人工心臟泵控制策略研究.pdf

1、碩士學(xué)位論文碩士學(xué)位論文論文題目論文題目：人工心臟泵控制策略研究英文題目英文題目：ArtificialHeartPumpControlStrategiesResearch學(xué)位類學(xué)位類別：工學(xué)碩士研究生姓研究生姓名：劉木學(xué)號(hào)學(xué)號(hào)：2014023060學(xué)科學(xué)科(領(lǐng)域領(lǐng)域)名稱名稱：控制科學(xué)與工程指導(dǎo)教指導(dǎo)教師：劉慧博職稱職稱：副教授協(xié)助指導(dǎo)教協(xié)助指導(dǎo)教師：師：職稱：職稱：二〇一七年六月二日分類號(hào)：分類號(hào)：TP391TP391密級(jí)：級(jí)：公開公

2、開UDC：學(xué)校代碼：學(xué)校代碼：1012710127內(nèi)蒙古科技大學(xué)碩士學(xué)位論文I摘要在物質(zhì)生活日益豐富的今天，心血管類疾病也日漸蔓延，其中心力衰竭是最為嚴(yán)重的一類。治療晚期心衰最有效的方法就是心臟移植或心室輔助。鑒于自然心臟供體數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其需求量，各類心室輔助裝置得以快速發(fā)展。本文的研究對(duì)象為北京工業(yè)大學(xué)研制的新一代分體式人工心臟泵，其泵本體被植入升主動(dòng)脈，直接與左心室連通，輔助泵血渠道與自然心臟工作機(jī)制相同，泵動(dòng)力設(shè)備及控制設(shè)備置于體

3、外，通過(guò)磁耦合方式為泵體提供能量。這種分體式設(shè)計(jì)在取消經(jīng)皮導(dǎo)線，減少術(shù)后感染問(wèn)題的同時(shí)，也給控制策略的制定帶來(lái)難度。僅基于泵電機(jī)參數(shù)的恒轉(zhuǎn)速控制策略并不能實(shí)時(shí)滿足人體血液循環(huán)系統(tǒng)灌注需求，結(jié)合生理參數(shù)且不過(guò)度依賴人工心臟泵數(shù)學(xué)模型的智能控制策略才是未來(lái)發(fā)展方向。本文共提出三種人工心臟泵控制策略：基于心率的RBFPD控制、基于心率的RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)滑模變結(jié)構(gòu)控制、基于心室功的搏動(dòng)性輔助控制策略，具體如下：（1）對(duì)人體血液循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行研究。主

4、要包括人體血液循環(huán)機(jī)制，自然心臟工作機(jī)制，找出心率、心動(dòng)周期、心輸出量之間的關(guān)系，建立左心室體動(dòng)脈系統(tǒng)優(yōu)化耦合模型，得到一個(gè)心動(dòng)周期內(nèi)主動(dòng)脈壓力和血流量變化曲線，為人工心臟泵搏動(dòng)性輔助控制策略的制定奠定生理基礎(chǔ)；（2）對(duì)人工心臟泵的研究。主要涉及分體式人工心臟泵在醫(yī)學(xué)理論上的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)及其工作原理，建立人工心臟泵動(dòng)力系統(tǒng)模型，得到動(dòng)力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)方程，通過(guò)實(shí)驗(yàn)方法找出人工心臟泵流體力學(xué)特性，得到泵體出口壓力、流量與人工心臟泵電機(jī)轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系

5、；（3）制定人工心臟泵控制策略。為了實(shí)時(shí)滿足人體血液循環(huán)系統(tǒng)灌注需求，達(dá)到與自然心臟相符的心室輔助水平，人工心臟泵控制策略以心率這一最能反映心臟健康狀態(tài)的生理參數(shù)為給定信號(hào)，實(shí)現(xiàn)以下控制算法設(shè)計(jì)：1）RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PD控制。將有無(wú)限逼近特性的RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的PD控制相結(jié)合，其中PD參數(shù)以向量形式加入到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的控制律中，又根據(jù)Lyapunov穩(wěn)定性定律針對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)權(quán)值設(shè)計(jì)自適應(yīng)律，實(shí)現(xiàn)對(duì)人工心臟泵未知函數(shù)部分的自適應(yīng)逼近。此法