轴流式磁悬浮心脏泵控制系统的研究-论文-万方医学网

轴流式磁悬浮心脏泵控制系统的研究

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摘要轴流式磁悬浮心脏泵以其体积小，重量轻，能有效的解决血栓和溶血问题等优点，已经成为全球人工心脏辅助装置研究的重点和热点。本文旨在研制一种轴流式磁悬浮心脏泵轴向电磁轴承的控制系统。电磁悬浮轴承系统主要由以下几部分构成：位置传感器、控制器、功率放大器、电磁铁、转子五部分，前三部分构成了电磁轴承的控制系统。本文以控制系统为研究对象，对控制系统的三个部分进行深入的研究，主要做了以下工作：第一，文章给出了磁悬浮心脏泵磁轴承系统的结构设计思路和系统参数，推导出了磁轴承系统的数学模型，为控制器的设计打下了基础。第二，文章研制了适用于磁悬浮心脏泵的两种传感器：无位置传感器系统和基于霍尔元件的传感器系统，分别给了它们的检测原理、数学模型、硬件电路和测试结果。第三，文章对控制器进行了选择与比较，设计了控制器的硬件电路，给出了控制参数的计算算法，得出了较优控制效果的控制参数。第四，文章中研制了适用于磁轴承系统的常见的两种功放：PWM开关功放和线性功放，系统阐述了两种功放的设计过程，并给出了它们的性能测试结果。第五，在设计了性能优良的传感器、控制器和功率放大器后，将它们和电磁铁、转子组成闭环系统。对其分别进行了悬浮实验和电磁轴承的温升实验。实验结果表明，设计的控制系统能较好的满足磁悬浮心脏泵轴向磁轴承的要求，抗干扰能力强，转子在0.1s内快速恢复悬浮，控制效果良好，控制精度在10μm以下。