1.本发明涉及呼吸机调压的技术领域，尤其涉及一种辅助呼吸机自动调压方法。


背景技术：

2.辅助呼吸机是重症监护病区用于icu治疗的，属于重要医疗设备。辅助呼吸机的压力支持水平高达35cm h2o，在辅助呼吸机的压力控制下可以避免患者出现缺氧的现象。为优化调节控制辅助呼吸机压力，需结合呼吸机压力控制方法提高辅助呼吸机进出口的压力。
3.传统呼吸机调压方法中，对辅助呼吸机控制方法主要有基于模糊度pid方法、基于多维参数跟踪识别的辅助呼吸机调压控制方法等，通过结合对辅助呼吸机压力参数识别，通过参数多维信息融合，实现辅助呼吸机自动调压，但传统方法进行防压疮棉罩无创呼吸机调压的自适应性不好，收敛性不强，且需要进行大量参数计算。
4.鉴于此，本发明提出一种辅助呼吸机自动调压方法，通过在辅助呼吸机设置储能单元，利用储能单元控制策略实现储能单元的功率分配，并基于储能单元实现辅助呼吸机电压自动调节。


技术实现要素：

5.本发明提供一种辅助呼吸机自动调压方法，目的在于(1)实现辅助呼吸机电压自动调节；(2)优化辅助呼吸机中的充放电效率。
6.实现上述目的，本发明提供的一种辅助呼吸机自动调压方法，包括以下步骤：
7.s1：根据辅助呼吸机的自动调压单元拓扑结构，利用储能单元控制策略实现拓扑结构中储能单元的功率分配；
8.s2：利用电压自适应调节方法调节辅助呼吸机中储能单元的输出电压，并利用二次平移方法补偿辅助呼吸机中储能单元的输出电压；
9.s3：优化自动调压单元拓扑结构中电网储能单元的电池荷电状态；
10.s4：检测辅助呼吸机电压检测点的电压幅值，若检测点电压幅值高于预设阈值，则设置辅助呼吸机的调压时序，执行辅助呼吸机自动调压。
11.作为本发明的进一步改进方法：
12.所述s1步骤中建立辅助呼吸机的自动调压单元拓扑结构，包括：
13.所述辅助呼吸机的自动调压单元拓扑结构包括若干储能单元，储能单元通过各自接口的变换器接入互联变流器，互联变流器将自动调压的控制范围限制在4～18cm h2o。
14.所述s1步骤中利用储能单元控制策略实现自动调压单元拓扑结构中储能单元的功率分配，包括：
15.所述辅助呼吸机的功率为：
16.pm＝-pv-cft
17.其中：
18.p表示辅助呼吸机的额定功率；
19.m表示辅助呼吸机的功率温度系数；
20.v表示辅助呼吸机的通气量；
21.c表示辅助呼吸机的输出压力；
22.t表示使用辅助呼吸机的吸气时间；
23.f表示使用辅助呼吸机的呼吸频率；
24.实时获取辅助呼吸机的参数，包括辅助呼吸机的通气量、辅助呼吸机的输出压力、使用辅助呼吸机的吸气时间以及使用辅助呼吸机的呼吸频率，计算得到辅助呼吸机的实时功率：
25.将辅助呼吸机的实时功率pm映射到多个储能单元，所述储能单元集合为r＝{r1，r2，r3，...，ri，...，rn}，其中n表示辅助呼吸机中储能单元的数目，ri表示储能单元中第i个储能单元；
26.利用储能单元控制策略实现储能单元的功率分配，则储能单元的功率分配公式为：
27.wi＝-pmvsinθi+pili28.其中：
29.θi表示将辅助呼吸机实时功率映射到第i个储能单元ri的映射角度，在本发明一个具体实施例中，映射角度为辅助呼吸机的传入电流与储能单元的锐角夹角；
30.pi表示储能单元ri的额定功率；
31.wi表示储能单元ri的实际分配功率；
32.li表示储能单元ri的启动压力。
33.所述s2步骤中自适应调节辅助呼吸机中储能单元的输出电压，包括：
34.利用电压自适应调节方法调节辅助呼吸机中储能单元的输出电压，所述电压自适应调节方法公式为：
35.ω
′i＝ω
i-ωg(ωi)wi36.u
′i＝u
i-ug(ω
′i)
37.其中：
38.ωi为储能单元ri的初始角频率；
