人工心臟泵控制策略研究.pdf

1、碩士學位論文碩士學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學位類學位類別：工學碩士研究生姓研究生姓名：劉木學號學號：2014023060學科學科(領域領域)名稱名稱：控制科學與工程指導教指導教師：劉慧博職稱職稱：副教授協助指導教協助指導教師：師：職稱：職稱：二〇一七年六月二日分類號：分類號：TP391TP391密級：級：公開公

2、開UDC：學校代碼：學校代碼：1012710127內蒙古科技大學碩士學位論文I摘要在物質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量遠遠小于其需求量，各類心室輔助裝置得以快速發(fā)展。本文的研究對象為北京工業(yè)大學研制的新一代分體式人工心臟泵，其泵本體被植入升主動脈，直接與左心室連通，輔助泵血渠道與自然心臟工作機制相同，泵動力設備及控制設備置于體

3、外，通過磁耦合方式為泵體提供能量。這種分體式設計在取消經皮導線，減少術后感染問題的同時，也給控制策略的制定帶來難度。僅基于泵電機參數的恒轉速控制策略并不能實時滿足人體血液循環(huán)系統(tǒng)灌注需求，結合生理參數且不過度依賴人工心臟泵數學模型的智能控制策略才是未來發(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神經網絡滑模變結構控制、基于心室功的搏動性輔助控制策略，具體如下：（1）對人體血液循環(huán)系統(tǒng)進行研究。主

4、要包括人體血液循環(huán)機制，自然心臟工作機制，找出心率、心動周期、心輸出量之間的關系，建立左心室體動脈系統(tǒng)優(yōu)化耦合模型，得到一個心動周期內主動脈壓力和血流量變化曲線，為人工心臟泵搏動性輔助控制策略的制定奠定生理基礎；（2）對人工心臟泵的研究。主要涉及分體式人工心臟泵在醫(yī)學理論上的結構優(yōu)勢及其工作原理，建立人工心臟泵動力系統(tǒng)模型，得到動力系統(tǒng)動態(tài)方程，通過實驗方法找出人工心臟泵流體力學特性，得到泵體出口壓力、流量與人工心臟泵電機轉速之間的關系

5、；（3）制定人工心臟泵控制策略。為了實時滿足人體血液循環(huán)系統(tǒng)灌注需求，達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)的生理參數為給定信號，實現以下控制算法設計：1）RBF神經網絡PD控制。將有無限逼近特性的RBF神經網絡與實現簡單的PD控制相結合，其中PD參數以向量形式加入到神經網絡的控制律中，又根據Lyapunov穩(wěn)定性定律針對神經網絡權值設計自適應律，實現對人工心臟泵未知函數部分的自適應逼近。此法