基于软测量的血液净化仪系统研制及优化

发布时间：2017-11-27 18:30

  本文关键词：基于软测量的血液净化仪系统研制及优化

  更多相关文章： 血液净化 误差分析 蠕动泵 小波滤波 模糊PID 协同控制

【摘要】：本文研制的血液净化设备为综合型血液净化设备,是多种不同功能增强型血液净化设备的融合。血液净化系统一般比较复杂,本文着重研究了称重传感器信号处理与蠕动泵控制。对于称重传感器滤波,普通方法都有一定的延迟;蠕动泵标定的普通方法采用的是线性拟合或低次多项式拟合,有一定的局限性;尚未有蠕动泵随动控制的研究;对多个蠕动泵,现有的控制方法只对单个蠕动泵进行调节,没有相互之间的协同,无法对超滤率实现有效控制。血液净化设备误差的主要类型为随机误差和系统误差,主要存在于称重传感器中。进一步分析发现称重传感器随机误差服从正态分布,可以通过求平均值或者滤波的方法消除;其系统误差类型为不变的系统误差,所以可以对测定值加上一个修正量来消除。对于蠕动泵的标定,为了解决普通方法的局限性问题,本文采用基于神经网络的软测量方法对蠕动泵的标定方法进行了改进,使拟合的曲线既能保持蠕动泵低速运转时控制电压和流量的线性关系,又能保持高速运转时非线性关系的拟合精度。血液净化的某些治疗模式中,需要蠕动泵能随着输入量的变化而变化。本文首先对称重传感器滤波方法进行了改进,用小波滤波算法替代了原有的巴特沃斯滤波器,减小了延迟。随后本文设计了基于PID控制算法的蠕动泵随动控制系统,证明了该系统对无规律变化的输入有很好的跟随效果,使蠕动泵输出流量能以较好的精度跟随输入的变化。最后针对蠕动泵连续工作时无法输出小流量的问题,本文又对随动控制稍作改动,使蠕动泵输出普通工作状态下无法达到的小流量。超滤率也是血液净化设备的一项重要参数,不同的治疗模式对这一参数的要求也不同。本文针对不同要求,分别设计了模糊PID协同控制和双闭环协同控制器。经过对比试验,发现模糊PID控制能够根据超滤率误差协调滤过泵(FP)、透析液泵(DP)和置换液泵(RP),对实时超滤率进行及时的调整,同时又能确保三个泵的流量误差保持在较低水平。而双闭环控制将“人体”重量控制闭环添加到了原来的滤过泵流量控制闭环中,试验证明,该方法能将超滤率累积误差控制在较低水平。这对血液净化治疗具有重要意义。
【学位授予单位】：上海工程技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH789

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本文编号：1232693