Электропривод на основе вентильного двигателя для аппарата искусственной вентиляции лёгких тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.09.03, кандидат наук Кульмухаметова, Александра Сериковна

• Кульмухаметова, Александра Сериковна
• кандидат наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат наук Кульмухаметова, Александра Сериковна

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение

1. Аппараты искусственной вентиляции легких

1.1 Классификация аппаратов ИВ Л и требования к ним

1.2 Медико-технические требования к аппарату ИВЛ

1.3 Принципы построения аппаратов ИВЛ

1.4 Привод

1.5 Сравнительная оценка приводов аппаратов ИВЛ

1.6 Выводы

2 Электроприводы аппаратов ИВЛ

2.1 Затраты мощности в аппарате ИВЛ

2.2 Требования к электроприводу

2.2 Применяемые типы электроприводов

2.3 Функциональная схема электропривода, построенного на основе ВД и краткое описание её элементов

2.4 Математическое описание ВД как динамической системы

2.5 Анализ энергетических режимов привода

2.5 Выводы

3. Векторное управление ВД

3.1 Сравнительная оценка бездатчиковых способов управления ВД

3.2 Управляемый синхронный режим

3.3 Динамические свойства привода в управляемом синхронном режиме

3.4 Выводы

4. Диагностика состояния электропривода и методы повышения его живучести

4.1 Общие методы оценки состояния элементов электропривода

4.2 Определение электромагнитного момента и момента сопротивления ВД

4.3 Выводы

5. Практическая реализация и экспериментальные исследования

5.1 Турбинный компрессор КВМ-1

5.2. Поршневые компрессоры аппаратов Фаза и ZisLine

5.3 Исследование КПД электродвигателя

5.4 Выводы

Заключение

Список литературы

Приложение 1. Принципиальная схема блока управления двигателем

Приложение 2. Листинг программы блока управления двигателем

Приложение 3 Справки о внедрении результатов работы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Электропривод на основе вентильного двигателя для аппарата искусственной вентиляции лёгких»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы определяется необходимостью организации производства и оснащения медицинских учреждений страны отечественной высокоэффективной медицинской техникой, в частности, аппаратурой искусственной вентиляции лёгких (АИВЛ).

Аппараты искусственной вентиляции лёгких используются, чаще всего, в критических ситуациях, связанных с угрозой жизни пациента. Поэтому эффективность и надёжность их действия напрямую влияют на решение вопроса сохранения его жизни. Более 80% потребностей отечественной медицины в АИВЛ покрывается за счет покупки аппаратов иностранного производства. В России на текущий момент производством АИВЛ занимается целый ряд предприятий например ОАО «Уральский приборостроительный завод», г. Екатеринбург, фирма «Тритон-Электронике», г. Екатеринбург, ООО «ФакторМедТехника», г. Москва, НПК «Оптима», г. Санкт-Петербург. Однако, в своих разработках эти предприятия используют электроприводы преимущественно зарубежного производства, которые, наряду с очевидными достоинствами, имеют и определенные недостатки, такие как, например, ременные передачи, наличие которых значительно снижает ресурс и надежность электропривода. Учитывая солидные затраты зарубежных производителей на рекламу (маркетинг), отечественным предприятиям, при использовании тех же самых (импортных) электроприводов, пока удается охватить не более 15 -20% отечественного рынка. При этом, современное состояние науки и техники в России позволяет разрабатывать и изготавливать электроприводы АИВЛ, которые не уступают зарубежным аналогам по основным характеристикам, а по некоторым и превосходят их, обеспечивая конкурентное преимущество как на отечественном, так и на зарубежном рынках.

В последнее время в электроприводах АИВЛ нашли применение вентильные электродвигатели с возбуждением от постоянных магнитов, имеющие высокие удельные показатели и отличную управляемость. При этом в поршневых ком-

прессорах чаще всего использовались приводы с высокоскоростными двигателями и понижающими скорость вращения механизмами. Это существенно сокращало ресурс работы привода, понижало его надёжность и повышало стоимость. Кафедра ЭМЭМС ЮУрГУ одна из первых предложила использовать безредуктор-ный привод. С одной стороны это позволило существенно уменьшить скорость вращения двигателя и исключить узел понижения скорости, соответственно повысив ресурс его работы и уменьшив стоимость. С другой стороны поставило ряд вопросов, возникающих при создании безредукторного привода. К ним следует отнести обеспечение равномерности вращения, сокращение числа информационных датчиков, диагностики состояния, снижение энергопотребления и др.

