瓣膜泵直流無刷電機及其控制系統(tǒng)設計.pdf

1、瓣膜泵是一種軸流型人工心臟,用于左心室輔助,植入在主動脈位置,由于不需要額外的解剖空間,可減少手術中旁路導致的血栓風險。作為瓣膜泵的重要組成部分,驅(qū)動控制系統(tǒng)用于產(chǎn)生符合生理要求的血流,直接影響瓣膜泵的性能和臨床應用。其中,搏動型控制不僅能模仿自然心臟節(jié)律跳動,還有利于對人體主要器官的血液微循環(huán)灌注。為了實現(xiàn)瓣膜泵的搏動流控制,本文設計了瓣膜泵永磁直流無刷電機和驅(qū)動控制系統(tǒng),并對驅(qū)動控制系統(tǒng)進行了仿真和實驗研究。
　　 瓣膜泵采

2、用了機械特性和調(diào)節(jié)特性良好、調(diào)速范圍寬的永磁直流電機。為了滿足瓣膜泵的特殊要求,本文從最大效率點出發(fā),推導電機的各項機械特性參數(shù),并以此為基礎,對人工心臟瓣膜泵和運行參數(shù)實現(xiàn)優(yōu)化設計,以滿足搏動流驅(qū)動的需要。電機主要參數(shù)為:額定輸出功率1W,額定轉(zhuǎn)速8000r/min,電機的外徑為31mm。
　　 基于無刷直流電機的數(shù)學模型的分析,建立了基于Matlab/Simulink的直流無刷電機的仿真模型,并對傳統(tǒng)PID和模糊PID控制器

3、進行了對比研究。結(jié)果分析表明,電機搏動旋轉(zhuǎn)時,模糊PID控制算法具有較強的魯棒性和較快的響應速度。依據(jù)模糊PID控制算法,本文提出了一種能夠模擬自然心臟搏動周期泵血的控制策略:按照自然心臟泵血的流量波形曲線,給定速率信號以控制瓣膜泵轉(zhuǎn)速,從而產(chǎn)生搏動流,周期為0.8s,轉(zhuǎn)速范圍為8000r/min～4000r/min。
　　 在控制方法策略確定的基礎上,本文設計了基于數(shù)字信號處理器TMS320F2812和專用驅(qū)動芯片ML4425

4、無位置傳感器的瓣膜泵新型數(shù)字控制系統(tǒng),重點設計并優(yōu)化了ML4425的外圍器件的參數(shù),軟件系統(tǒng)采用了模塊化思想進行設計,整個系統(tǒng)軟件由主程序和中斷服務程序等組成,完成芯片初始化,A/D轉(zhuǎn)換,位置信號捕獲,PWM信號產(chǎn)生等。
　　 最后,建立了血泵模擬循環(huán)試驗平臺,對瓣膜泵進行博動流實驗,實驗結(jié)果表明,電機最高轉(zhuǎn)速為8023r/min時,對應血流量達到4.79L/min;電機最低轉(zhuǎn)速為4250r/min,對應血流量為2.42L/mi