利用模糊控制算法進行麻醉呼吸機壓力控制的方法
【專利摘要】一種利用模糊控制算法進行麻醉呼吸機壓力控制的方法，包括：首先選取一部分R值、C值作為定位點；在每個R、C值定位點上分別進行PID控制參數(shù)調(diào)節(jié)；根據(jù)每個R、C值和與其對應的PID參數(shù)的對應關系，按照模糊數(shù)學原理建立隸屬函數(shù)，并為隸屬函數(shù)的每個論域分檔；根據(jù)分檔情況制定模糊規(guī)則和決策方法，根據(jù)制定的模糊規(guī)則和決策方法編寫出相應模糊控制算法；根據(jù)該模糊控制算法，對R、C取值范圍內(nèi)未被設為定位點的R、C值所對應的PID參數(shù)，進行自動計算；利用計算所得的PID參數(shù)對整個壓力控制系統(tǒng)進行壓力反饋控制。
【專利說明】
利用模糊控制算法進行麻醉呼吸機壓力控制的方法
技術(shù)領域
[0001]本發(fā)明提供了一種用于實現(xiàn)麻醉機和呼吸機的高性能、高精度壓力控制通氣方式，屬于醫(yī)療設備制造技術(shù)領域。
【背景技術(shù)】
[0002]在麻醉機和呼吸機控制中需要對某些特殊病人進行壓力控制通氣。傳統(tǒng)方式采用壓力PID控制直接對患者進行壓力控制，此種方法優(yōu)點是，算法實現(xiàn)簡單，在使用高性能處理器情況下所實現(xiàn)的PID壓力控制可用于絕大多數(shù)特殊病變患者。缺點是，對于不同病變的患者其自身的R、C值不同，利用傳統(tǒng)的壓力控制方式單純根據(jù)監(jiān)測到的壓力對整個系統(tǒng)進行控制無法很好地適應各種R、C下的壓力變化，容易出現(xiàn)通氣不足或超調(diào)現(xiàn)象，對病人產(chǎn)生嚴重危害，而且要實現(xiàn)高性能的控制，適用更多的R、C值患者，需要采用高性能的處理器進行實時控制處理，硬件成本高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于為了能在麻醉機和呼吸機中有效地對不同R、C情況下的患者進行合理的壓力通氣，提出了一種利用模糊控制算法進行麻醉呼吸機壓力控制的方法。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0005]利用模糊控制算法進行麻醉呼吸機壓力控制的方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0006](I)在 R = I ?100cmH20/L/s，C = I ?100mL/cmH20 的取值范圍內(nèi)，選取一部分R值、C值作為定位點；
[0007](2)在每個R、C值定位點上分別進行PID控制參數(shù)調(diào)節(jié)，并記錄每個R、C值與調(diào)節(jié)獲得的P參數(shù)、I參數(shù)、D參數(shù)的對應關系；
[0008](3)根據(jù)每個R、C值和與其對應的P參數(shù)、I參數(shù)、D參數(shù)的對應關系，按照模糊數(shù)學原理建立隸屬函數(shù)，并為隸屬函數(shù)的每個論域分檔；
[0009](4)根據(jù)分檔情況制定模糊規(guī)則和決策方法，根據(jù)制定的模糊規(guī)則和決策方法，及隸屬函數(shù)和論域分檔，編寫出相應模糊控制算法；
[0010](5)根據(jù)該模糊控制算法，對R、C取值范圍內(nèi)未被設為定位點的R、C值所對應的P參數(shù)、I參數(shù)、D參數(shù)，進行自動計算；
[0011](6)利用計算所得的PID參數(shù)對整個壓力控制系統(tǒng)進行壓力反饋控制。
[0012]上述方法中，步驟(I)中所述R值、C值定位點，是根據(jù)統(tǒng)計算法，選取統(tǒng)計圖中出現(xiàn)概率最多的R、C值作為定位點。
[0013]上述方法中，步驟(2)中所述的PID控制參數(shù)調(diào)節(jié)，是對于每對R、C值，進行壓力控制PID算法中的P、1、D參數(shù)進行調(diào)節(jié)，直到輸出壓力無超調(diào)為止，記錄下此時的P、1、D參數(shù)和對應的R、C值。
[0014]上述方法中，步驟(5)中利用模糊控制算法進行PID控制參數(shù)自動計算，其計算時刻為每次呼氣狀態(tài)到吸氣狀態(tài)切換時刻。
[0015]上述方法中，步驟(6)中對壓力控制系統(tǒng)進行壓力反饋控制的反饋控制周期為I?1ms內(nèi)任意一種固定值。
[0016]本發(fā)明對不同R、C情況下的壓力控制參數(shù)分別進行調(diào)節(jié)，通過模糊控制算法將不同的R、C值對應的PID參數(shù)平滑連接起來，以實現(xiàn)在各種R、C值情況下能有效的降低超調(diào)現(xiàn)象和通氣不足現(xiàn)象，有效解決了不同R、C情況下的患者進行合理的壓力通氣問題，可用于低硬件成本的麻醉機和呼吸機實現(xiàn)高性能的壓力通氣控制。
【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明的實現(xiàn)過程框圖。
【具體實施方式】
[0018]如圖1所示，本發(fā)明的控制方法如下:
[0019]在R = I?100cmH20/L/s，C = I?100mL/cmH20的取值范圍內(nèi)，根據(jù)大量收集統(tǒng)計的患者R、C值分布資料，選取N個出現(xiàn)概率最高的R、C值作為定位點，N大于10 ;
[0020]調(diào)節(jié)出這N個R、C值對應的PID控制參數(shù)；
[0021]根據(jù)這N個R、C值所對應的PID控制參數(shù)的特征，制定出相應的模糊控制算法；