Исследованием низкооборотных приводов с ВД, в том числе и для медицинской техники, занимались С.А. Петрищев, А.Ф. Шевченко, Д.В. Коробатов, В.А. Лифанов, С.Г. Воронин, Г. Б. Вяльцев и целый ряда других авторов. Однако в работах указанных авторов практически не рассмотрены вопросы векторного управления ВД, слабо освещены вопросы обеспечения заданных динамических свойств, равномерности вращения двигателя, минимизации электрических потерь, диагностики его состояния. Между тем, при создании электропривода АИВЛ эти вопросы выступают на первый план. Например, равномерность вращения двигателя напрямую влияет на равномерность воздушного потока, поступающего в лёгкие и строго регламентируется. Без их решения, как показала практика, невозможно создание удовлетворяющего специфическим требованиям, конкурентно-способного электропривода АИВЛ.

На основании изложенного целью работы является развитие теории безре-дукторных электроприводов с вентильными двигателями для аппаратов искусственной вентиляции лёгких

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Анализ и систематизация требований, предъявляемых к электроприводам АИВЛ, обоснование выбранного типа и разработка электропривода, максимально

удовлетворяющего предъявляемым требованиям на основе исследований способов коммутации и описания динамических процессов.

2. Определение алгоритмов коммутации вентильного двигателя, обеспечивающих максимальное значение электромагнитного к.п.д. двигателя

3. Разработка алгоритмов управления электроприводом аппарата искусственной вентиляции легких на основе исследований динамических режимов в управляемом синхронном режиме и методов демпфирования колебаний ротора.

4. Разработка методов непрерывной диагностики состояния электропривода в процессе его эксплуатации, обеспечивающих получение информации, необходимой для прогнозирования отказов.

5. Уточнение математических моделей динамических процессов электропривода в составе АИВЛ.

6. Внедрение разработанных электроприводов для аппаратов искусственной вентиляции легких.

Методы исследования. Для решения поставленных задач использовались теоретические и эмпирические методы исследования, базирующихся на фундаментальных положениях теории электромеханического преобразования энергии, теории автоматического управления, а также методы математического моделирования с использованием стандартных компьютерных программ.

Обоснованность и достоверность научных положений и выводов подтверждается следующим:

- при математическом описании и моделировании электромеханических преобразователей использованы общепринятые в электромеханике и теоретической электротехнике, проверенные практическими разработками допущения;

- адекватность используемых математических моделей, результаты моделирования и теоретических исследований подтверждены экспериментальными данными, полученными автором;

- основные положения диссертации докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях различного уровня и опубликованы в печати, в том числе в изданиях, рекомендованных ВАК.

Научное значение работы:

- теоретически обоснованы условия, в виде соотношения электромагнитной и электромеханической постоянных, при которых динамическая модель ВД с возбуждением от постоянных магнитов с достаточной степенью точности соответствует динамической модели классического коллекторного двигателя постоянного тока;

- установлено, что при определённом соотношении параметров электродвигателя дискретная 120-градусная коммутация по энергетическим показателям не проигрывает векторному управлению и с этой точки зрения может оказаться даже более предпочтительной;

- установлено, что при векторном управлении за счет регулирования угла коммутации ВД при изменении скорости вращения появляется возможность не только решать вопросы минимизации энергопотребления двигателя, но и существенно изменять его механические характеристики;

- разработан упрощенный алгоритм векторного управления ВД в управляемом синхронном режиме, обеспечивающий высокую равномерность вращения двигателя при стабильной нагрузке на валу;

- предложен новый метод оценки электромагнитного момента двигателя по измеряемым электрическим координатам, которая одновременно осуществляет диагностику механической части ИВЛ и управление электроприводом.

