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随着当代医疗水平的飞速发展,人们对医疗设备的需求也越来越高。呼吸机是治病救人的必备工具,其核心在于控制系统。目前国内大多数呼吸机的控制系统都采用传统比例积分微分(PID)控制算法。由于传统的PID控制算法需要建立精确的线性模型,其输出的压力(流量)波形不够稳定,患者常会感到连续性差,因此需要进行改进。本文采用了模糊PID复合控制算法,并与单片机技术相结合,在呼吸机的压力控制通气(PCV)模式下进行研究,力求为患者带来更舒适的呼吸压力。 本文在分析呼吸机的结构特点、气路原理和通气模式的基础上,完成了气路的搭建,并对硬件电路进行设计;编写了下位机软件,完成对呼吸机压力(流量)检测以及对电磁阀的控制等功能;编写了上位机软件,实现呼吸机的显示、设置和存储等功能。分析了传统PID控制原理和模糊控制原理的优缺点,提出了模糊PID复合控制方案。同时设计了模糊控制器,制定了模糊规则表,并进行了MATLAB仿真。在呼吸机的PCV模式下选取高压段、中压段和低压段,分别对模拟肺进行传统PID控制和模糊PID控制,并且研究了在不同肺顺应性下压力输出波形的响应时间和超调量的变化趋势。通过大量实验结果表明,在模糊PID控制的三段压力作用下,呼吸机不同肺顺应性输出的压力波形比在传统PID控制下的响应时间更快,控制效果更稳定,鲁棒性也有很大的提高。综上所述,模糊PID控制算法能够满足呼吸机的控制需求,并且优于传统PID控制算法。这种模糊PID复合控制器成功高效的应用于呼吸机控制系统中,是当代呼吸机控制的发展趋势。