呼吸机混合气体中二氧化碳浓度控制方法和系统与流程

本发明涉及呼吸机，具体涉及呼吸机混合气体中二氧化碳浓度控制方法和系统。

背景技术：

1、氧气和二氧化碳的二元混合气体，在呼吸机，培养箱，呼吸面罩二氧化碳气体补充等场景下均有应用。实现这种控制目前的方法有多种，常见有几种：第一种是使用无源的气阀对氧气和二氧化碳进行预设比例混合，第二种是通过预制氧气和二氧化碳混合气体进行输出，第三种是使用流量计读值单独调节二氧化碳流量，再与一定流速的氧气进行混合。

2、针对第一种方法，使用无源的气阀对氧气和二氧化碳进行预设比例混合，可以控制混合气体的流量以及控制氧气和二氧化碳比例，但是因为是比例是预设的，不可以按需要动态调节比例。

3、针对第二种方法，通过预制氧气和二氧化碳混合气体进行输出，此方法可以控制混合气体的流量以及在预制时控制氧气和二氧化碳比例。但是预制时间长，不能动态调节两种气体比例，而且通常运用此方法的设备占用空间大。

4、针对第三种方法，是使用流量计读值单独调节二氧化碳流量，再与一定流速的氧气进行混合。此方法可以控制二氧化碳流量，但是并不能有效控制混合气体流量以及动态调节氧气和二氧化碳的比例。

5、因此，现有的氧气和二氧化碳混合控制方法，不能满足对混合气体同时进行流量调节和混合比例动态调节的需求。亟需一种可以同时进行流量调节和混合比例动态调节的控制方案。

技术实现思路

1、本发明提供呼吸机混合气体中二氧化碳浓度控制方法和系统，以解决现有技术中存在的上述问题。

2、本发明提供呼吸机混合气体中二氧化碳浓度控制方法，该方法包括：

3、s100，获取氧气流量目标值和二氧化碳流量目标值；

4、s200，根据氧气流量目标值和二氧化碳浓度加权平均偏移值的原值，计算出氧气流量控制值；根据二氧化碳流量目标值和二氧化碳浓度加权平均偏移值的原值，计算出二氧化碳流量控制值；

5、s300，获取混合气体中二氧化碳浓度的检测值，对比设置的浓度值，计算二氧化碳浓度加权平均偏移的更新值；

6、s400，判断二氧化碳浓度加权平均偏移的更新值与原值是否一致；如果不一致，则更新二氧化碳浓度加权平均偏移值，基于二氧化碳浓度加权平均偏移的更新值重新执行步骤s200计算氧气流量控制值和二氧化碳流量控制值；如果一致，则维持氧气流量控制值和二氧化碳流量控制值不变；

7、s500，根据氧气流量控制值计算确定氧气流量开关控制电流，基于氧气流量开关控制电流控制氧气流量开关；以及根据二氧化碳流量控制值计算确定二氧化碳流量开关控制电流；基于二氧化碳流量开关控制电流控制二氧化碳流量开关。

8、优选的，所述s500中，根据氧气流量控制值计算确定氧气流量开关控制电流包括：

9、s501，根据氧气流量控制值、氧气流量开关电流查值表和氧气流量开关偏移值，计算氧气流量开关控制电流；判断氧气流量控制值和氧气流量监测值是否一致；如果一致，保持氧气流量开关偏移值并维持氧气流量开关控制电流，如果不一致，更新氧气流量开关偏移值，重新计算氧气流量开关控制电流；

10、所述s500中，根据二氧化碳流量控制值计算确定二氧化碳流量开关控制电流包括：

11、s502，根据二氧化碳流量控制值、二氧化碳流量开关电流查值表和二氧化碳流量开关偏移值，计算二氧化碳流量开关控制电流；判断二氧化碳流量控制值和二氧化碳流量监测值是否一致；如果一致，保持二氧化碳流量开关偏移值并维持控二氧化碳流量开关控制电流，如果不一致，更新二氧化碳流量开关偏移值，重新计算二氧化碳流量开关控制电流。

12、优选的，所述s100包括：

13、s101，设置混合气体流量fset和二氧化碳浓度co2%set；

14、s102，根据混合气体流量和二氧化碳浓度计算氧气流量的目标值fo2t和二氧化碳流量目标值fco2t；所述氧气流量的目标值的计算为混合气体流量乘以氧气浓度，所述氧气浓度为100减去二氧化碳浓度；所述二氧化碳流量目标值的计算为混合气体流量乘以二氧化碳浓度。

15、优选的，所述s200包括：

16、s201，设置二氧化碳浓度加权平均偏移值的原值为sft1，所述原值是与更新值相对的；

17、s202，保持输出总流量不变，计算氧气流量控制值fo2c ，计算公式为：

18、fo2c= fo2t+fco2t*(sft1/2)；

19、s203，计算二氧化碳流量控制值fco2c ，计算公式为：fco2c= fco2t-fco2t*(sft1/2)。

20、优选的，所述s501中，根据氧气流量控制值、氧气流量开关电流查值表和氧气流量开关偏移值，计算氧气流量开关控制电流包括：

21、s5011，氧气流量开关偏移值包括一对系数，该系数分别为零值偏移a和缩放比例k，用[a,k]表示，初始值设置为[0.0, 1.0]；

22、s5012，初始值所对应的查值过程包括：氧气流量开关电流查值表的输入输出关系y=fun(x)，是在特定条件下的标定状态；其中，x表示输入，y表示输出，fun为特定函数；

