PEEP阀、PEEP阀的控制方法和含有该PEEP阀的呼吸机与流程

本发明属于呼吸机的peep设计和制造领域，具体涉及peep阀控制方法、peep阀和含有该peep阀的呼吸机。

背景技术：

呼吸机是一种能代替、控制或改变人的正常生理呼吸，增加肺通气量，改善呼吸功能，减轻呼吸功消耗，节约心脏储备能力的装置。呼吸机有多种通气方式，peep(positiveendexpiratorypressure，呼气末正压通气)是其中的一种，它是在间歇正压通气的前提下，使呼气末气道内保持一定压力，在治疗呼吸窘迫综合征、非心源性肺水肿、肺出血时起重要作用。

由于peep阀几乎都是非线性的，所以要实现peep的精确控制，阀的非线性模型非常复杂，所以很多呼吸机的peep控制都是开环控制，这会导致设置值和监测值出现偏差。

请参见附图1，其示出了现有的呼吸机的peep阀的电压压力曲线，从图中可以看出，实际曲线并不是线性关系，特别是在电压比较小时曲线出现很大的拐点，途中的直线为用直线拟合而得到的。

如果不用闭环控制，而采用开环控制，开环控制时会用直线拟合出peep阀的电压—压力直线方程，然后用直线方程近似的代替曲线的方程，这样根据设置的peep，代入直线的方程，算出电压，由于曲线方程和直线方程有偏差，所以就会出现设置值和控制值不相等，特别是peep小于5cmh2o时，非线性特性更明显，有时候误差太大，在临床上带来不少的投诉。

目前对于peep阀的闭环控制的报道较少，并且这些控制方法均存在一些缺陷需要克服。

申请人在先申请cn101468223a公开了一种peep阀的控制方法，主要包括一种提高peep阀的工作精度的方法，包括下列步骤：

步骤1，提供预期的呼气末气道压力值p1；

步骤2，根据所述预期的呼气末气道压力值p1来控制所述peep阀的开度；

步骤3，检测实际的呼气末气道压力值p2；

步骤4，如果p1大于p2，减小所述peep阀的开度，如果p1小于p2，增大所述peep阀的开度；

重复所述步骤2到步骤4，直到获得所述预期的呼气末气道压力值p1。

该申请通过闭环控制来提高精度。在控制中，实时监测peep阀控制的呼气末气道压力值，并将其作为反馈，不断的计算和调整peep阀，使peep阀的输出达到更高的精度。该方法可应用于医疗诊断中的监测和诊断设备，尤其是麻醉机和呼吸机中对peep阀的控制。

使用闭环控制，根据每个呼吸周期后监测的数据，重新调整peep阀的控制，这种方法可以很大的提高peep阀的控制精度。另外，因为仍然使用简单的压力和电流的对应表，简化了peep阀的标定过程，减小了表值的存储空间，也减少了计算时间。

中国专利申请cn104001249a公开了一种呼吸末正压的控制方法及装置，其控制方法具体为：

步骤a：在第i个呼气周期内，获取所述peep呼吸末正压阀的第一检测值，在第i+1个呼气周期内，获取所述peep呼吸末正压阀的第二检测值；

步骤b：将所述第一检测值与所述第二检测值进行比较，得到比较结果，如果所述比较结果在误差允许范围内，则执行步骤c，如果所述比较结果不在误差允许范围内，则执行步骤d；

步骤c：获取所述第二检测值对应的peep控制值，根据所述peep控制值控制所述peep呼吸末正压阀运动；

步骤d：获取所述第二检测值对应的peep控制值，对所述peep控制值进行调整，根据调整后的值控制所述peep呼吸末正压阀运动，将所述调整后的值设置为下一呼气周期中检测值对应的peep控制值；其中，所述i为正整数。

