Разработка мехатронного клапана выдоха аппарата ИВЛ

СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ 3 1 КЛАПАН ВЫДОХА 9 1.1 История развития аппарата ИВЛ 9 1.2 Анализ конструктивных исполнений клапана выдоха 11 1.3 Конструктивные исполнения современных клапанов выдоха 13 1.4 Электропривод клапана выдоха 16 1.5 Технические средства реализации обратной связи 21 1.6 Выводы по главе 26 2 СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ЭКВ 27 2.1 Одноконтурная и многоконтурная система управления, параболический регулятор 27 2.2 Синтез нечётного регулятора 30 2.3 Выводы по главе 31 ВЫВОДЫ 33 СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ 35

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ 1. Банс Э. Всё началось с «Пульмотора» - История искусственной вентиляции лёгких / Э.Банс – Германия: Dragerwerk AG & Co. KGaA, 2017 – 110 с. 2. Шабуров П.О., Маргацкая Е.А. Электропривод клапана выдоха аппарат искусственной вентиляции лёгких / П.О. Шабуров, Е.А. Маргацкая // Электротехнические системы и комплексы. – 2012 – с. 83-90 3. Что такое ИВЛ, и как она спасает жизни при заражении коронавирусом? [Интернет – источник].URL: https://clck.ru/S7gNA. Дата обращения: 21.11.2020 4. Пат. 6102038 США, A62B9/02. Exhalation valve for mechanical ventilator/ Douglas F. DeVries; Pulmonetic System Inc. - №080327; заявл. 15.05.98, опубл. 15.08.00 5. Маргацкая Е.А. Разработка конструкции и алгоритмов управления электроприводом клапана выдоха аппарата ИВЛ. [Текст]: диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук: 05.09.03/ Маргацкая Елена Александровна; Южно – Уральский государственный университет. – Челябинск, 2015. – 143 с. 6. Фаза-9. [Интернет – источник].URL: http://texnic.ru/medtex/medtex001.htm. Дата обращения 21.11.2020. 7. Гордеев С.А., Маргацкая Е.А. Нечёткий регулятор как средство повышения точности позиционирования и быстродействия в системе управления малыми линейными перемещениями/ С.А. Гордеев, Е.А. Маргацкая // Вестник ЮУрГУ. – 2014 – с. 60-66

Актуальность для науки мехатроники и практики применения: Мехатроника – область науки и техники, основанная на синергетическом объединении узлов точной механики с электронными, электротехническими и компьютерными компонентами, обеспечивающими проектирование и производство модулей, систем, машин и систем с интеллектуальным управлением их функциональными движениями. Таким образом, современный клапан выдоха является мехатронным устройством, так как состоит из электропривода, соединяющего в себе механическую и электрическую части, а также интеллектуальную систему правления. Очевидно, что клапан выдоха должен с высокой точностью отрабатывать требуемые режимы дыхательного цикла, а также важной составляющей такой системой является синхронизация с дыхательным ритмом пациента, когда он пытается дышать самостоятельно. Таким образом, тематика создания клапана выдоха и быстродействующей системы управления им является актуальной как для мехатроники, так и для создания аппаратов ИВЛ, необходимость которых резко возросла с появлением новой коронавирусной инфекцией COVID-19 [3]. Актуальность заключается в том, что в современных клапанах выдоха наибольшее использование получил метод поддержания положительного давления конца выдоха (PEEP – Positive End Expiratory Pressure) – в конце выдоха давление в дыхательных путях не снижается до нулевого уровня, а остается выше атмосферного на некоторую величину, программно установленную врачом. PEEP как опция встраивается в различные режимы работы аппарата ИВЛ и наибольшая эффективность достигается при управлении мембраны клапана выдоха с использованием приводных механизмов. Основные тенденции: развитие интеллектуальный систем управления приводами на основе нейронных сетей, а также усовершенствование конструкции привода клапана выдоха для улучшения переходных характеристик. Обзор литературы: • Маргацкая Е.А. Разработка конструкции и алгоритмов управления электроприводом клапана выдоха аппарата ИВЛ: в диссертации рассмотрены принципы работы аппарата ИВЛ, рассмотрены конструкции клапанов выдоха: было показано, что наличие возвратной пружины ухудшает быстродействие всего клапана выдоха как системы, а таже не позволяет предусмотреть возможность спонтанного дыхания пациента и нет возможности поддержания постоянного заданного давления. Эти проблемы позволяет решить мехатронный клапан выдоха, в основе которой лежит электропривод с датчиками обратной связи по положению штока. Была рассмотрена математическая модель электропривода клапана выдох, которая позволяет решить оптимизационную задачу по подбору размеров элементов ЭКВ. Произведено исследование датчиков положения (датчика Холла и оптического датчика) при различных их формах (в случае датчиков Холла) и различного расположения внутри ЭКВ (в случае оптического датчика). По результатам исследования можно сказать, что датчик Холла имеет линейные выходные характеристики, что облегчает реализацию алгоритмов управления. Оптические датчики имеют линейную выходную характеристику только на определённом участке, но они не чувствительны к электромагнитным помехам в отличие от датчиков Холла.