大間隙永磁軸流式血泵速度控制研究.pdf

1、血泵作為人工心臟的核心部件，最主要的功能是代替自然心臟完成泵血功能，因此血泵驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與控制方法的研究，是人工心臟走向臨床應(yīng)用所要面臨的首要問(wèn)題。
　　在血泵的大間隙磁力驅(qū)動(dòng)技術(shù)應(yīng)用研究方面，血泵的轉(zhuǎn)速與機(jī)體的生理狀態(tài)有著直接的對(duì)應(yīng)關(guān)系，是系統(tǒng)首要的控制目標(biāo)參數(shù)。而目前對(duì)血泵的速度控制策略缺乏較為深入的研究，血泵啟動(dòng)過(guò)程的穩(wěn)定性、調(diào)速響應(yīng)的快速性以及運(yùn)行過(guò)程的平穩(wěn)性等均有待提高。此外，系統(tǒng)還存在能量利用率低、發(fā)熱嚴(yán)重及驅(qū)動(dòng)裝置笨重等

2、問(wèn)題，且對(duì)系統(tǒng)的控制參數(shù)（通電電流、脈沖頻率、驅(qū)動(dòng)程序）、性能參數(shù)（驅(qū)動(dòng)力矩、負(fù)載功率）以及輸出狀態(tài)參數(shù)（血泵轉(zhuǎn)速、流量、壓力）等之間的相互作用規(guī)律缺乏較為系統(tǒng)的研究。
　　本文以實(shí)現(xiàn)血泵快速、平穩(wěn)的調(diào)速響應(yīng)和可靠、安全的運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控為目標(biāo)，通過(guò)對(duì)系統(tǒng)電磁驅(qū)動(dòng)性能、能量損耗以及矩頻-矩角特性等基礎(chǔ)科學(xué)問(wèn)題的研究，提出血泵調(diào)速及穩(wěn)定運(yùn)行過(guò)程的速度控制方法，并實(shí)現(xiàn)了血泵輸出狀態(tài)的閉環(huán)控制，為血泵自適應(yīng)控制系統(tǒng)的建立提供參考。
　

3、　論文的主要研究?jī)?nèi)容及結(jié)論:
　　1、設(shè)計(jì)血泵電磁驅(qū)動(dòng)閉環(huán)控制系統(tǒng)
　　根據(jù)人體生理模式基本調(diào)節(jié)機(jī)制，針對(duì)不同生理狀況（不同血壓）下所對(duì)應(yīng)的不同心臟搏血量，設(shè)計(jì)軸流式血泵的磁力驅(qū)動(dòng)閉環(huán)控制系統(tǒng)，以血泵輸出流量為反饋控制參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了滿足不同血壓（不同的血泵出口壓力）下血泵出口流量的自動(dòng)調(diào)節(jié)。
　　2、建立電磁驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)能量損耗計(jì)算模型
　　針對(duì)系統(tǒng)中的渦流損耗、磁滯損耗和銅損等幾種主要能量損耗形式，建立血泵電磁驅(qū)動(dòng)系

4、統(tǒng)能量損耗數(shù)學(xué)模型;仿真研究不同鐵芯形狀對(duì)電磁體鐵損耗的影響規(guī)律，結(jié)果表面鐵芯形狀對(duì)磁滯損耗影響不大，而當(dāng)鐵芯形狀不對(duì)稱(chēng)時(shí)，對(duì)渦流損耗影響約為5％。
　　3、基于矩角特性提出最大驅(qū)動(dòng)力矩磁極狀態(tài)控制方法
　　根據(jù)驅(qū)動(dòng)電路電壓-電流方程，建立電磁驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的矩頻-矩角特性數(shù)學(xué)模型，研究通電電流隨脈沖頻率的變化規(guī)律，通過(guò)數(shù)值計(jì)算和實(shí)驗(yàn)，得出能使血泵獲得最大磁驅(qū)動(dòng)力矩的電磁體磁極狀態(tài)切換偏移角計(jì)算公式，提出磁極狀態(tài)控制方法。

5、　　4、基于矩頻特性提出最小能耗血泵啟動(dòng)電流控制方法
　　基于矩頻特性和能量損耗模型，提出最小能耗血泵啟動(dòng)過(guò)程電流控制方法，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了小電流遞增啟動(dòng)方法的可行性;從啟動(dòng)響應(yīng)的快速性出發(fā)，提出了基于血泵啟動(dòng)過(guò)程動(dòng)力學(xué)模型的速度控制方法，通過(guò)實(shí)驗(yàn)，血泵能在2s內(nèi)達(dá)到額定輸出功率，驗(yàn)證了控制方法的有效性。
　　5、提出血泵恒功率輸出控制方法
　　針對(duì)血泵穩(wěn)速運(yùn)行過(guò)程，提出不同耦合距離下血泵恒功率輸出控制方法，能根據(jù)磁極耦合距