Научные положения и результаты, выносимые на защиту:

- аналитические соотношения электромагнитной и электромеханической постоянных, при которых динамические процессы в ВД могут рассматриваться в виде линейных дифференциальных уравнений, либо в виде нелинейной модели с перекрестными связями;

- упрощенный алгоритм векторного управления ВД в управляемом синхронном режиме;

- метод оценки электромагнитного момента двигателя по измеряемым электрическим координатам;

Научная новизна работы заключается в следующем:

- впервые определены условия, ограничивающие область существования упрощенной и полной моделей ВД;

- теоретически показана возможность оптимизации энергетических показателей двигателя и качественного изменения вида его механической характеристики путем регулирования угла коммутации в функции от скорости вращения ротора;

- разработан метод определения электромагнитного момента по измеряемым электрическим координатам, позволяющий одновременно решать вопросы диагностики состояния двигателя и управления им в рабочем режиме

- дано теоретическое обоснование и разработана практическая схема реализации управляемого синхронного режима ВД, отличающегося значительным сокращением требуемого вычислительного ресурса при реализации векторного управления по сравнению с другими известными методами.

Практическое значение работы заключается в следующем:

-обосновано, что в большинстве случаев для АИВЛ компрессорного типа предпочтительно применение электропривода, построенного на основе вентильных электродвигателей (ВД) с векторным управлением;

- определены соотношения параметров электродвигателя, при которых дискретная 120-градусная коммутация по энергетическим показателям не проигрывает векторному управлению;

- разработан упрощенный, с точки зрения объёма используемого вычислительного ресурса, алгоритм векторного управления ВД обеспечивающий высокую равномерность вращения двигателя при стабильной нагрузке на валу;

- внедрены в производство разработанные электроприводы, по техническим характеристикам и эксплуатационным свойствам не уступающие лучшим современным отечественным и зарубежным образцам

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на конференциях:

- на XXXXI Всероссийском симпозиуме по механике и процессам управления «Механика и процессы управления» (г. Миасс, 2011 г.);

- на IV международной научно-практической конференции «Проблемы электротехники, электроэнергетики и электротехнологии» (ТГУ, Тольятти, 2012 г.);

- на международной научно-практической конференции «Измерения: состояние, перспективы развития» (ЮУрГУ, Челябинск, 2012 г.);

- на международной научно-практической конференции «Состояние и перспективы развития электротехнологии» (ИГЭУ, Иваново, 2013 г.);

- на II научной конференции аспирантов и докторантов (ЮУрГУ, Челябинск, 2010 г.);

- на научно технических конференциях Южно-Уральского государственного университета (2008-2013 гг.).

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 15 печатных работ, из них 4 работы опубликованы в изданиях, рекомендованных ВАК, 1 свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ.

Структура и объем диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав основного текста объемом 113 страниц, заключения, списка литературы из 112 наименований, трех приложений. Общий объем диссертации 145 страниц, включая 37 рисунков и 3 таблиц.

1. АППАРАТЫ ИСКУССТВЕННОЙ ВЕНТИЛЯЦИИ ЛЕГКИХ

1.1 Классификация аппаратов ИВЛ и требования к ним

Искусственная вентиляция легких (ИВЛ) - метод поддержания газообмена в организме периодическим искусственным перемещением воздуха или другой газовой смеси в легкие и обратно в окружающую среду. Аппарат искусственной вентиляции лёгких (аппарат ИВЛ) - это медицинское оборудование, которое предназначено для принудительной подачи газовой смеси (кислород + сжатый осушенный воздух) в лёгкие с целью насыщения крови кислородом и удаление из лёгких углекислого газа. Аппарат ИВЛ может быть как ручным (мешок «АМ-БУ»), так и механическим. Сжатый воздух для работы механического аппарата может подаваться как из центральной системы газоснабжения медицинского учреждения или баллона сжатого воздуха (при транспортировке), так и от индивидуального миникомпрессора. Современные аппараты ИВЛ являются крайне высокотехнологичным медицинским оборудованием. Они обеспечивают респираторную поддержку пациента, как по объему, так и по давлению. Существует масса режимов вентиляции, в том числе те, которые позволяют пациенту переходить от контролируемого к спонтанному дыханию.

Способы проведения искусственной вентиляции

Существует два основных способа искусственной вентиляции легких (ИВЛ): способ вдувания и наружный (внешний) способ. При первом способе ИВЛ осуществляется путем подачи газовой смеси непосредственно в верхние дыхательные пути; при втором - в результате наружного воздействия на стенки грудной полости: грудную клетку или диафрагму [1]. В настоящей диссертации речь идет об аппаратах первого типа.

