基于模糊PID控制的呼吸机压力控制研究

论文摘要

呼吸机的压力控制是呼吸机控制基础,是呼吸机安全、有效工作的重要保证。本文研究利用模糊PID控制技术控制呼吸机压力,并评估其控制效果。根据常见呼吸机气路结构和压力控制原理,搭建实验平台,以利于控制效果评估。首先,设计实验平台气路,并完成气路的搭建。根据系统要求,设计实验平台硬件电路,实现对压力、流量等信号的检测和电磁阀的控制。编写下位机软件,实现信号检测、传输和控制量的输出。在PC机上编写上位机软件,实现显示、设置、存储、控制等功能。分析模糊控制和PID控制原理,针对呼吸机系统特性,提出模糊PID控制方案。根据PID动态响应特性和呼吸机系统自身特性,设计模糊控制器,利用MATLAB软件模糊控制工具箱仿真并输出控制算法。利用模糊控制器输出,根据系统E(偏差)和EC(偏差变化率)值实时调整PID参数,实现呼吸机压力的模糊PID控制。在实验平台上,选取三个不同的压力段,分别利用传统的PID控制和模糊PID控制,分析两种方法控制下的超调量、控制误差、控制时间和控制稳定性。结果表明,模糊PID控制比传统的PID控制更能有效的抑制超调、减小控制误差,在控制时间上也有一定的优势,模糊PID控制效果明显优于传统的PID控制。模糊PID控制在不同的压力段控制效果都比较稳定,而传统PID控制在不同压力段控制效果相差较大,模糊PID控制鲁棒性好于传统PID。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 呼吸机发展历史
• 1.3 呼吸机控制发展及现状
• 1.4 本课题主要工作
• 第二章 实验平台的设计
• 2.1 实验平台设计要求
• 2.1.1 技术参数
• 2.1.2 显示参数
• 2.1.3 可设置参数
• 2.2 实验平台总体设计
• 2.3 气路设计
• 2.3.1 涡轮风机
• 2.3.2 比例电磁阀
• 2.3.3 模拟肺
• 2.3.4 气路通用性分析
• 2.4 硬件电路的设计
• 2.4.1 压力检测
• 2.4.2 流量检测
• 2.4.3 阀控制电路
• 2.4.4 数字电路部分
• 第三章 系统软件设计
• 3.1 下位机软件设计
• 3.1.1 数据采集模块设计
• 3.1.2 数据发送模块设计
• 3.1.3 控制量输出模块设计
• 3.1.4 数据接收模块设计
• 3.2 上位机软件设计
• 3.2.1 上位机软件总体规划
• 3.2.2 显示模块的设计
• 3.2.3 设置模块的设计
• 3.2.4 存储模块的设计
• 3.2.5 控制模块的设计
• 3.2.6 通讯接口的设计
• 3.2.7 上位机软件运行
• 第四章 模糊PID 控制的设计与实现
• 4.1 PID 控制
• 4.1.1 PID 控制原理
• 4.1.2 数字PID 的实现
• 4.1.3 PID 控制优势及局限
• 4.2 模糊控制
• 4.2.1 模糊控制系统
• 4.2.2 模糊控制器的结构
• 4.2.3 模糊控制优势及局限
• 4.3 控制方案的提出
• 4.3.1 模糊PID 控制策略的确定
• 4.3.2 模糊自适应PID 控制器类型确定
• 4.4 模糊PID 控制器的设计
• 4.4.1 输入参数的模糊化
• 4.4.2 模糊推理规则设计
• 4.4.3 输出量的去模糊输出
• 4.5 模糊推理系统的建立与仿真
• 4.5.1 输入输出的确定
• 4.5.2 隶属函数编辑
• 4.5.3 模糊规则编辑
• 4.5.4 仿真输出
• 第五章 实验结果及结论
• 5.1 实验方案
• 5.2 实验结果
• 5.3 结论
• 第六章 总结与展望
• 参考文献
• 附录Ⅰ常用压力单位换算表
• 附录Ⅱ实验平台电路板实物图
• 附录Ⅲ实验平台实物图
• 攻读学位期间发表文章情况
• 致谢