微待电机2013年第41卷第7期
设计分新
左心室辅助装置控制系统的建模与仿真
王芳群,王志宾,吴雯?,邡根,温太阳
(江苏大学,江苏镇江212013)
摘要:提出一种采用无刷直流电动机设计的左心室辅助装置,通过对自然心脏的搏动规律的分析进行建模
仿真。先采用传统PD控制,获得速度环的偏差、偏差变化率以及转速的数据,然后将这些数据在 MATLAB的自适
应神经模糊工具箱进行训练来设计模糊控制器。结果表明:训练后得到的模糊控制器要比传统PID控制器设计简
单,控制响应速度快,鲁棒性好。
关键词:无刷直流电动机;自适应神经模糊系统;模糊控制器;响应速度
中图分类号:TM381;TM33文献标识码:A文章编号:1004-7018(2013)07-0015-03
Model and Simulation of Control System of the Left Ventricular Assist Device
WANG Fang-qun, WANG Zhi-bin, WU Wen-jue, HAO Gen, WEN Tai-yang
Jiangsu University, Zhenjiang 212013, China)
Abstract: The left ventricular assist device adopting the brushless DC motor was designed. The model built on the ba-
sis of the throbbing regular analysis of the natural heart was simulated with the traditional PID control to get the data of the
speed dev ation, the deviation rate of the speed and the speed in the feedback of the speed. Then these data are input into
the adaptive neural fuzzy oolb x in MATLAB for raining o de n he fuzzy controller. The results show that the design of
the trained fuzzy controller is simpler than the rai ional PD controller, the response speed is faster and the robustness is
better
Key words rushless DC motor; adaptive neural fuzzy inference system(ANFIS); fuzzy controller; response speed
0引言
心辅助装置的控制系统也向智能化发展。常见的智
能控制系统有专家控制、模糊控制、神经网络控制
近年来,左心室辅助装置广泛用于心脏衰竭患等,其中模糊控制和神经网络控制主要处理不确定
者的治疗中,它可以暂时替代自然心脏维持患者的性、非线性和其他不确定问题,但它们又有所不同,
血液循环以延缓病人的心脏衰竭。左心辅助装置是模糊系统可以根据实际情况抽取不确定数据,根据
将左心房或左心室的血引入辅助泵体,通过控制泵经验制定相应规则,表达性强,但不能根据数据确定
以驱动血液进入主动脉,给病人泵血,作为心脏移植最佳控制规则,需要不断湊试,自适应能力差,其自
前的过渡,达到治疗心脏衰竭的目的。但是,左心辅适应控制难以实现。而神经网络可以根据已有数据王
助装置在速度较低时,会出现主动脉血液通过辅助进行学习,并可以根据已知的误差要求不断调整权:群
装置向左心室回流的现象;另外,在速度较髙时会从值直至达到要求,有很强的自适应学习能力。
心室吸出更多血,使心室崩溃产生胸口疼痛以及心
作者曾采用神经网络方法进行搏动式人工心脏左
肌组织损伤,因此,对装置的旋转速度调整有很高的的仿真,但由于训练数据不能实时采集,得到的电流『蜜
要求,以避免上述现象的发生。由于要植人体内,左波形不太理想,因此,本文将模糊逻辑与神经网络适!
心辅助装置需要做得很小,而无刷直流电动机由于当结合起来,建立仿真模型,采用 MATLAB的自适装
置
其高效率、转速范围宽等优点,特别是其体积可以做应神经模糊推理系统的图形界面编辑器设计控制
得小,正好符合当今左心辅助装置的发展趋势,因器,根据实时采集的数据进行训练得到 ANFIS控制制
此,本文釆用无刷直流电动机作为左心辅助装置。器,以提高控制系统的转速响应性能。
另外,随着无刷直流电动机最新控制理论的发展,左
1无刷直流电动机的数学模型
统的建模与
收稿日期:2012-11-27
如今左心辅助装置主要是旋转叶轮式血泵,可货
基金项目:国家白然科学基金项目(30900289
大致分为离心泵、轴流泵和混流泵。本文以轴流泵
江苏高校优势学科建设工嵇资助项目
江苏省高校自然科学研究项目(09KIB310003
作为控制对象,泵体采用无刷直流电动机,可以实现
江苏大学高级人才启用基金项目(08JDC023
体积小、重量轻,而且控制方便。其模型如图1所示。15
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