利用模糊控制算法进行麻醉呼吸机压力控制的方法
【专利摘要】一种利用模糊控制算法进行麻醉呼吸机压力控制的方法，包括：首先选取一部分R值、C值作为定位点；在每个R、C值定位点上分别进行PID控制参数调节；根据每个R、C值和与其对应的PID参数的对应关系，按照模糊数学原理建立隶属函数，并为隶属函数的每个论域分档；根据分档情况制定模糊规则和决策方法，根据制定的模糊规则和决策方法编写出相应模糊控制算法；根据该模糊控制算法，对R、C取值范围内未被设为定位点的R、C值所对应的PID参数，进行自动计算；利用计算所得的PID参数对整个压力控制系统进行压力反馈控制。
【专利说明】
利用模糊控制算法进行麻醉呼吸机压力控制的方法
技术领域
[0001]本发明提供了一种用于实现麻醉机和呼吸机的高性能、高精度压力控制通气方式，属于医疗设备制造技术领域。
【背景技术】
[0002]在麻醉机和呼吸机控制中需要对某些特殊病人进行压力控制通气。传统方式采用压力PID控制直接对患者进行压力控制，此种方法优点是，算法实现简单，在使用高性能处理器情况下所实现的PID压力控制可用于绝大多数特殊病变患者。缺点是，对于不同病变的患者其自身的R、C值不同，利用传统的压力控制方式单纯根据监测到的压力对整个系统进行控制无法很好地适应各种R、C下的压力变化，容易出现通气不足或超调现象，对病人产生严重危害，而且要实现高性能的控制，适用更多的R、C值患者，需要采用高性能的处理器进行实时控制处理，硬件成本高。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于为了能在麻醉机和呼吸机中有效地对不同R、C情况下的患者进行合理的压力通气，提出了一种利用模糊控制算法进行麻醉呼吸机压力控制的方法。
[0004]本发明的技术方案如下:
[0005]利用模糊控制算法进行麻醉呼吸机压力控制的方法，其特征在于，包括以下步骤:
[0006](I)在 R = I ?100cmH20/L/s，C = I ?100mL/cmH20 的取值范围内，选取一部分R值、C值作为定位点；
[0007](2)在每个R、C值定位点上分别进行PID控制参数调节，并记录每个R、C值与调节获得的P参数、I参数、D参数的对应关系；
[0008](3)根据每个R、C值和与其对应的P参数、I参数、D参数的对应关系，按照模糊数学原理建立隶属函数，并为隶属函数的每个论域分档；
[0009](4)根据分档情况制定模糊规则和决策方法，根据制定的模糊规则和决策方法，及隶属函数和论域分档，编写出相应模糊控制算法；
[0010](5)根据该模糊控制算法，对R、C取值范围内未被设为定位点的R、C值所对应的P参数、I参数、D参数，进行自动计算；
[0011](6)利用计算所得的PID参数对整个压力控制系统进行压力反馈控制。
[0012]上述方法中，步骤(I)中所述R值、C值定位点，是根据统计算法，选取统计图中出现概率最多的R、C值作为定位点。
[0013]上述方法中，步骤(2)中所述的PID控制参数调节，是对于每对R、C值，进行压力控制PID算法中的P、1、D参数进行调节，直到输出压力无超调为止，记录下此时的P、1、D参数和对应的R、C值。
[0014]上述方法中，步骤(5)中利用模糊控制算法进行PID控制参数自动计算，其计算时刻为每次呼气状态到吸气状态切换时刻。
[0015]上述方法中，步骤(6)中对压力控制系统进行压力反馈控制的反馈控制周期为I?1ms内任意一种固定值。
[0016]本发明对不同R、C情况下的压力控制参数分别进行调节，通过模糊控制算法将不同的R、C值对应的PID参数平滑连接起来，以实现在各种R、C值情况下能有效的降低超调现象和通气不足现象，有效解决了不同R、C情况下的患者进行合理的压力通气问题，可用于低硬件成本的麻醉机和呼吸机实现高性能的压力通气控制。
【附图说明】
[0017]图1为本发明的实现过程框图。
【具体实施方式】
[0018]如图1所示，本发明的控制方法如下:
[0019]在R = I?100cmH20/L/s，C = I?100mL/cmH20的取值范围内，根据大量收集统计的患者R、C值分布资料，选取N个出现概率最高的R、C值作为定位点，N大于10 ;
[0020]调节出这N个R、C值对应的PID控制参数；