23、s5013，采用如下关系进行查值：y=fun(x-a)/k，上述公式表示氧气流量开关临界态的控制值出现a的漂移，而换算曲线形状出现k倍放大。

24、优选的，所述s501中，判断氧气流量控制值和氧气流量监测值是否一致，包括：

25、设置允许的偏差范围，所述偏差范围是基于当前流量需求及控制的精度需求设置的；氧气流量控制值和监测值出现不一致时，计算氧气流量控制值和监测值之间的差值是否在所述偏差范围之内；

26、所述s501中，更新氧气流量开关偏移值包括：

27、s5014，若氧气流量控制值和监测值之间的差值不在所述偏差范围之内，记录所述差值以及流量；

28、s5015，若记录所述差值及流量为两组以上时，对[a,k]值进行逐渐收敛修正，将修正后的值更新氧气流量开关偏移值。

29、优选的，所述s300包括：

30、s301，二氧化碳浓度加权平均偏移值的原值设为sft1；

31、s302，基于氧气和二氧化碳流量计的误差及误差随时间的漂移，确定最终输出浓度和设置浓度值之间的浓度差值，记录一组以流量为加权比例的序列；

32、s303，设当前偏差为sftz0，当前流量为fz0，偏差的加权平均函数为：

33、sft = (sftz0*fz0+sftz-1*fz-1+…)/(fz0+fz-1+…)；其中，sftz-1表示上一次记录的偏差，fz-1表示上一次记录的流量；

34、s304，加入窗函数{w0,w1,w2,…,wn}，其中n为常数，以限制记录次数以及降低较早时间偏差记录的影响，w0,w1,w2,…,wn分别表示按照时间序列的窗函数，分别为预当前偏差对应的窗函数w0，与上一次记录的偏差对应的窗函数w1，与上上一次记录的偏差对应的窗函数w2，以及前n次记录的偏差对应的窗函数wn，二氧化碳浓度加权平均偏移值的更新值sft2为：

35、sft2 = (sftz0*fz0*w0+sftz-1*fz-1*w1+…+ sftz-n*fz-n*wn)/( fz0*w0+fz-1*w1+…+ fz-n*wn)，其中，sftz0表示当前偏差，fz0表示当前流量，sftz-1表示上一次记录的偏差，fz-1表示上一次记录的流量，sftz-n表示前次记录的偏差，fz-n表示前n次记录的流量。

36、本发明还提供呼吸机混合气体中二氧化碳浓度控制系统，该系统包括：二氧化碳浓度监测模块、总控制模块、氧气流量监测模块、二氧化碳流量监测模块、氧气流量开关控制模块、二氧化碳流量开关控制模块；

37、所述总控制模块根据氧气流量目标值和二氧化碳浓度加权平均偏移值的原值，计算出氧气流量控制值；根据二氧化碳流量目标值和二氧化碳浓度加权平均偏移值的原值，计算出二氧化碳流量控制值；

38、所述二氧化碳浓度监测模块监测混合气体中的二氧化碳的浓度值，所述总控制模块根据监测的二氧化碳的浓度值与设置的浓度值进行比对，计算二氧化碳浓度加权平均偏移的更新值；

39、所述氧气流量监测模块监测混合气体的氧气流量值，所述二氧化碳流量监测模块监测混合气体的二氧化碳流量值，所述总控制模块根据氧气流量控制值、氧气流量开关电流查值表和氧气流量开关偏移值，计算氧气流量开关控制电流，并判断二氧化碳浓度加权平均偏移的更新值与原值是否一致；如果不一致，则更新二氧化碳浓度加权平均偏移值，基于二氧化碳浓度加权平均偏移的更新值重新计算氧气流量控制值和二氧化碳流量控制值；如果一致，则维持氧气流量控制值和二氧化碳流量控制值不变；

40、所述氧气流量开关控制模块根据氧气流量控制值计算确定氧气流量开关控制电流，基于氧气流量开关控制电流控制氧气流量开关；所述二氧化碳流量开关控制模块根据二氧化碳流量控制值计算确定二氧化碳流量开关控制电流；基于二氧化碳流量开关控制电流控制二氧化碳流量开关。

41、本发明还提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现呼吸机混合气体中二氧化碳浓度控制方法。

42、本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现呼吸机混合气体中二氧化碳浓度控制方法。

43、与现有技术相比，本发明具有以下优点：

44、本发明提供呼吸机混合气体中二氧化碳浓度控制方法和系统，该方法包括：获取氧气流量目标值和二氧化碳流量目标值；根据氧气流量目标值和二氧化碳浓度加权平均偏移值的原值，计算出氧气流量控制值；根据二氧化碳流量目标值和二氧化碳浓度加权平均偏移值的原值，计算出二氧化碳流量控制值；获取混合气体中二氧化碳浓度的检测值，对比设置的浓度值，计算二氧化碳浓度加权平均偏移的更新值；判断二氧化碳浓度加权平均偏移的更新值与原值是否一致；如果不一致，则更新二氧化碳浓度加权平均偏移值，基于二氧化碳浓度加权平均偏移的更新值重新计算氧气流量控制值和二氧化碳流量控制值；如果一致，则维持氧气流量控制值和二氧化碳流量控制值不变；根据氧气流量控制值计算确定氧气流量开关控制电流，基于氧气流量开关控制电流控制氧气流量开关；以及根据二氧化碳流量控制值计算确定二氧化碳流量开关控制电流；基于二氧化碳流量开关控制电流控制二氧化碳流量开关。因此本发明解决氧气和二氧化碳混合控制时，连续动态控制混合气体流量和比例的问题。本实施例采用的方案可以同时对混合气体同时进行流量调节和混合比例动态调节。

45、本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

46、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。