39.ω
′i为储能单元ri自适应调节后的角频率；
40.ω表示辅助呼吸机的角频率，u表示辅助呼吸机的电压幅值；
41.g(ωi)表示基于角频率ωi的pi传递函数；
42.ui为储能单元ri的初始电压幅值，u
′i为储能单元ri自适应调节后的电压幅值。
43.所述s2步骤中利用二次平移方法补偿辅助呼吸机中储能单元的输出电压，包括：
44.利用二次平移方法补偿辅助呼吸机中储能单元的输出电压的流程为：
45.在辅助呼吸机的自动调压单元拓扑结构中设置连接储能单元的调压变压器以及串联变压器；
46.计算辅助呼吸机中储能单元电压的二次平移值δui：
47.48.其中：
49.k1表示调压变压器变比，可通过改变晶闸管有载分接开关与调压变压器二次侧抽头联结来调整变比大小；
50.k2表示串联变压器变比，将其设置为定值2；
51.u
′i为储能单元ri自适应调节后的电压幅值；
52.则补偿后的储能单元输出电压值为：
[0053][0054]
其中：
[0055]
表示补偿后储能单元ri的输出电压值；
[0056]
s表示补偿控制单元，s＝{0，1}，当s＝0时表示升压补偿，s＝1时表示降压补偿；
[0057]
设置储能单元的基准电压值，使得补偿后的输出电压值达到预先设定的基准电压值。
[0058]
所述s3步骤中优化电网储能单元的电池荷电状态，包括：
[0059]
设置自动调压单元拓扑结构中交流电网的控制模式，将交流电网作为电网储能单元；利用电池荷电状态优化算法优化电网储能单元中的电池荷电状态，所述电池荷电状态优化流程为：
[0060]
1)利用二次调节方法调节电网储能单元的电压值，计算当电网储能单元由充电状态切换为放电状态的充电电压阈值u1，并计算不同电压值下的电网储能单元放电速率，以及放电电压阈值u2；在本发明一个具体实施例中当电网储能单元电压值超过充电电压阈值u1，则说明辅助呼吸机进入放电状态，若电网储能单元电压值达到放电电压阈值u2，则说明此时辅助呼吸机放电速率达到最大；
[0061]
2)实时利用二次调节方法调节电网储能单元的电压值，使得电网储能单元的电压值在区间(u1,u2]；在本发明一个具体实施例中，电网储能单元的二次调节速率为10次/秒；
[0062]
3)若电网储能单元的电压值超过放电电压阈值u2，则关闭电网储能单元的二次调节。
[0063]
所述s4步骤中在辅助呼吸机设置电压检测点，检测辅助呼吸机电压检测点的电压幅值，判断当前电压检测点的电压幅值是否需要进行辅助呼吸机调压，包括：
[0064]
在辅助呼吸机设置电压检测点，设置电压检测上下线预设值，在电压检测点检测辅助呼吸机输出电压的电压幅值，与电压检测上下线预设值对比，若检测点电压幅值在电压检测上下线预设值区间内，说明辅助呼吸机电压正常，无需进行辅助呼吸机调压操作，否则在控制辅助呼吸机放电速率在合理区间的情况下，将辅助呼吸机功率分配到若干储能单元，储能单元执行电压调节操作，所述电压调节操作包括自适应电压调节方法以及基于二次平移方法的电压补偿方法。
[0065]
所述s4步骤中设置辅助呼吸机的调压时序，执行辅助呼吸机自动调压，包括：
[0066]
建立辅助呼吸机调压时序目标函数，所建立的辅助呼吸机调压时序目标函数为：
[0067]
[0068]
其中：
[0069]
f表示电能价格；
[0070]
wi表示储能单元ri的实际分配功率；
[0071]
δd表示辅助呼吸机调压区间；
[0072]
t表示辅助呼吸机的调压周期；
[0073]
生成若干组辅助呼吸机数据，将生成数据输入到目标函数中，计算得到最小的调压周期t，若需要执行辅助呼吸机调压，则在下一个调压周期执行电压调节操作。
[0074]
相对于现有技术，本发明提出一种辅助呼吸机自动调压方法，该技术具有以下优势：
