇静和镇痛前比较,3例患者维持目标镇静和镇痛6、12 h时,MAP和心率呈不同程度下降,但仍维持在安全水平;维持目标镇静和镇痛12 h时,病例2和病例3的氧合指数有所增高,病例1略降低;3例患者目标镇静和镇痛6、12 h时气道峰压值相对稳定;病例1和2目标镇静和镇痛6、12 h时动脉血乳酸水平相对稳定,病例3略升高。3例患者使用智能给药系统维持目标镇静和镇痛后的LUS与目标镇静和镇痛前均无变化。结论对需要接受机械通气治疗的新冠感染重型患者,智能给药系统能提供稳定的长时间静脉麻醉维持,为麻醉科医师参与新冠感染重型患者的救治提供了思路。

体位变换通气系统建模仿真与控制算法研究

在简单介绍体位变换机械通气原理的基础上,针对智能呼吸保健椅机械结构设计的复杂性。为保运动的稳定性,重点研究了临床试验设备的机械结构和智能控制算法,并进行了建模仿真研究。提出滑杆驱动式智能呼吸保健椅机械结构方案,利用ADAMS仿真软件建立方案的动力学仿真模型,并进行模型验证和仿真研究;设计了综合专家知识和PID控制理论的专家PID控制器,利用ADAMS和MATLAB的联合仿真能力对控制算法进行仿真研究。仿真结果表明,智能呼吸保健椅不仅具有一般摇椅的自然摇动功能,还能实现电机驱动控制下的目标动作,并且打滑幅度较小,说明机械方案的可行性,同时联合仿真结果表明了专家知识PID控制器的快速精确控制能力。

位置伺服系统的闭环离散学习控制

针对位置伺服系统的干摩擦 ,齿轮间隙等非线性影响 ,提出了一种闭环离散学习控制方法 ,给出了该方法的控制结构及收敛性条件。将该方法应用于一种双拇指型机械手的单关节位置控制 ,设计了基于 80 98单片机的机械手位置伺服系统闭环离散学习控制器。实验结果表明 ,在经过数次迭代学习后 。

非线性系统开闭环PD型迭代学习控制及其在机器人中的应用

针对一类非线性时变系统的迭代学习控制问题提出了一种开闭环PD型迭代学习控制律 .这种迭代律同时利用系统当前的跟踪误差和前次迭代控制的跟踪误差修正控制作用 ,即在开环迭代学习控制的基础上引入一反馈环形成反馈 前馈迭代学习控制律 ,提高系统的跟踪性能 .文中给出了使此迭代学习算法收敛的充分条件和必要条件 .最后 。

片状脆性材料拾放机械手控制系统设计与实现

针对质子交换膜燃料电池(PEMFC)膜电极的制备,提出一种用于拾放片状脆性材料的五自由度机械手,并重点研究其控制系统的设计与实现。为满足膜电极制造工艺中提出的精确力/位控制、精确对位和快速拾放的控制要求,提出基于运动模式切换和力/位双闭环控制策略,基于视觉对准的视觉纠姿系统和基于速度、加速度前馈的位置控制方法。这些控制策略和方法已成功运用于片状脆性材料拾放机械手的控制系统中,控制效果良好,亦可推广到集成电路(IC)制造装备等其他领域。

闭环麻醉药物输注系统在麻醉管理中的应用研究进展

闭环麻醉是一种集成了监测和控制功能的先进麻醉技术,旨在实现对患者机械通气、麻醉深度、药物输注、体温监测等围手术期方面的实时监测和调节,以提高麻醉的安全性和有效性[1]。其中,闭环麻醉药物输注系统是其重要组成部分。将闭环概念整合到围手术期中有重大意义。

运载车智能装卸机械的控制系统研究

该文分析了双缸同步系统的速度控制问题 ,并提出了硬件与软件相结合的解决措施 ,应用于运载车智能装卸系统中 。

智能机械通风控制系统的实现和应用

系统采用计算机网络控制技术、智能技术,自动控制粮仓通风设备启停和粮仓门窗的开关。依据《储粮机械通风技术规程》和相关智能通风策略对粮仓进行通风,达到降温通风、降水通风和调质通风等目的,有效控制粮仓的储粮环境和粮食品质,从而达到绿色安全储粮的目的。

高精度MEMS硅谐振压力传感器闭环控制系统

硅谐振压力传感器因其数字频率信号输出和高精度的特点,被广泛应用于航空航天、工业控制等领域。硅谐振压力传感器的闭环控制系统决定硅谐振压力传感器的性能指标,系统的稳定性分析和参数优化则是谐振传感器的研究难点。基于系统状态方程从理论上推导了控制策略,提出系统稳定性判定依据。利用Simulink仿真搭建系统模型,并通过电路测试验证。结果表明,在满足稳定性判据的条件下,研制的硅谐振压力传感器基频为42 kHz,品质因数为30 000。在量程范围为3~130 kPa、温度为-55~85℃时,该谐振压力传感器的精度高达0.01%F.S.,实现了恒幅控制与实时频率跟踪。

快速控制反射镜系统中的传递函数辨识

提出一种传递函数辨识方法。该方法使用非线性最小二乘曲线拟合法,结合控制对象的传递函数模型选取参数初始值,针对不同的频率特性分段拟合。使用该方法可以将复杂的控制系统频率特性转化为高精度的传递函数。在系统的中低频段内获得幅频±1dB和相频±1°的传递函数辨识精度。由此设计的数字补偿器有效补偿了机械谐振带来的影响,扩宽了控制系统的闭环带宽。传递函数辨识方法摆脱了数字补偿器设计依赖手工调试的状况,并可以提供复杂的数字补偿器以得到高性能的控制系统。

遥控工程机械液压系统设计方法研究

遥控工程机械的应用将会越来越多 ,本文阐述了遥控液压工程机械的基本原理 ,根据液压工程机械的结构特点 ,提出了在同一台车辆上 ,既能满足遥控又能满足手控的液压回路 ,以及采用开关量或比例量控制行驶和工作装置的液压系统设计方法。

三相力矩电机闭环调速系统

以满足力矩电机的机械特性要求为前提,将运算放大器与集成触发器融为一体,构成对晶闸管的控制,通过测速电机反馈信号,对主回路进行脉冲移相输出控制,构成一个闭环的三相力矩电机调速系统。