本文關(guān)鍵詞：家用呼吸機中無刷直流電機控制器的設(shè)計與實現(xiàn)

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【摘要】：呼吸機作為一種能夠控制或代替人體呼吸的設(shè)備,已經(jīng)普遍應(yīng)用于呼吸衰竭、呼吸道疾病和復蘇急救等治療中,在現(xiàn)代醫(yī)療領(lǐng)域有著十分重要的地位。在十三五發(fā)展規(guī)劃中,將高性能無創(chuàng)呼吸機列為國家重點工程項目。現(xiàn)代家用便攜式呼吸機采用氣動電控方式,以風機轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的氣流為氣源,調(diào)節(jié)氣壓閥,控制通氣的壓力和流量,因此對電機控制理論的研究十分重要。本課題的主要內(nèi)容是設(shè)計一款控制精度高、運行穩(wěn)定、調(diào)節(jié)快速且故障保護功能完善的無刷直流電機控制器,應(yīng)用于智能家用呼吸機項目,設(shè)計內(nèi)容主要分為以下幾個部分：首先,根據(jù)無刷直流電機的發(fā)展歷程以及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀,綜合呼吸機研制要求提出了總體設(shè)計方案。通過分析無刷直流電機的基本內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其運行原理,以整體建模思想構(gòu)建無刷直流電機的數(shù)學模型,對電機的工作特性進行理論分析。在此基礎(chǔ)之上,結(jié)合模糊控制原理提出自適應(yīng)整定的模糊PID控制策略,以提高電機的動態(tài)性能。其次,根據(jù)功能設(shè)計需求,以STM32F103為核心完成硬件電路設(shè)計,實現(xiàn)霍爾信號檢測、功率驅(qū)動、全橋逆變、過流保護、電壓與溫度監(jiān)測、能耗制動及故障報警等功能�？刂破饕許TM32F103的接口定時器捕獲霍爾信號,并通過高級定時器的PWM互補輸出功能驅(qū)動全橋電路逆變導通,實現(xiàn)電機母線換相導通。在降速調(diào)節(jié)時,能耗制動電路以電能消耗掉的方式將負載的慣性動能轉(zhuǎn)化為熱能,實現(xiàn)快速降速制動。再次,在硬件平臺上設(shè)計了系統(tǒng)的軟件程序,實現(xiàn)換相、轉(zhuǎn)速測量、速度調(diào)節(jié)、數(shù)字濾波以及通信等功能。通過接口定時器的捕獲值與定時器計數(shù)頻率計算出電機轉(zhuǎn)速,并通過自適應(yīng)模糊PID控制方式對偏差進行調(diào)節(jié)。控制器通過保護與監(jiān)測電路,周期性地對系統(tǒng)狀態(tài)進行監(jiān)測,保證電機的穩(wěn)定運行,也為呼吸機的安全使用提供了保障。電機母線電流的采樣信號以低通濾波算法進行濾波處理,然后通過滑動窗口求取平均值的算法計算平均電流,并做過流保護。最后,對設(shè)計的控制器進行控制精度、控制效率以及呼吸機整機等測試實驗。實驗表明控制器具有良好的調(diào)節(jié)效果,達到設(shè)計要求。
【學位授予單位】：山東大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TH789;TM33

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1 邱建琪,史涔n，

本文編號：1236473