[0075]
首先，本方案提出一种储能单元控制策略，通过在辅助呼吸机内设置若干储能单元，实时获取辅助呼吸机的参数，包括辅助呼吸机额定功率、通气量、辅助呼吸机的输出压力、使用辅助呼吸机的吸气时间以及使用辅助呼吸机的呼吸频率，计算得到辅助呼吸机的实时功率：将辅助呼吸机的实时功率映射到多个储能单元，所述储能单元集合为r＝{r1,r2,r3,
…
,ri,
…
,rn}，其中n表示辅助呼吸机中储能单元的数目，ri表示储能单元中第i个储能单元；利用储能单元控制策略实现储能单元的功率分配，则储能单元的功率分配公式为：
[0076]
wi＝-pmvsinθi+pili[0077]
其中：θi表示将辅助呼吸机实时功率映射到第i个储能单元ri的映射角度；pi表示储能单元ri的额定功率；wi表示储能单元ri的实际分配功率；li表示储能单元ri的启动压力；从而将辅助呼吸机的功率分配给若干储能单元，并通过功率映射分配的方式，使得每个储能单元的功率小于辅助呼吸机的功率，防止高电压对辅助呼吸机安全运行造成破坏。
[0078]
同时，本方案提出两种自动调压方法，通过在辅助呼吸机设置电压检测点，设置电压检测上下线预设值，在电压检测点检测辅助呼吸机输出电压的电压幅值，与电压检测上下线预设值对比，若检测点电压幅值在电压检测上下线预设值区间内，说明辅助呼吸机电压正常，无需进行辅助呼吸机调压操作，否则在控制辅助呼吸机放电速率在合理区间的情况下，将辅助呼吸机功率分配到若干储能单元，储能单元执行电压调节操作，所述电压调节操作包括自适应电压调节方法以及基于二次平移方法的电压补偿方法。所述电压自适应调节方法公式为：
[0079]
ω
′i＝ω
i-ωg(ωi)wi[0080]u′i＝u
i-ug(ω
′i)
[0081]
其中：ωi为储能单元ri的初始角频率；ω
′i为储能单元ri自适应调节后的角频率；ω表示辅助呼吸机的角频率，u表示辅助呼吸机的电压幅值；g(ωi)表示基于角频率ωi的pi传递函数；ui为储能单元ri的初始电压幅值，u
′i为储能单元ri自适应调节后的电压幅值，所述电压自适应调节方法基于电压的角频率对每个储能单元的电压幅值进行调整，减少了后续电压补偿的能耗。所述利用二次平移方法补偿辅助呼吸机中储能单元的输出电压的流程为：在辅助呼吸机的自动调压单元拓扑结构中设置连接储能单元的调压变压器以及串联变压器；计算辅助呼吸机中储能单元电压的二次平移值δui：
[0082][0083]
其中：k1表示调压变压器变比，可通过改变晶闸管有载分接开关与调压变压器二
次侧抽头联结来调整变比大小；k2表示串联变压器变比，将其设置为定值2；u
′i为储能单元ri自适应调节后的电压幅值；则补偿后的储能单元输出电压值为：
[0084][0085]
表示补偿后储能单元ri的输出电压值；s表示补偿控制单元，s＝{0,1}，当s＝0时表示升压补偿，s＝1时表示降压补偿；设置储能单元的基准电压值，使得补偿后的输出电压值达到预先设定的基准电压值。相较于传统方案，本方案通过提出两阶段的自适应电压调节方法实现辅助呼吸机自动调压。
附图说明
[0086]
图1为本发明一实施例提供的一种辅助呼吸机自动调压方法的流程示意图；
[0087]
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
[0088]
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0089]
s1：根据辅助呼吸机的自动调压单元拓扑结构，利用储能单元控制策略实现拓扑结构中储能单元的功率分配。
[0090]
所述s1步骤中建立辅助呼吸机的自动调压单元拓扑结构，包括：
[0091]
