本文關(guān)鍵詞：家用呼吸機(jī)中無刷直流電機(jī)控制器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

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【摘要】：呼吸機(jī)作為一種能夠控制或代替人體呼吸的設(shè)備,已經(jīng)普遍應(yīng)用于呼吸衰竭、呼吸道疾病和復(fù)蘇急救等治療中,在現(xiàn)代醫(yī)療領(lǐng)域有著十分重要的地位。在十三五發(fā)展規(guī)劃中,將高性能無創(chuàng)呼吸機(jī)列為國(guó)家重點(diǎn)工程項(xiàng)目�，F(xiàn)代家用便攜式呼吸機(jī)采用氣動(dòng)電控方式,以風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的氣流為氣源,調(diào)節(jié)氣壓閥,控制通氣的壓力和流量,因此對(duì)電機(jī)控制理論的研究十分重要。本課題的主要內(nèi)容是設(shè)計(jì)一款控制精度高、運(yùn)行穩(wěn)定、調(diào)節(jié)快速且故障保護(hù)功能完善的無刷直流電機(jī)控制器,應(yīng)用于智能家用呼吸機(jī)項(xiàng)目,設(shè)計(jì)內(nèi)容主要分為以下幾個(gè)部分：首先,根據(jù)無刷直流電機(jī)的發(fā)展歷程以及國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀,綜合呼吸機(jī)研制要求提出了總體設(shè)計(jì)方案。通過分析無刷直流電機(jī)的基本內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其運(yùn)行原理,以整體建模思想構(gòu)建無刷直流電機(jī)的數(shù)學(xué)模型,對(duì)電機(jī)的工作特性進(jìn)行理論分析。在此基礎(chǔ)之上,結(jié)合模糊控制原理提出自適應(yīng)整定的模糊PID控制策略,以提高電機(jī)的動(dòng)態(tài)性能。其次,根據(jù)功能設(shè)計(jì)需求,以STM32F103為核心完成硬件電路設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)霍爾信號(hào)檢測(cè)、功率驅(qū)動(dòng)、全橋逆變、過流保護(hù)、電壓與溫度監(jiān)測(cè)、能耗制動(dòng)及故障報(bào)警等功能�？刂破饕許TM32F103的接口定時(shí)器捕獲霍爾信號(hào),并通過高級(jí)定時(shí)器的PWM互補(bǔ)輸出功能驅(qū)動(dòng)全橋電路逆變導(dǎo)通,實(shí)現(xiàn)電機(jī)母線換相導(dǎo)通。在降速調(diào)節(jié)時(shí),能耗制動(dòng)電路以電能消耗掉的方式將負(fù)載的慣性動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能,實(shí)現(xiàn)快速降速制動(dòng)。再次,在硬件平臺(tái)上設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的軟件程序,實(shí)現(xiàn)換相、轉(zhuǎn)速測(cè)量、速度調(diào)節(jié)、數(shù)字濾波以及通信等功能。通過接口定時(shí)器的捕獲值與定時(shí)器計(jì)數(shù)頻率計(jì)算出電機(jī)轉(zhuǎn)速,并通過自適應(yīng)模糊PID控制方式對(duì)偏差進(jìn)行調(diào)節(jié)�？刂破魍ㄟ^保護(hù)與監(jiān)測(cè)電路,周期性地對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè),保證電機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行,也為呼吸機(jī)的安全使用提供了保障。電機(jī)母線電流的采樣信號(hào)以低通濾波算法進(jìn)行濾波處理,然后通過滑動(dòng)窗口求取平均值的算法計(jì)算平均電流,并做過流保護(hù)。最后,對(duì)設(shè)計(jì)的控制器進(jìn)行控制精度、控制效率以及呼吸機(jī)整機(jī)等測(cè)試實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)表明控制器具有良好的調(diào)節(jié)效果,達(dá)到設(shè)計(jì)要求。
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TH789;TM33

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1 邱建琪,史涔n，

本文編號(hào)：1236473