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人工心脏磁悬浮系统的研发

俞坚才  
【摘要】:目前人工心脏已经发展至第三代,其特点在于采用液力或者磁悬浮机理实现叶轮转子悬浮,磨损小,对血液破坏小,寿命长。其关键技术在于悬浮技术。磁悬浮技术是一种主动控制的悬浮方式,其特点在于悬浮间隙,刚度可控,控制精准,采用传感器采集信号对系统进行闭环控制,但是功耗与发热难以控制。因此,需要对人工心脏磁悬浮技术进行相关开发。 本文对人工心脏磁悬浮技术的相关悬浮机理进行了研究,给出了系统的数学模型,对磁悬浮系统控制方法进行了相关研究,主要内容如下: 第一章,简单介绍了国内外相关研究进展,给出了课题研究的意义及背景,并给出了本文的主要研究内容。 第二章,对人工心脏磁悬浮系统的原理进行了分类,并对磁悬浮机理进行了研究;对人工心脏磁悬浮实验台进行了设计工作,主要设计性能要求,参数选择以及控制电路设计。 第三章,建立磁悬浮系统数学模型,并对系统的能控性、能观测性进行分析,分析系统的稳定性,并建立系统解耦模型。分析得知,系统既是完全能控又是完全能观测的,但是开环不稳定,需要增加闭环反馈控制。 第四章,研究磁悬浮系统的控制方法,对系统最优控制律进行求解;求解系统基于解耦控制算法的经典控制律;并对两种控制方法进行仿真。 第五章,进行了磁悬浮实验,主要进行了磁悬浮系统稳态响应结果与分析与磁悬浮系统阶跃响应结果与分析。将上述实验结果与理论分析进行验证,并进行了磁悬浮系统功耗与发热的测试。


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