上述的方法可以实现当系统出现有微小漏气时，闭环控制会进行补偿，能够精确的控制peep阀，保证peep值的稳定性，防止了peep值的不稳定对病人造成的伤害。

但是申请人发现现有的闭环控制方法的精度仍然有待提高。

技术实现要素：

本发明的一个目的在于克服现有技术中闭环控制的缺陷，提供一种新的peep阀。

本发明的另外一个目的在于提供上述peep阀的控制方法。

本发明首先提供了一种peep阀，所述peep阀包括控制单元，所述控制单元执行如下的操作：

1)每隔周期t获取第n-1个周期的误差e(n-1)和第n个周期的误差e(n)，该误差为peep阀的测量值和设置值的差值；

2)根据误差e(n-1)和e(n)设定控制电压的增幅，该控制电压的增幅为依据如下方法设置；

其中kp取值范围为0.01-0.5，td取值范围为1-10，ti取值范围为0.0001-0.05；

3)根据步骤2)获得的电压值增量值对peep阀的控制电压进行调整。

作为上述peep阀一种更好的选择，td＝0。在peep阀达到相对稳定的状态时，可以取消微分控制。

作为上述peep阀一种更好的选择，kp取值为ti的20-100倍。

作为上述peep阀一种更好的选择，kp＝0.05，ti＝0.002。

本发明还相应的提供了一种peep阀的控制方法，包括：

1)每隔周期t获取第n-1个周期的误差e(n-1)和第n个周期的误差e(n)，该误差为peep阀的压力测量值和压力设置值的差值；

2)根据误差e(n-1)和e(n)设定控制电压，该控制电压为依据如下方法设置；

其中kp取值范围为0.01-0.5，td取值范围为1-10，ti取值范围为0.0001-0.05；

3)根据步骤2)获得的电压值增量值对peep阀的控制电压进行调整进行调整。

本发明的peep阀为依据pid控制系统进行控制。

关于pid控制系统，请参见图2的pid控制系统原理框图，使用在peep阀控制中时，控制误差e(t)＝peep(设置)-peep(监测)，经过比例、积分、微分后，把控制电压u(t)送给peep阀，经过连续多个周期调节后，最终控制误差e(t)会慢慢的消除，直到等于0时，这时候系统达到稳定，采用pid控制的最终目标就是让误差近似到0，这时候设置值和监测值相等，达到目的。

作为上述方法一种更好的选择，kp取值为t/ti的20-50倍。

作为上述方法一种更好的选择，kp＝0.05，ti＝0.02。

优选的，kp＝0.05，ti＝0.02，td＝0。微分可以解决系统抖动问题。

本发明还提供了一种呼吸机，该呼吸机含有本发明的peep阀。

当peep控制比较平稳时，可以取消微分控制，关于比例和微分系数的选取，一般根据阀的特性来选择，kp基本和比例阀电压—压力曲线中拟合的直线中的斜率k处于一个数量级，比例系数一般是积分系数的20-100倍，具体根据调试过程中慢慢修改。所以选取kp＝0.05，ki＝0.002，只要系统不出现抖动，并且精度小于0.1cmh2o，就认为参数可以接受。

本发明通过对peep阀的控制方法进行改进，可以使得peep阀的精度大大提高。

附图说明

图1、peep阀的电压和peep关系图；

图2、本发明对peep电压进行调整的原理示意图。

具体实施方式

如下为本发明的实施例，其仅用做对本发明的解释而并非限制。

实施例1

使用普通的呼吸机，其控制误差在使用本发明的方法进行控制前为2.0cmh2o，该呼吸机还包括了一种peep阀，所述peep阀包括控制单元，所述控制单元执行如下的操作：

