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《中南大学》 2006年
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轴流式血泵外磁场驱动及其控制系统研究

徐先懂  
【摘要】: 血泵辅助循环是挽救晚期心衰病人的重要手段,目前大多数血泵仍存在一些技术问题,如血泵系统的能量传递方式、穿皮导线和血泵的控制等,制约血泵的临床应用,影响受体的生活质量。血泵的驱动和控制系统是血泵的重要组成部分,又是解决上述问题的关键。外磁场驱动轴流式血泵,由于其利用磁场作为血泵的穿皮能量传递方式,避免了穿皮导线引起受体的术后感染,具有重要的理论研究价值和实际应用价值。本文以外磁场驱动轴流式血泵为研究对象,心室功作为血泵输出的控制目标,通过理论分析、设计、建模、仿真和实验研究,建立完整的外磁场驱动轴流式血泵的驱动系统和基于生理机制的控制系统。论文的研究内容如下。 针对血泵存在穿皮导线和控制策略方面的问题,基于非接触穿皮能量传递的驱动方式和多生理信号控制的血泵控制策略,设计血泵血泵的驱动系统和控制系统,提出外磁场驱动轴流式血泵的驱动系统和基于生理机制的控制系统方案。 建立血泵磁力驱动系统模型,研究不同角度、距离、极对数对磁力驱动的磁力线分布和磁力矩的影响规律,提出磁力驱动性能最佳的参数匹配原则。研究磁力驱动性能,提出解决(或避免)磁力驱动系统堵转问题的措施。 设计电磁执行器(EMA),建立EMA的等效电路和EMA动态性能分析结构图,研究EMA的起动特性,提出实现EMA软起动的方法。 设计双闭环PI调节的控制系统,建立电流调节器、转速调节器、PWM控制器的结构模型、软测量模型以及EMA与血泵之间的控制模型。设计了DSP系统的硬件配置、软件结构,开发了基于DSP的血泵控制系统,实现基于生理机制控制血泵,并且系统中无硬件传感器的设计思想。 提出基于心室功的血泵控制策略。根据Windkessl模拟体循环模型,建立了升主动脉处包含血液动力学参数的压力和流量方程。以常态和病态的生理参数为变量,采用单因素法对控制目标模型进行仿真计算,研究血液动力学参数对血泵输出的影响规律;结合临床表现,提出控制目标模型的修正准则。 建立血泵控制系统性能仿真的模型,对EMA的动态性能和控制性能进行仿真。设计并制造了验证血泵驱动性能和EMA控制性能的实验系统,实验研究血泵的驱动系统性能和控制系统性能。
【学位授予单位】:中南大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2006
【分类号】:TH789

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1 徐先懂;轴流式血泵外磁场驱动及其控制系统研究[D];中南大学;2006年
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