[0021]根据这N个R、C值所对应的PID控制参数的特征，制定出相应的模糊控制算法；
[0022]根据制定出的模糊控制算法，计算R、C取值范围内其他的R、C对应的PID控制参数，并对模糊控制算法进行修正，以满足不同R、C值的需要；
[0023]修正好后控制算法，利用麻醉机和呼吸机中压力传感器对患者进行压力反馈控制。
[0024]本发明具体实现方式如下:
[0025]步骤1、在R = I?100cmH20/L/s，C = I?100mL/cmH20的取值范围内，通过统计算法，对不同病人的R、C分布进行统计，根据统计结果确定R、C定位点。举例说明:通过获取正常的成人、正常的儿童、正常的新生儿、病变的成人、病变的儿童、病变的新生儿等多种不同病征下患者的R、C值，对这些R、C值进行分布统计，计算出统计图谱，按照统计图谱，将统计图中出现概率最多的R、C值作为定位点。
[0026]步骤2、在每个R、C定位点上分别调节各自的PID控制参数。比如:在R = 5，C =50情况下，对压力控制PID算法中的P、1、D参数进行调节，直到输出压力无超调为止，记录下此时的P、1、D参数和R、C值，按此方法对其他R、C值点作相同工作。
[0027]步骤3、对各自的PID控制参数进行分析，选取P参数、I参数、D参数与R、C值的对应关系。比如:根据上述步骤2中调整出来的各个R、C值情况下的PID参数的特性，对PID三参数，进行分类处理，查出关联关系。
[0028]步骤4、对三个控制参数和R、C定位点之间的关系按照模糊数学原理建立隶属函数。
[0029]步骤5、根据模糊数学中的隶属函数为每个论域分档。
[0030]步骤6、根据分档情况制定模糊规则和决策方法。
[0031]步骤7、根据规则、决策、隶属函数和论域分档编写出相应模糊控制算法，对R、C取值范围内中未被定位的R、C值所对应的P参数、I参数、D参数，进行自动计算，PID控制参数利用模糊数学计算时刻为每次呼气状态到吸气状态切换时刻。
[0032]步骤8、利用此PID参数对整个压力控制系统进行压力反馈控制控制。反馈控制周期为I?1ms内任意一种固定值，在此时间范围内控制效果最佳。
【主权项】
1.利用模糊控制算法进行麻醉呼吸机压力控制的方法，其特征在于，包括以下步骤: (1)在R= I?100cmH20/L/s，C = I?100mL/cmH20的取值范围内，选取一部分R值、C值作为定位点； (2)在每个R、C值定位点上分别进行PID控制参数调节，并记录每个R、C值与调节获得的P参数、I参数、D参数的对应关系； (3)根据每个R、C值和与其对应的P参数、I参数、D参数的对应关系，按照模糊数学原理建立隶属函数，并为隶属函数的每个论域分档； (4)根据分档情况制定模糊规则和决策方法，根据制定的模糊规则和决策方法，及隶属函数和论域分档，编写出相应模糊控制算法； (5)根据该模糊控制算法，对R、C取值范围内未被设为定位点的R、C值所对应的P参数、I参数、D参数，进行自动计算； (6)利用计算所得的PID参数对整个压力控制系统进行压力反馈控制。2.根据权利要求1所述的利用模糊控制算法进行麻醉呼吸机压力控制的方法，其特征在于:步骤(I)中所述R值、C值定位点，是根据统计算法，选取统计图中出现概率最多的R、C值作为定位点。3.根据权利要求1所述的利用模糊控制算法进行麻醉呼吸机压力控制的方法，其特征在于:步骤(2)中所述的PID控制参数调节，是对于每个R、C值，进行压力控制PID算法中的P、1、D参数进行调节，直到输出压力无超调为止，记录下此时的P、1、D参数和对应的R、C值。4.根据权利要求1所述的利用模糊控制算法进行麻醉呼吸机压力控制的方法，其特征在于:步骤(5)中利用模糊控制算法进行PID控制参数自动计算，其计算时刻为每次呼气状态到吸气状态切换时刻。5.根据权利要求1所述的利用模糊控制算法进行麻醉呼吸机压力控制的方法，其特征在于:步骤(6)中对压力控制系统进行压力反馈控制的反馈控制周期为I?1ms内任意一种固定值。
【文档编号】G05D16/20GK105892290SQ201410785336
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2014年12月16日
【发明人】刁俊
【申请人】北京航天长峰股份有限公司