一种可自适应压缩机转速的制氧系统的制作方法

1.本发明属于医用制氧技术领域，具体为一种可自适应压缩机转速的制氧系统。


背景技术：

2.制氧机是制取氧气的一类机器，它的原理是利用空气分离技术，首先将空气以高密度压缩，再利用空气中各成分的冷凝点的不同使之在一定的温度下进行气液分离，然后进行精馏将其分离成氧和氮。目前医用制氧机的常见类型为变压吸附制氧机，采用变压吸附技术制氧，能够从空气中将氧气提取出来。在医用制氧机中装填有分子筛，每克分子筛的表面积能达到800－1000m2/g，在加压的情况下，利用分子筛的物理吸附技术和解吸技术，吸附空气中的氮气，未被吸附的氧气则会被收集起来，通过对其进行净化处理，就能够得到纯度比较高的氧气。在对分子筛减压的情况下，之前吸附的氮气会被重新排放到空气中。当再次加压时，又可吸附氮气用于制取氧气，因此，医用制氧机可实现周期性的循环制氧，是一个动态的过程。
3.但是，当前市面上的便携式制氧机中的压缩机都是开环控制使用固定占空比驱动，导致在不同场景下可能出现氧气不纯或能耗浪费的情况，无法满足用户日益增长的使用需求。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于：为了解决上述提出的问题，提供一种可自适应压缩机转速的制氧系统。
5.本发明采用的技术方案如下：一种可自适应压缩机转速的制氧系统，所述可自适应压缩机转速的制氧系统包括以下步骤:
6.s1:先打开压缩机，先进行整机自检故障；
7.s2:开机整机检测故障无问题后，进行一次2min的百分百占空比全速转；
8.s3:使压缩机内部整体系统压力提升，从而降低制氧能耗；提高整体压力形成保压，使后续任意档位浓度持续超过90％；
9.s4:通过pid计算压缩机占空比需要氧浓度、氧气罐、呼吸压力的实时数据并进行调整；
10.s5:进行气罐压力补偿，由pid方式计算占空比后根据氧气罐压力传感器与氧气罐连接可计算出的压力(kpa)对压缩机输出占空比(％)进行加减补偿；
11.s6:先进行呼吸识别：将人体鼻腔与传感器相连，通过识别大气压与人体鼻腔压差；识别到人体鼻腔出现负压则判断人体正在吸气，主控制器则送氧到人体鼻腔；之后进行呼吸次数计算；
12.s7:进行海拔高度补偿，
13.s8:进行软件滤波处理，并规避共振转数，之后在制氧机的过程中可通过微差压(呼吸)传感器、氧气罐压力传感器、氧浓度传感器、海拔高度传感器配合pid计算出压缩机
档位的过程从而结束整个自适应压缩机转速的制氧系统的运行
14.在一优选的实施方式中，所述步骤s1中，制氧系统压力控制在140-180kpa。
15.在一优选的实施方式中，所述步骤s3中，压缩机的驱动板设置有直流无刷电机驱动模块，且直流无刷电机为无霍尔直流无刷三相电机；该直流无刷电机驱动模块开发的外围电路具有简单、功能完善，体积小、调试简单、驱动效率高，应用灵活，适用广泛等特点的高性能模块，接入电机三相线，即可实现电机控制。
16.在一优选的实施方式中，所述步骤s3中，压缩机的检测源由压缩机驱动板检测，通过串口反馈压缩机信息是否为正常状态；当压缩机驱动板到压缩机出现“压缩机欠压、过压、过载、过流、过温、堵转、空转”中的任一故障使压缩机出口压力小于10l/min，以致于后续系统压力无法满足90以上的氮氧分离条件，报警提示用户联系售后人员维修并停机保护用户与机器。
17.在一优选的实施方式中，所述步骤s3中，
18.pid计算公式如下：
19.pdt＝kp*[e(t)-e(t-1)]+ki*e(t)+kd*[e(t)-2*e(t-1)+e(t-2)]；
[0020]
当前偏差＝当前氧浓度百分比-上次一采集的氧浓度百分比(当前与上次间隔2s)；
[0021]
perror＝[e(t)-e(t-1)]＝当前偏差-上次计算的偏差；
[0022]
error＝e(t)＝当前偏差；
[0023]
derror＝e(t)-2*e(t-1)+e(t-2)＝当前偏差-2*上次计算的偏差+次计算的偏差；
[0024]
压缩机占空比为：
[0025]
proportion*perror+integral*error+derivative*derror。
[0026]
在一优选的实施方式中，所述步骤s6中，呼吸次数计算的方法为：使用1分钟或者60秒除以上一次呼吸与当前呼吸的时间差得到当前呼吸频率。
[0027]
在一优选的实施方式中，所述步骤s7中，海拔高度计算通过压力传感器接pcb板子上计算大气压力，查表计算当前压力对应海拔高度。
[0028]
在一优选的实施方式中，所述步骤s8中，升档：每200ms加2％占空比；降档：每200ms减1％占空比。
[0029]
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
[0030]
1.本发明中，制氧时，pid氧浓度的闭环控制转速调节，氧浓度不足够时可提高压缩机转数补偿氧浓度；氧浓度足够或偏高时降低压缩机转数节省能耗；解决了在便携式制氧机的生产过程中，不能保证每台机器的分子筛容量与不同批次的品质一致的问题；同时也解决了不同的分子筛克数导致容积不同，系统容积不同影响到相同压力下所对应容积的压力不一致的问题，可通过补偿优化，从而提高了系统的稳定性和安全性。
[0031]
2.本发明中，制氧时针对不同的大气压力添加补偿；可兼容更多高海拔地理位置能实现制氧浓度90％以上；增加不同人群体验与使用场景，可识别10-15、15-20、20-25、25-30、30-35、35-40年龄段的六个呼吸区间进行补偿转速机制，优化至不同年龄段、不同场景的用户在不同的呼吸频次下得到一致90％以上的氧气浓度，从而提高了该系统在制氧时的适配性，可以适合不同年龄段进行使用，增加了使用时的便利性。
