膀胱动力泵排尿动力特性分析及模拟实验研究

论文摘要

膀胱动力泵是一种用于辅助神经源性膀胱患者排尿的医疗装置,对膀胱动力泵的理论模型、特性分析和模拟实验等方面的研究是设计用于临床试验的膀胱动力泵的基础。为此,本文以设计出结构合理的膀胱动力泵为主要目标,对膀胱动力泵进行了数学建模、驱动特性和排尿动力特性的仿真分析、控制和结构参数优化以及泵特性模拟实验等方面研究。主要的研究内容如下：1、采用等效磁荷法建立了膀胱动力泵电磁驱动单元的数学模型；基于膀胱动力泵的结构、辅助排尿原理及流体力学理论建立了泵全程排尿期数学模型。本文所建立的等效磁荷模型与有限元模型相比具有建模简便、计算效率高、对泵特性分析方便等优点。2、利用建立的膀胱动力泵数学模型,在Matlab软件平台上分析了电流、气隙、永磁体数量、永磁体间距等参数对膀胱动力泵驱动特性和排尿动力特性的影响规律。3、采用正交试验设计法研究了控制参数和主要结构参数对膀胱动力泵排尿动力特性的影响,得到了电流、气隙、永磁体数量及永磁体间距等参数对平均尿流率和最大膀胱压两个性能指标的主次顺序影响关系和最优的参数组合,最终实现了对膀胱动力泵的参数优化设计目标。4、通过模拟实验,验证了利用所建立的膀胱动力泵数学模型进行泵特性分析的正确性,同时验证了利用正交试验法进行参数优化设计的正确性。本文研究成果,不仅完善了膀胱动力泵的理论模型,而且为以后膀胱动力泵的改进设计提供了参考依据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• CONTENTS
• 第一章 绪论
• 1.1 课题来源
• 1.2 课题背景及意义
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 电磁驱动技术研究
• 1.3.2 正交试验设计研究
• 1.3.3 膀胱动力泵研究现状
• 1.4 膀胱动力泵研究存在的问题
• 1.5 论文的主要研究内容
• 第二章 膀胱动力泵结构和工作原理
• 2.1 膀胱结构及排尿机理
• 2.2 容积式液压泵结构及工作原理
• 2.3 膀胱动力泵
• 2.3.1 膀胱动力泵结构及工作原理
• 2.3.2 膀胱动力泵的参数
• 2.3.3 膀胱动力泵性能指标
• 2.4 小结
• 第三章 膀胱动力泵建模
• 3.1 膀胱动力泵电磁驱动单元数学模型
• 3.1.1 等效磁荷法
• 3.1.2 电磁驱动单元数学模型
• 3.2 膀胱动力泵全程排尿期数学建模
• 3.3 小结
• 第四章 膀胱动力泵驱动特性及排尿特性分析
• 4.1 初始驱动特性仿真分析
• 4.1.1 等效磁荷法数学模型的验证
• 4.1.2 初始状态下电磁驱动特性影响因素分析
• 4.2 膀胱动力泵排尿动力特性仿真分析
• 4.2.1 I对排尿动力特性的影响
• 4.2.2 n对排尿动力特性的影响
• 4.2.3 δ对排尿动力特性的影响
• 4.2.4 d对排尿动力特性的影响
• 4.2.5 lem对排尿动力特性影响
• 4.2.6 lpm对排尿动力特性影响
• 4.2.7 n和d对Vm的影响
• 4.2.8 影响分析小结
• 4.3 小结
• 第五章 膀胱动力泵参数正交优化设计
• 5.1 正交实验法简介
• 5.2 膀胱动力泵的正交试验设计
• 5.2.1 优化目标的确定
• 5.2.2 优化参数的确定
• 5.2.3 参数范围的选取
• 5.2.4 实验方案的提出
• 5.3 膀胱动力泵正交试验结果处理
• 5.3.1 极差分析
• 5.3.2 性能指标与因素关系趋势图
• 5.3.3 方差分析及验证
• 5.4 小结
• 第六章 膀胱动力泵排尿动力特性试验研究
• 6.1 膀胱动力泵模拟实验系统
• 6.1.1 膀胱动力泵模拟实验系统原理
• 6.1.2 泌尿系统模拟单元
• 6.1.3 测控系统单元
• 6.2 膀胱动力泵模拟实验
• 6.2.1 I对排尿动力特性影响
• 6.2.2 d对排尿动力特性影响
• 6.2.3 δ对排尿动力特性影响
• 6.2.4 n对排尿动力特性影响
• 6.2.5 影响分析小结
• 6.3 泵性能仿真分析实验验证
• 6.4 泵参数优化设计实验验证
• 6.5 小结
• 总结和展望
• 1. 总结
• 2. 展望
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的论文
• 致谢