一种血液净化仪多蠕动泵模糊控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及医疗器械技术领域，尤其是设及一种血液净化仪多蠕动累模糊控制方 法。
【背景技术】
[0002] 血液净化设备用途是血液净化治疗，相应的精度要求和安全系数远比普通医疗设 备要求高，需要考虑众多关键参数来实现精度和安全。公知的血液净化设备一般只考虑超 滤率指标，采用单个称重传感器来反馈实际超滤率，存在只控制单个参数且精度不够高的 缺陷。
[0003] 中国专利CN202682434U公开了一种血液净化用蠕动累控制系统，设及一种血液 透析机部件，包括控制电路和电机驱动电路，所述控制电路的输出端连接所述电机驱动电 路的输入端，所述控制电路的第一输入端连接位置传感器的信号输出端，所述控制电路的 第二输入端连接角速度传感器的信号输出端，本实用新型能够快速调节蠕动累的转动速 度，使得蠕动累转动的速度稳定，使用时不易出现回流现象，由于保持蠕动累的转速稳定， 减小了蠕动累的损耗，提高了蠕动累的寿命，另外，本实用新型还具有无污染、精度高、密 封性好等优点。但是该专利未考虑血液净化仪存在多个蠕动累的情况。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于模糊PID 的血液净化仪多蠕动累模糊控制方法，将模糊控制和PID控制结合，同时对多个蠕动累进 行控制，综合考虑各参数的关系，对各参数的误差分别进行控制，最后综合系统误差，可W 大大提高各蠕动累的控制精度。
[0005] 本发明的目的可W通过W下技术方案来实现：
[0006] 一种血液净化仪多蠕动累模糊控制方法包括：
[0007] 步骤S1 ;采集血液净化仪中废液袋、透析液袋、补液袋的重量变化值；
[000引步骤S2 ;控制任务分配模块根据废液累、透析液累和补液累的流量设定值、超滤 率设定值W及步骤S1中=个重量变化值对应获得=个累的流量累积误差W及超滤率的流 量累积误差，废液累、透析液累和补液累均为蠕动累；
[0009] 步骤S3 ;模糊控制器将步骤S2中四个流量累积误差按照相应隶属函数获取其属 于模糊子集的隶属度，取隶属度最大的模糊子集作为模糊化结果，并根据模糊规则进行模 糊推理得到=个累对应的模糊流量补偿值所属的模糊子集和=个累对应的PID控制器指 示变量所属的模糊子集，对模糊流量补偿值和PID控制器指示变量所属的模糊子集进行解 模糊得到=个累的模糊流量补偿值和PID控制器指示变量；
[0010] 步骤S4;控制任务分配模块将步骤S3中PID控制器指示变量与=个累的流量累 积误差相乘后的数值输入至PID控制器；
[0011] 步骤S5 ;PID控制器根据控制任务分配模块步骤S4的输入，输出对应的PID流量 补偿值；
[0012] 步骤S6 个累的流量设定值减去模糊流量补偿值后与PID流量补偿值相加获取 对应的目标流量值，流量转电压模块将目标流量值转换为各累所需的电压值；
[0013] 步骤S7 个累的电机驱动模块接收各自累所需的电压值后驱动各自累。
[0014] 所述步骤S2中废液累、透析液累和补液累的流量累积误差却p、eDp、e,p满足W下公 式：
[00巧]
(0
[0016] 其中，Qpp、Qdp、Qw分别表示废液累、透析液累和补液累的流量设定值，AWpp、AWdp、 AWw分别表示时间t内废液累、透析液累和补液累的重量变化值，Ppp、PDP、Pw分别表示 废液袋、透析液袋、补液袋中液体密度；
[0017] 所述超滤率的流量累积误差eeuu满足W下公式：
[00化]ecLiu=/{QCLIU-(AWdp/PDP+AWrp/PRP-AWfp/PFP)A}化似
[0019] 其中，Qgliu表示超滤率设定值。
[0020] 所述步骤S2中流量累积误差和模糊流量补偿值对应的模糊子集均包括5个，即； 负大化、负小NS、正常醒、正小PS和正大化；
[0021] 所述步骤S3中PID控制器指示变量对应的模糊子集包括3个，即；关闭Close、半 开Semi和全开化en。
[002引所述流量累积误差对应的负大化、负小NS、正小PS和正大化采用梯形隶属函数， 所述正常醒采用两个Sigmoid型隶属函数之差组成的隶属函数。
[0023] 所述模糊流量补偿值对应的负大化和正大化采用梯形隶属函数，模糊流量补偿 值对应的负小NS和正小PS采用S角形隶属函数，模糊流量补偿值对应的正常NM采用两个 Sigmoid型隶属函数之差组成的隶属函数。
[0024] 所述PID控制器指示变量对应的关闭Close、半开Semi和全开化en采用=角形隶 属函数。
[0025] 所述步骤S3中模糊规则包括：