При этом способе поступление дыхательного газа в легкие обеспечивается его нагнетанием в легкие. Существует два главных типа ИВЛ: вентиляция с положительным давлением и вентиляция с отрицательным давлением. Вентиляция с

положительным давлением может быть инвазивной (через эндотрахеальную трубку) или неинвазивной (через лицевую маску) [2]. Возможна также вентиляция с переключением фаз по объёму и по давлению. К многочисленным разным режимам ИВЛ относятся управляемая искусственная вентиляция (СМУ), вспомогательная искусственная вентиляция (ВИВЛ, АСУ), перемежающаяся принудительная (мандаторная) вентиляция (1МУ), синхронизированная перемежающаяся принудительная вентиляция (81МУ), вентиляция с контролируемым давлением (РСУ), вентиляция с поддерживающим давлением (РВУ), вентиляция с инвертированным отношением вдоха и выдоха (иИВЛ, ШУ), вентиляция сбросом давления (РКУ) [3, 4, 5] и высокочастотные режимы.

1.2 Медико-технические требования к аппарату ИВЛ

Требования к аппаратам ИВЛ регулируются ГОСТ 18856-81 [6]. ГОСТ не

распространяется на аппараты высокочастотной ИВЛ [7,8].

Согласно ГОСТ можно провести классификацию аппаратов ИВЛ Таблица 1.1— Рабочая классификация аппаратов ИВЛ

Основной признак Дополнительные признаки

По широте функциональных возможностей и возрасту пациента: - для взрослых и детей старше 6 лет (1,2,3 группы) - для детей в возрасте до 6 лет (4 группа) - для новорожденных и детей первого года жизни (5 группа)

По способу действия - респираторы наружного действия - респираторы внутреннего действия - электростимуляторы дыхания

Продолжение таблицы 1.1

По типу привода - с ручным приводом - с электроприводом - с пневмоприводом - с комбинированный приводом

По предназначению - стационарные - транспортные

По типу управляющего устройства - немикропроцессорные респираторы - микропроцессорные (интеллектуальные) респираторы

По способу управления ин-спираторной фазой с контролем по: - давлению - объему - потоку - времени

По способу переключения фаз дыхательного цикла - с выдоха на вдох (инициация вдоха или тригге-рование) - с вдоха на выдох (цитирование) - по времени - по давлению - по потоку - по объему

По назначению - общего назначения; - специального назначения

Анализируя существующие аппараты ИВЛ и в соответствии с ГОСТ 18856-

81 можно отметить, что их параметры могут изменяться в следующих пределах: (для 1-3 (4) групп)

- дыхательный объем 0,1 ... 2,5 л;

- минутная вентиляция 0,5 ... 50 л/мин;

- частота дыхания 10 ... 99 ±5 мин"1 ;

- отношение длительности вдоха и выдоха 1:1,3 ... 1:3.

- Уровень звуковой мощности - до 60 дБА

- Для аппаратов ИВ Л с пневмоприводом и электроприводом:

1) безотказная наработка- 5*105...10*105 ч

2) средняя наработка на отказ - 10* 105...20* 105 ч

3) средний срок служб до ремонта - 2 г

4) средний полный срок службы - 4 г

5) Время установления рабочего режима аппаратов должно быть не более 30 с.

Аппарат должен обеспечивать подачу дыхательной смеси пациенту по нереверсивному дыхательному контуру. Необходимо также обеспечить возможность работы аппарата во многих режимах.

Для обеспечения этих требований целесообразно управление аппаратом осуществлять с помощью микропроцессора. Применение перепрограммируемой памяти программ позволит создать гибкую систему управления и производить диагностику состояния аппарата в рабочем режиме.

Индикацию установленных параметров для улучшения восприятия необходимо отображать на цифровых табло. При работе аппарата должны отображаться такие параметры: минутная вентиляция, частота вентиляции, отношение длительности вдоха к длительности цикла, объем вдоха, скорость вдувания, температура дыхательной смеси.

Во избежание несчастных случаев во время ИВЛ, особенно при длительной ИВ Л [9,10], должны быть предусмотрены световая и звуковая сигнализации в случаях: превышение температуры дыхательной смеси выше 41°С, непредвиденного отключения напряжения питающей сети, разгерметизации дыхательного контура.