[0032]
3.本发明中，制氧时修正压缩机时可保持平缓，避免出现降档过快；系统压力瞬时
大于压缩机压力导致憋停压缩机，从而提高了对于压缩机的保护性，延长了压缩机的使用寿命。
附图说明
[0033]
图1为本发明的系统流程图。
具体实施方式
[0034]
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0035]
参照图1，一种可自适应压缩机转速的制氧系统，所述可自适应压缩机转速的制氧系统包括以下步骤:
[0036]
s1:先打开压缩机，先进行整机自检故障；
[0037]
s2:开机整机检测故障无问题后，进行一次2min的百分百占空比全速转；
[0038]
s3:使压缩机内部整体系统压力提升，从而降低制氧能耗；提高整体压力形成保压，使后续任意档位浓度持续超过90％；
[0039]
s4:通过pid计算压缩机占空比需要氧浓度、氧气罐、呼吸压力的实时数据并进行调整；
[0040]
s5:进行气罐压力补偿，由pid方式计算占空比后根据氧气罐压力传感器与氧气罐连接可计算出的压力(kpa)对压缩机输出占空比(％)进行加减补偿；
[0041]
s6:先进行呼吸识别：将人体鼻腔与传感器相连，通过识别大气压与人体鼻腔压差；识别到人体鼻腔出现负压则判断人体正在吸气，主控制器则送氧到人体鼻腔；之后进行呼吸次数计算；
[0042]
呼吸频率与压缩机补偿空占比对照表为：
[0043]
次数/分钟压缩机补偿占空比15-2％20-1％250％30+1％35+2％40+4％
[0044]
s7:进行海拔高度补偿，
[0045]
s8:进行软件滤波处理，并规避共振转数，之后在制氧机的过程中可通过微差压(呼吸)传感器、氧气罐压力传感器、氧浓度传感器、海拔高度传感器配合pid计算出压缩机档位的过程从而结束整个自适应压缩机转速的制氧系统的运行。
[0046]
所述步骤s1中，制氧系统压力控制在140-180kpa。
[0047]
所述步骤s3中，压缩机的驱动板设置有直流无刷电机驱动模块，且直流无刷电机为无霍尔直流无刷三相电机；该直流无刷电机驱动模块开发的外围电路具有简单、功能完善，体积小、调试简单、驱动效率高，应用灵活，适用广泛等特点的高性能模块，接入电机三
相线，即可实现电机控制。
[0048]
所述步骤s3中，压缩机的检测源由压缩机驱动板检测，通过串口反馈压缩机信息是否为正常状态；当压缩机驱动板到压缩机出现“压缩机欠压、过压、过载、过流、过温、堵转、空转”中的任一故障使压缩机出口压力小于10l/min，以致于后续系统压力无法满足90以上的氮氧分离条件，报警提示用户联系售后人员维修并停机保护用户与机器。
[0049]
所述步骤s3中，
[0050]
pid计算公式如下：
[0051]
pdt＝kp*[e(t)-e(t-1)]+ki*e(t)+kd*[e(t)-2*e(t-1)+e(t-2)]；
[0052]
当前偏差＝当前氧浓度百分比-上次一采集的氧浓度百分比(当前与上次间隔2s)；
[0053]
perror＝[e(t)-e(t-1)]＝当前偏差-上次计算的偏差；
[0054]
error＝e(t)＝当前偏差；
[0055]
derror＝e(t)-2*e(t-1)+e(t-2)＝当前偏差-2*上次计算的偏差+次计算的偏差；
[0056]
压缩机占空比为：
[0057]
proportion*perror+integral*error+derivative*derror。
[0058]
pid计算占空比对照表为：
[0059][0060]
所述步骤s6中，呼吸次数计算的方法为：使用1分钟或者60秒除以上一次呼吸与当前呼吸的时间差得到当前呼吸频率。
[0061]
所述步骤s7中，海拔高度计算通过压力传感器接pcb板子上计算大气压力，查表计算当前压力对应海拔高度。
[0062]
压力对应海拔高度表为：
[0063][0064]
所述步骤s8中，升档：每200ms加2％占空比；降档：每200ms减1％占空比。
[0065]
本发明中，制氧时，pid氧浓度的闭环控制转速调节，氧浓度不足够时可提高压缩机转数补偿氧浓度；氧浓度足够或偏高时降低压缩机转数节省能耗；解决了在便携式制氧机的生产过程中，不能保证每台机器的分子筛容量与不同批次的品质一致的问题；同时也解决了不同的分子筛克数导致容积不同，系统容积不同影响到相同压力下所对应容积的压力不一致的问题，可通过补偿优化，从而提高了系统的稳定性和安全性。
[0066]
本发明中，制氧时，针对不同的大气压力添加补偿；可兼容更多高海拔地理位置能实现制氧浓度90％以上。增加不同人群体验与使用场景；可识别10-15、15-20、20-25、25-30、30-35、35-40年龄段的六个呼吸区间进行补偿转速机制，优化至不同年龄段、不同时同场景的用户在不同的呼吸频次下得到一致90％以上的氧气浓度，从而提高了该系统在制氧时的适配性，可以适合不同年龄段进行使用，增加了使用时的便利性。
[0067]
本发明中，制氧时，修正压缩机时可保持平缓，避免出现降档过快；系统压力瞬时大于压缩机压力导致憋停压缩机，从而提高了对于压缩机的保护性，延长了压缩机的使用寿命。
[0068]
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖
非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0069]
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。