所述辅助呼吸机的自动调压单元拓扑结构包括若干储能单元，储能单元通过各自接口的变换器接入互联变流器，互联变流器将自动调压的控制范围限制在4～18cm h2o。
[0092]
所述s1步骤中利用储能单元控制策略实现自动调压单元拓扑结构中储能单元的功率分配，包括：
[0093]
所述辅助呼吸机的功率为：
[0094]
pm＝-pv-cft
[0095]
其中：
[0096]
p表示辅助呼吸机的额定功率；
[0097]
m表示辅助呼吸机的功率温度系数；
[0098]
v表示辅助呼吸机的通气量；
[0099]
c表示辅助呼吸机的输出压力；
[0100]
t表示使用辅助呼吸机的吸气时间；
[0101]
f表示使用辅助呼吸机的呼吸频率；
[0102]
实时获取辅助呼吸机的参数，包括辅助呼吸机的通气量、辅助呼吸机的输出压力、使用辅助呼吸机的吸气时间以及使用辅助呼吸机的呼吸频率，计算得到辅助呼吸机的实时功率：
[0103]
将辅助呼吸机的实时功率pm映射到多个储能单元，所述储能单元集合为r＝{r1，r2，r3，...，ri，...，rn}，其中n表示辅助呼吸机中储能单元的数目，ri表示储能单元中第i个储能单元；
[0104]
利用储能单元控制策略实现储能单元的功率分配，则储能单元的功率分配公式为：
[0105]
wi＝-pmvsinθi+pili[0106]
其中：
[0107]
θi表示将辅助呼吸机实时功率映射到第i个储能单元ri的映射角度，在本发明一个具体实施例中，映射角度为辅助呼吸机的传入电流与储能单元的锐角夹角；
[0108]
pi表示储能单元ri的额定功率；
[0109]
wi表示储能单元ri的实际分配功率；
[0110]
li表示储能单元ri的启动压力。
[0111]
s2：利用电压自适应调节方法调节辅助呼吸机中储能单元的输出电压，并利用二次平移方法补偿辅助呼吸机中储能单元的输出电压。
[0112]
所述s2步骤中自适应调节辅助呼吸机中储能单元的输出电压，包括：
[0113]
利用电压自适应调节方法调节辅助呼吸机中储能单元的输出电压，所述电压自适应调节方法公式为：
[0114]
ω
′i＝ω
i-ωg(ωi)wi[0115]u′i＝u
i-ug(ω
′i)
[0116]
其中：
[0117]
ωi为储能单元ri的初始角频率；
[0118]
ω
′i为储能单元ri自适应调节后的角频率；
[0119]
ω表示辅助呼吸机的角频率，u表示辅助呼吸机的电压幅值；
[0120]
g(ωi)表示基于角频率ωi的pi传递函数；
[0121]
ui为储能单元ri的初始电压幅值，u
′i为储能单元ri自适应调节后的电压幅值。
[0122]
所述s2步骤中利用二次平移方法补偿辅助呼吸机中储能单元的输出电压，包括：
[0123]
利用二次平移方法补偿辅助呼吸机中储能单元的输出电压的流程为：
[0124]
在辅助呼吸机的自动调压单元拓扑结构中设置连接储能单元的调压变压器以及串联变压器；
[0125]
计算辅助呼吸机中储能单元电压的二次平移值δui：
[0126][0127]
其中：
[0128]
k1表示调压变压器变比，可通过改变晶闸管有载分接开关与调压变压器二次侧抽头联结来调整变比大小；
[0129]
k2表示串联变压器变比，将其设置为定值2；
[0130]u′i为储能单元ri自适应调节后的电压幅值；
[0131]
则补偿后的储能单元输出电压值为：
[0132][0133]
其中：
[0134]
表示补偿后储能单元ri的输出电压值；
[0135]
s表示补偿控制单元，s＝{0，1}，当s＝0时表示升压补偿，s＝1时表示降压补偿；
[0136]
设置储能单元的基准电压值，使得补偿后的输出电压值达到预先设定的基准电压
值。
[0137]
