軸流式血泵外磁場驅(qū)動及其控制系統(tǒng)研究.pdf

1、血泵輔助循環(huán)是挽救晚期心衰病人的重要手段，目前大多數(shù)血泵仍存在一些技術(shù)問題，如血泵系統(tǒng)的能量傳遞方式、穿皮導(dǎo)線和血泵的控制等，制約血泵的臨床應(yīng)用，影響受體的生活質(zhì)量。血泵的驅(qū)動和控制系統(tǒng)是血泵的重要組成部分，又是解決上述問題的關(guān)鍵。外磁場驅(qū)動軸流式血泵，由于其利用磁場作為血泵的穿皮能量傳遞方式，避免了穿皮導(dǎo)線引起受體的術(shù)后感染，具有重要的理論研究價(jià)值和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。本文以外磁場驅(qū)動軸流式血泵為研究對象，心室功作為血泵輸出的控制目標(biāo)，通過

2、理論分析、設(shè)計(jì)、建模、仿真和實(shí)驗(yàn)研究，建立完整的外磁場驅(qū)動軸流式血泵的驅(qū)動系統(tǒng)和基于生理機(jī)制的控制系統(tǒng)。論文的研究內(nèi)容如下。 針對血泵存在穿皮導(dǎo)線和控制策略方面的問題，基于非接觸穿皮能量傳遞的驅(qū)動方式和多生理信號控制的血泵控制策略，設(shè)計(jì)血泵血泵的驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，提出外磁場驅(qū)動軸流式血泵的驅(qū)動系統(tǒng)和基于生理機(jī)制的控制系統(tǒng)方案。 建立血泵磁力驅(qū)動系統(tǒng)模型，研究不同角度、距離、極對數(shù)對磁力驅(qū)動的磁力線分布和磁力矩的影響規(guī)律

3、，提出磁力驅(qū)動性能最佳的參數(shù)匹配原則。研究磁力驅(qū)動性能，提出解決(或避免)磁力驅(qū)動系統(tǒng)堵轉(zhuǎn)問題的措施。 設(shè)計(jì)電磁執(zhí)行器(EMA)，建立EMA的等效電路和EMA動態(tài)性能分析結(jié)構(gòu)圖，研究EMA的起動特性，提出實(shí)現(xiàn)EMA軟起動的方法。 設(shè)計(jì)雙閉環(huán)PI調(diào)節(jié)的控制系統(tǒng)，建立電流調(diào)節(jié)器、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器、PWM控制器的結(jié)構(gòu)模型、軟測量模型以及EMA與血泵之間的控制模型。設(shè)計(jì)了DSP系統(tǒng)的硬件配置、軟件結(jié)構(gòu)，開發(fā)了基于DSP的血泵控制系統(tǒng)，

4、實(shí)現(xiàn)基于生理機(jī)制控制血泵，并且系統(tǒng)中無硬件傳感器的設(shè)計(jì)思想。 提出基于心室功能的血泵控制策略。根據(jù)Windkessl模擬體循環(huán)模型，建立了升主動脈處包含血液動力學(xué)參數(shù)的壓力和流量方程。以常態(tài)和病態(tài)的生理參數(shù)為變量，采用單因素法對控制目標(biāo)模型進(jìn)行仿真計(jì)算，研究血液動力學(xué)參數(shù)對血泵輸出的影響規(guī)律；結(jié)合臨床表現(xiàn)，提出控制目標(biāo)模型的修正準(zhǔn)則。建立血泵控制系統(tǒng)性能仿真的模型，對EMA的動態(tài)性能和控制性能進(jìn)行仿真。設(shè)計(jì)并制適了驗(yàn)證血泵驅(qū)動性