[0026] 1)当超滤率的流量累积误差为正常M，根据累的流量累积误差分别对相应的模 糊流量补偿值进行判断输出，同时输出相应的PID控制器指示变量；
[0027]。当超滤率的流量累积误差为负大化、负小NS、正小PS或正大PL，仅对废液累和 补液累的模糊流量补偿值进行判断输出。
[0028] 在模糊规则1)中，当累的流量累积误差为正常醒，则输出对应的PID控制器指示 变量为全开化en，PID控制器仅采用比例单元输出PID流量补偿值；
[0029] 当累的流量累积误差为负大化或正大化，则输出对应的PID控制器指示变量为关 闭Close,PID控制器同时采用比例单元、积分单元和微分单元输出PID流量补偿值；
[0030] 当累的流量累积误差为负小NS或正小PS，则输出对应的PID控制器指示变量为半 开Semi,PID控制器同时采用比例单元、积分单元和微分单元输出PID流量补偿值。
[0031] 所述步骤S3中采用最大隶属度平均值法进行解模糊。
[0032] 所述PID控制器的控制规律满足W下公式：
[0033]
C3)
[0034]其中，AQpid.fp、AQpid.dp、AQpid.kp分别表示废液累、透析液累和补液累的PID流量 补偿值，Kp表示比例系数，KI表示积分系数，KD表示微分系数，e'PP、e'DP、e'w分别表示PID 控制器指示变量与废液累、透析液累和补液累的流量累积误差相乘后的数值。
[0035] 与现有技术相比，本发明具有W下优点：
[0036] 1)现有的血液净化仪设备采用单个称重传感器来反馈实际超滤率，没有对多个蠕 动累联合综合控制，存在只控制单个参数且精度不够高的缺陷，本发明方法将传统的一个 称重传感器，增加到=个，分别跟踪废液累、透析液累、补液累输出流量的变化，从而保证血 液净化仪的测量精度。
[0037]。本发明方法将模糊控制和PID控制结合，综合考虑各参数的关系，对各参数的 误差分别进行控制，最后综合系统误差，可W大大提高各蠕动累的控制精度，并且可消除了 误差随治疗时间加长而产生的时间累加效应。
[003引3)本发明结构简单，易于实现，适于对血液净化仪的多个蠕动累进行控制，具有较 强的实际意义和广阔的应用前景。
【附图说明】
[0039] 图1为本发明方法流程示意图；
[0040] 图2为本发明中血液净化仪的结构示意图；
[0041]图3为模糊化单元中流量累积值所对应的各模糊子集隶属函数；
[0042] 图4为解模糊单元中模糊流量补偿值对应的各模糊子集隶属函数；
[0043] 图5为PID输出控制变量对应的各模糊子集隶属函数。
[0044] 图中：1、控制任务分配模块，2、模糊控制器，3、PID控制器，4、流量转电压模块，5、 第一数据采集模块，6、电机驱动模块，7、蠕动累，8、称重传感器，9、第二数据采集模块，10、 废液累，11、透析液累，12、补液累，13、透析器，14、血液回路，15、废液袋，16、透析液袋，17、 补液袋，21、模糊规则单元，22、模糊化单元，23、模糊推理机，24、解模糊单元。
【具体实施方式】
[0045] 下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例W本发明技术方案 为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于 下述的实施例。
[0046]本发明为解决在研制国产血液净化仪的过程中发现的问题而提出一种血液净化 仪多蠕动累模糊控制方法，如图2所示，血液净化仪中包括废液累10(简称FP)、透析液累 11(简称DP)、补液累12(简称RP)、血累和透析器13,血液回路14上的血累驱动人体血液 经透析器13进行血液净化后回到人体，废液累10设于透析器13上，透析器13膜外的液体 由废液累10驱动流入废液袋15,透析液累11设于透析器13上，透析液袋16液体由透析液 累11流入透析器13膜外，补液累12设于透析器13入口处的血液回路14上，补液袋17液 体由补液累12流入血液回路14,其中废液累10、透析液累11、补液累12均为蠕动累7。如 图1所示，在上述血液净化仪中设置控制任务分配模块1、模糊控制器2、PID控制器3、流量 转电压模块4、与FP、DP、RP对应的S个电机驱动模块6W及与废液袋15、透析液袋16、补 液袋17对应的=个称重传感器8,模糊控制器2包括模糊化单元22、模糊推理机23、解模糊 单元24和用于提供模糊规则的模糊规则单元21，如图1所示，血液净化仪多蠕动累模糊控 制方法包括：
[0047] 步骤S1;通过=个称重传感器8采集血液净化仪中时间t内废液袋15、透析液袋 16、补液袋17的重量变化值AWpp、AWdp、AWkp，并由第二数据采集模块9(例如NI6008DAQ 数据采集卡