左心室辅助装置磁悬浮转子模糊控制算法的研究

摘要

左心室辅助装置主要用来辅助人体的左心室泵血，以维持人体机体正常的生理血液循环。左心室辅助装置血泵转子工作状态是左心室辅助装置稳定工作的关键，也是泵血血流量满足生理需要的关键，因而对转子的控制问题就成为一个非常重要的研究内容。本文使用传统 PID控制左心室辅助装置血泵转子，在建立转子系统的数学模型的基础上，对它进行了PID控制仿真，取得了比较好的效果，但是，因为左心室辅助装置是装在人体上的，就会受到各种环境因素的影响，如血液是一个飞流的流体，使得我们实际建立的系统模型应是一种非线性系统，数学模型就不能完全的表达转子实际系统的性能特点。当加上一些干扰或者非线性环节的时候，PID控制就达不到控制效果。
　　本文将比较热门的模糊控制理论应用到左心室辅助装置转子的控制研究中，其控制系统属于非线性系统，数学模型难以确定，随携带者的动作容易发生变化，血泵结构具有不稳定性、易受干扰和非线性等特点，工作环境稳定性要求非常高。对于一些系统模型难以准确描述的被控对象，模糊控制能够得到很好的应用，只需将那些不确定的因素进行模糊化运算，减少不确定因素对控制系统的影响。本文针对传统 PID控制的不足，提出了应用模糊理论的两种控制设计：第一种是模糊 PID控制算法，针对左心室辅助装置磁悬浮控制系统强非线性复杂结构和系统参数易变等特性，结合模糊控制的优势，改善传统 PID控制方法，使得系统以更快的速度达到稳定状态；第二种基于双因子免疫机制的模糊 PID控制算法，因模糊控制也存在自身的缺点，对于大滞后控制系统，模糊控制就难以达到控制的效果。受人工免疫系统研究的启发，双因子免疫机制对具有时延滞后的控制系统有着很好的调节作用，因而本文设计了双因子免疫调节的模糊 PID控制算法，改进了模糊 PID控制器，提高了左心室辅助装置转子控制的稳定性和可靠性。当控制被控对象出现时延的情况下，采用双因子免疫机制，识别因子迅速识别抗原，促使杀伤因子与相应的侵入抗原作用，杀灭抗原，同时杀伤因子自身也会消亡。减小外界不确定因素对控制效果的影响，可以更好的回到以前的稳定状态。前一种本质上是一种系数自调整的自适应控制算法，后面一种算法是对前面一种算法的改进，使得左心室辅助装置转子控制系统在控制上有更强的抗干扰及抗时延能力。
　　仿真结果表明，所设计的两种模糊控制算法具有较好的实用性、可操作性，对于左心室辅助装置复杂的控制系统在控制精度、静、动态响应（抗时延、抗干扰）方面都能取得较好的效果。

目录

封面

声明

目录

中文摘要

英文摘要

第1章 绪 论

1.1引言

1.2 左心室辅助装置研究及发展

1.3 左心室辅助装置研究的难点

1.4 论文工作与内容介绍

第2章 左心室辅助装置转子控制原理及模糊控制

2.1 左心室辅助装置工作原理

2.2 左心室辅助装置转子单自由度系统模型

2.3 模糊控制

2.4 本章小结

第3章 左心室辅助装置转子模糊PID控制算法设计

3.1左心室辅助装置常规PID控制

3.2模糊PID控制算法

3.3左心室辅助装置模糊PID控制系统仿真

3.4本章小结

第4章 基于双因子免疫调节的左心室辅助装置模糊控制算法

4.1 双因子免疫介绍

4.2 基于双因子免疫的模糊PID控制算法设计

4.3 基于双因子免疫的左心室辅助装置模糊PID控制仿真

4.4 本章小结

第5章 模糊控制在左心室辅助装置中的研究分析

5.1 模糊控制算法总结

5.2 有关进一步研究的思考

参考文献

致谢

附录 攻读学位期间所发表的学术论文