1)每隔周期t获取第n-1个周期的误差e(n-1)和第n个周期的误差e(n)，该误差为peep阀的压力测量值和压力设置值的差值；

2)根据误差e(n-1)和e(n)设定控制电压的增幅，该控制电压的增幅为依据如下方法设置；

其中kp取值范围为0.01，td取值范围为2，ti取值范围为0.0005；

3)根据步骤2)获得的电压值增量值对peep阀的控制电压进行调整。

对于该呼吸机，呼吸周期t的获取为本领域技术人员的基础技能。

在peep阀达到相对稳定的状态时，可以取消微分控制。

该呼吸机的peep阀的控制方法包括：

步骤1)：在第n-1个呼气周期内，获取所述peep呼吸末正压阀的第一检测值，在第n个呼气周期内，获取所述peep呼吸末正压阀的第二检测值，并根据第一检测值和第二检测值计算出第n-1个周期的误差e(n-1)和第n个周期的误差e(n)；

步骤2)：根据误差e(n-1)和e(n)设定控制电压；

步骤3)：将peep阀设定为步骤2)的控制电压值，并返回步骤1)。

按照上述的方法对呼吸机的peep阀进行控制，可以实现呼吸机的peep控制精度达到0.1cmh2o。

实施例2

使用普通的呼吸机，其控制误差在使用本发明的方法进行控制前为1.0cmh2o，该呼吸机还包括了一种peep阀，所述peep阀包括控制单元，所述控制单元执行如下的操作：

1)每隔周期t获取第n-1个周期的误差e(n-1)和第n个周期的误差e(n)，该误差为peep阀的压力测量值和压力设置值的差值；

2)根据误差e(n-1)和e(n)设定控制电压的增幅，该控制电压的增幅为依据如下方法设置；

其中kp取值范围为0.02，td取值范围为4，ti取值范围为0.0035；

3)根据步骤2)获得的电压值增量值对peep阀的控制电压进行调整。

对于该呼吸机，呼吸周期t的获取为本领域技术人员的基础技能。

在peep阀达到相对稳定的状态时，可以取消微分控制。

该呼吸机的peep阀的控制方法包括：

步骤1)：在第n-1个呼气周期内，获取所述peep呼吸末正压阀的第一检测值，在第n个呼气周期内，获取所述peep呼吸末正压阀的第二检测值，并根据第一检测值和第二检测值计算出第n-1个周期的误差e(n-1)和第n个周期的误差e(n)；

步骤2)：根据误差e(n-1)和e(n)设定控制电压；

步骤3)：将peep阀设定为步骤2)的控制电压值，并返回步骤1)。

按照上述的方法对呼吸机的peep阀进行控制，可以实现呼吸机的peep控制精度达到0.15cmh2o。

实施例3

使用普通的呼吸机，其控制误差在使用本发明的方法进行控制前为1.2cmh2o，该呼吸机还包括了一种peep阀，所述peep阀包括控制单元，所述控制单元执行如下的操作：

1)每隔周期t获取第n-1个周期的误差e(n-1)和第n个周期的误差e(n)，该误差为peep阀的测量值和设置值的差值；

2)根据误差e(n-1)和e(n)设定控制电压的增幅，该控制电压的增幅为依据如下方法设置；

其中kp取值范围为0.04，td取值范围为7，ti取值范围为0.0005；

3)根据步骤2)获得的电压值增量值对peep阀的控制电压进行调整。

对于该呼吸机，呼吸周期t的获取为本领域技术人员的基础技能。

在peep阀达到相对稳定的状态时，可以取消微分控制，即td取值为0。

该呼吸机的peep阀的控制方法包括：

步骤1)：在第n-1个呼气周期内，获取所述peep呼吸末正压阀的第一检测值，在第n个呼气周期内，获取所述peep呼吸末正压阀的第二检测值，并根据第一检测值和第二检测值计算出第n-1个周期的误差e(n-1)和第n个周期的误差e(n)；

步骤2)：根据误差e(n-1)和e(n)设定控制电压；

步骤3)：将peep阀设定为步骤2)的控制电压值，并返回步骤1)。

按照上述的方法对呼吸机的peep阀进行控制，可以实现呼吸机的peep控制精度达到0.06cmh2o。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。