發(fā)布時間：2020-07-21 22:45

【摘要】：呼吸機是在臨床上使用的一種醫(yī)療急救設備,可取代、支配或改善人的呼吸功能,為病人在呼吸功能不全和呼吸功能衰竭等方面,供給恢復治療和呼吸支持,在呼吸系統(tǒng)疾病等治療中得到了廣泛應用,意義重大。伴隨呼吸機研究技術(shù)的發(fā)展,越來越多前沿的設計方法應用在呼吸機中,呼吸機的功能越來越強大。但同時也出現(xiàn)了很多問題,控制系統(tǒng)傳感器過于繁瑣,各種通氣策略參數(shù)設定復雜,一臺相對前沿的呼吸機價格高達上百萬,加重了醫(yī)院經(jīng)費方面的壓力,而且呼吸機的使用比較緊張時,不能為病人提供即時的呼吸治療。我國的呼吸機自主研發(fā)起步比較晚,國內(nèi)工業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈條規(guī)模小,基礎工業(yè)薄弱,國外大品牌在全球市場進行了獨占經(jīng)營,特別是對于需要長期進行住院治療的患者,給他們的工作和生活帶來了諸多不便。于是設計了一種低成本高、控制精度、攜帶方便的便攜式呼吸機設計方法。設計內(nèi)容主要分為以下幾個部分:首先,對呼吸機控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖和原理框圖進行研究設計,詳述了永磁同步電機矢量控制調(diào)速控制的基本原理。介紹PMSM的歷史背景,結(jié)構(gòu),數(shù)學模型及坐標變換的基本原理,矢量控制技術(shù)的基本原理;重點分析了空間矢量脈寬調(diào)制(SVPWM)的原理和方法。在軟件控制上提出了改進的MTPA控制方法~([67])。然后,對呼吸機用永磁同步電機矢量無位置傳感器矢量控制系統(tǒng)中龍伯格觀測器系統(tǒng)的原理進行了分析和介紹。其次,主要對永磁同步電機矢量控制調(diào)速系統(tǒng)進行了仿真。使用Simulink仿真平臺,得到了較好仿真結(jié)果,驗證調(diào)速系統(tǒng)原理和方法的可行性。最后,介紹了呼吸機用永磁同步電機矢量控制調(diào)速系統(tǒng)的硬件和軟件設計方法,在控制器上采用了ARM-cortex系列單片機,設計了一個以STM32F407R8T6為主控芯片的調(diào)速系統(tǒng),采樣模塊化的設計方法,并對各模塊的硬件電路的設計方法進行了分析,詳述了各個功能部分的軟件的結(jié)構(gòu)和流程,并對關鍵的技術(shù)詳細的闡述。對呼吸機中控制器的參數(shù)要求進行實驗驗證,并對實驗結(jié)果進行分析。
【學位授予單位】：長江大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TH77
【圖文】：

1.4 本課題的研究內(nèi)容本課題以便攜式呼吸機為研究背景，采用永磁同步電機作為研究對象，以轉(zhuǎn)子磁場定向矢量控制及 PID 閉環(huán)控制為主要控制策略，對永磁同步電機進行控制。 主要工作如下：(1)呼吸機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

本課題以便攜式呼吸機為研究背景，采用永磁同步電機作為研究對象，以轉(zhuǎn)子磁場定向矢量控制及 PID 閉環(huán)控制為主要控制策略，對永磁同步電機進行控制。 主要工作如下：(1)呼吸機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖圖 1-1 永磁同步電機結(jié)構(gòu)示意圖Figure 1-1 schematic diagram of permanent magnet synchronous motor呼吸機控制原理框圖

（PMSM）[3]。永磁同步電機轉(zhuǎn)子磁鋼的形狀在設計時會有不同的類型，不同類型的磁鋼使轉(zhuǎn)子里磁場的分布會存在差別，磁場的分別分為梯形波和正弦波兩種類型。當轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)的時候，會在定子上產(chǎn)生不一樣的反電動勢波形，主要分為梯形波和正弦波兩種。在某些專業(yè)術(shù)語中，人們一般稱作定子上反電動勢波形為正弦波的電機為永磁同步電機，稱定子上反電動勢波形為梯形波的電機為無刷直流電機。如下圖 2-1 所示，（a）圖稱為表貼式永磁同步電機，（b）圖稱為嵌入式永磁同步電機，（c）圖稱為內(nèi)置式永磁同步電機。（a）圖又稱為各向同性永磁同步電機或隱極式永磁同步電機，（b）和(c) 圖又稱為各向異性永磁同步電機或凸極式永磁同步電機。主要劃分的依據(jù)是不同類型的電機轉(zhuǎn)子在結(jié)構(gòu)上會不一樣。這樣永磁鐵在轉(zhuǎn)子上的位置會不一樣。于是把永磁鐵在轉(zhuǎn)子表面的電機稱為表貼式永磁同步電機，把永磁鐵嵌在轉(zhuǎn)子上的電機稱為嵌入式永磁同步電機，把永磁鐵在轉(zhuǎn)子里面的電機稱為內(nèi)置式永磁同步電機。(a)圖中轉(zhuǎn)子上的直軸電感 Ld與交軸電感 Lq差別不大，(b)圖和(c)圖 Ld與交軸電感 Lq大小不一樣。其中（b）圖中的電機 Ld<Lq; （c）圖中的電機 Ld>Lq。本文研究的主要是表貼式永磁同步電機[2]。

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本文編號：2764926