[0022]根據(jù)制定出的模糊控制算法，計算R、C取值范圍內(nèi)其他的R、C對應的PID控制參數(shù)，并對模糊控制算法進行修正，以滿足不同R、C值的需要；
[0023]修正好后控制算法，利用麻醉機和呼吸機中壓力傳感器對患者進行壓力反饋控制。
[0024]本發(fā)明具體實現(xiàn)方式如下:
[0025]步驟1、在R = I?100cmH20/L/s，C = I?100mL/cmH20的取值范圍內(nèi)，通過統(tǒng)計算法，對不同病人的R、C分布進行統(tǒng)計，根據(jù)統(tǒng)計結(jié)果確定R、C定位點。舉例說明:通過獲取正常的成人、正常的兒童、正常的新生兒、病變的成人、病變的兒童、病變的新生兒等多種不同病征下患者的R、C值，對這些R、C值進行分布統(tǒng)計，計算出統(tǒng)計圖譜，按照統(tǒng)計圖譜，將統(tǒng)計圖中出現(xiàn)概率最多的R、C值作為定位點。
[0026]步驟2、在每個R、C定位點上分別調(diào)節(jié)各自的PID控制參數(shù)。比如:在R = 5，C =50情況下，對壓力控制PID算法中的P、1、D參數(shù)進行調(diào)節(jié)，直到輸出壓力無超調(diào)為止，記錄下此時的P、1、D參數(shù)和R、C值，按此方法對其他R、C值點作相同工作。
[0027]步驟3、對各自的PID控制參數(shù)進行分析，選取P參數(shù)、I參數(shù)、D參數(shù)與R、C值的對應關系。比如:根據(jù)上述步驟2中調(diào)整出來的各個R、C值情況下的PID參數(shù)的特性，對PID三參數(shù)，進行分類處理，查出關聯(lián)關系。
[0028]步驟4、對三個控制參數(shù)和R、C定位點之間的關系按照模糊數(shù)學原理建立隸屬函數(shù)。
[0029]步驟5、根據(jù)模糊數(shù)學中的隸屬函數(shù)為每個論域分檔。
[0030]步驟6、根據(jù)分檔情況制定模糊規(guī)則和決策方法。
[0031]步驟7、根據(jù)規(guī)則、決策、隸屬函數(shù)和論域分檔編寫出相應模糊控制算法，對R、C取值范圍內(nèi)中未被定位的R、C值所對應的P參數(shù)、I參數(shù)、D參數(shù)，進行自動計算，PID控制參數(shù)利用模糊數(shù)學計算時刻為每次呼氣狀態(tài)到吸氣狀態(tài)切換時刻。
[0032]步驟8、利用此PID參數(shù)對整個壓力控制系統(tǒng)進行壓力反饋控制控制。反饋控制周期為I?1ms內(nèi)任意一種固定值，在此時間范圍內(nèi)控制效果最佳。
【主權(quán)項】
1.利用模糊控制算法進行麻醉呼吸機壓力控制的方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)在R= I?100cmH20/L/s，C = I?100mL/cmH20的取值范圍內(nèi)，選取一部分R值、C值作為定位點； (2)在每個R、C值定位點上分別進行PID控制參數(shù)調(diào)節(jié)，并記錄每個R、C值與調(diào)節(jié)獲得的P參數(shù)、I參數(shù)、D參數(shù)的對應關系； (3)根據(jù)每個R、C值和與其對應的P參數(shù)、I參數(shù)、D參數(shù)的對應關系，按照模糊數(shù)學原理建立隸屬函數(shù)，并為隸屬函數(shù)的每個論域分檔； (4)根據(jù)分檔情況制定模糊規(guī)則和決策方法，根據(jù)制定的模糊規(guī)則和決策方法，及隸屬函數(shù)和論域分檔，編寫出相應模糊控制算法； (5)根據(jù)該模糊控制算法，對R、C取值范圍內(nèi)未被設為定位點的R、C值所對應的P參數(shù)、I參數(shù)、D參數(shù)，進行自動計算； (6)利用計算所得的PID參數(shù)對整個壓力控制系統(tǒng)進行壓力反饋控制。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用模糊控制算法進行麻醉呼吸機壓力控制的方法，其特征在于:步驟(I)中所述R值、C值定位點，是根據(jù)統(tǒng)計算法，選取統(tǒng)計圖中出現(xiàn)概率最多的R、C值作為定位點。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用模糊控制算法進行麻醉呼吸機壓力控制的方法，其特征在于:步驟(2)中所述的PID控制參數(shù)調(diào)節(jié)，是對于每個R、C值，進行壓力控制PID算法中的P、1、D參數(shù)進行調(diào)節(jié)，直到輸出壓力無超調(diào)為止，記錄下此時的P、1、D參數(shù)和對應的R、C值。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用模糊控制算法進行麻醉呼吸機壓力控制的方法，其特征在于:步驟(5)中利用模糊控制算法進行PID控制參數(shù)自動計算，其計算時刻為每次呼氣狀態(tài)到吸氣狀態(tài)切換時刻。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用模糊控制算法進行麻醉呼吸機壓力控制的方法，其特征在于:步驟(6)中對壓力控制系統(tǒng)進行壓力反饋控制的反饋控制周期為I?1ms內(nèi)任意一種固定值。
【文檔編號】G05D16/20GK105892290SQ201410785336
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2014年12月16日
【發(fā)明人】刁俊
【申請人】北京航天長峰股份有限公司