s3：优化自动调压单元拓扑结构中电网储能单元的电池荷电状态。
[0138]
所述s3步骤中优化电网储能单元的电池荷电状态，包括：
[0139]
设置自动调压单元拓扑结构中交流电网的控制模式，将交流电网作为电网储能单元；利用电池荷电状态优化算法优化电网储能单元中的电池荷电状态，所述电池荷电状态优化流程为：
[0140]
1)利用二次调节方法调节电网储能单元的电压值，计算当电网储能单元由充电状态切换为放电状态的充电电压阈值u1，并计算不同电压值下的电网储能单元放电速率，以及放电电压阈值u2；在本发明一个具体实施例中当电网储能单元电压值超过充电电压阈值u1，则说明辅助呼吸机进入放电状态，若电网储能单元电压值达到放电电压阈值u2，则说明此时辅助呼吸机放电速率达到最大；
[0141]
2)实时利用二次调节方法调节电网储能单元的电压值，使得电网储能单元的电压值在区间(u1,u2]；在本发明一个具体实施例中，电网储能单元的二次调节速率为10次/秒；
[0142]
3)若电网储能单元的电压值超过放电电压阈值u2，则关闭电网储能单元的二次调节。
[0143]
s4：检测辅助呼吸机电压检测点的电压幅值，若检测点电压幅值高于预设阈值，则设置辅助呼吸机的调压时序，执行辅助呼吸机自动调压。
[0144]
所述s4步骤中在辅助呼吸机设置电压检测点，检测辅助呼吸机电压检测点的电压幅值，判断当前电压检测点的电压幅值是否需要进行辅助呼吸机调压，包括：
[0145]
在辅助呼吸机设置电压检测点，设置电压检测上下线预设值，在电压检测点检测辅助呼吸机输出电压的电压幅值，与电压检测上下线预设值对比，若检测点电压幅值在电压检测上下线预设值区间内，说明辅助呼吸机电压正常，无需进行辅助呼吸机调压操作，否则在控制辅助呼吸机放电速率在合理区间的情况下，将辅助呼吸机功率分配到若干储能单元，储能单元执行电压调节操作，所述电压调节操作包括自适应电压调节方法以及基于二次平移方法的电压补偿方法。
[0146]
所述s4步骤中设置辅助呼吸机的调压时序，执行辅助呼吸机自动调压，包括：
[0147]
建立辅助呼吸机调压时序目标函数，所建立的辅助呼吸机调压时序目标函数为：
[0148][0149]
其中：
[0150]
f表示电能价格；
[0151]
wi表示储能单元ri的实际分配功率；
[0152]
δd表示辅助呼吸机调压区间；
[0153]
t表示辅助呼吸机的调压周期；
[0154]
生成若干组辅助呼吸机数据，将生成数据输入到目标函数中，计算得到最小的调压周期t，若需要执行辅助呼吸机调压，则在下一个调压周期执行电压调节操作。
[0155]
需要说明的是，上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。并且本文中的术语“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、装置、物品或者方法不仅包括那些要素，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、装置、物品或者方法所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、装置、物品或者方法中还存在另外的相同要素。
[0156]
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在如上所述的一个存储介质(如rom/ram、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
[0157]
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。