Электрическое питание аппарата должно осуществляться как от сети переменного тока напряжением 220В с частотой 50Гц, так и переходить на автономный источник питания - аккумуляторные батареи напряжением 12В.

Аппарат ИВЛ должен быть надежным и удобным в эксплуатации и обеспечивать минимальные затраты времени, энергии и средств на ремонт.

При этом минимальная рабочая температура +10°С, максимальная рабочая температура +35 °С.

1.3 Принципы построения аппаратов ИВЛ

В составе аппарата ИВЛ (АИВЛ) можно выделить три структурных блока:

- источник газа, подаваемого пациенту (генератор вдоха);

- распределительное устройство, представляющее собой совокупность исполнительных механизмов, обеспечивающих характеристики газового потока в различных фазах дыхательного цикла в соответствии с управляющими сигналами, поступающими на их входы;

- система управления, формирующая эти сигналы по алгоритмам, определяемым выбранными режимами и параметрами ИВЛ [1].

Анализ принципов построения современных зарубежных АИВЛ показывает, что в конструкции распределительного устройства применяются электронно-управляемые исполнительные механизмы, а система управления и отображения информации построена, как правило, на мощной микропроцессорной технике.

Эти принципы построения позволяют обеспечить:

- высокую надёжность работы аппарата и безопасность для пациента;

- функциональность, то есть возможность реализации большинства апробированных методик ИВЛ;

- мониторинг задаваемых параметров и параметров состояния пациента.

В отечественных образцах АИВЛ преобладает принцип построения распределительного устройства на комбинации пневмомеханических и электромеханических исполнительных механизмов. Этот принцип не позволяет использовать в системе управления все возможности микропроцессорной техники, так как многие параметры режимов ИВЛ приходится регулировать вручную.

Однако, как в отечественных, так и в зарубежных образцах АИВЛ используются различные принципы построения распределительных устройств, различные алгоритмы управления режимами и параметрами ИВЛ для аппаратов различных областей применения. Следствием этих различий являются:

- необходимость разработки нового аппарата при появлении новой медицинской методики респираторной поддержки;

- необходимость запоминания врачом алгоритмов управления всех АИВЛ, находящихся в отделении;

- определённые трудности в техническом обслуживании АИВЛ.

Проведенные исследования МОКБ «Марс», совместно с ведущими специалистами Центра сердечно-сосудистой хирургии им. А.Н. Бакулева РАМН, МОНИКИ им. М.В. Владимирского и 7-ой клинической больницы показали, что блочно-модульный принцип построения АИВЛ обеспечивает:

- единую конфигурацию распределительного устройства АИВЛ любой области применения на базе пропорциональных электропневматических регуляторов (ПЭПР) [11];

- общий алгоритм управления режимами и параметрами ИВЛ для аппаратов различных областей применения;

- возможность дальнейшей модернизации АИВЛ при появлении новых медицинских методик респираторной поддержки за счет изменения программного обеспечения без изменения его конструкции.

Основным модулем АИВЛ нового поколения является локальный контур управления (ЛЕСУ) режимами и параметрами ИВЛ. Блок-схема ЛКУ представлена на рисунке 1.1

мм Пндонг

Рисунок 1.1- МП-контроллер на базе PIC 16С74

В представленной блок-схеме ПЭПР 2, 3 одновременно и независимо выполняют несколько функций:

- смеситель двух газов;

- регулятор скорости постоянного потока газовой смеси (регулятор минутной вентиляции);

- регулятор частоты вентиляции;

- регулятор относительного времени вдоха (Ti/Tc, %);

- регулятор давления и формы кривой скорости потока в фазу вдоха.

ПЭПР 1 в совокупности с электропневмораспределителем (ЭМК) и мембранной коробкой (МК) выполняет функции управляемого клапана выдоха, позволяющего регулировать величину давления конца выдоха [12, 13].

Микропроцессорный (МП) контроллер (рисунок 1.2) построен на базе контроллера PIC16C74.

от

□

+5В

11

Е,1к

.4

3?

§2 83 54

38

зе

40

гг

31

1

24

ЙШ6С74

№ 2

19 3

Ж 4

21

22 в

37 7

28 8

28 а

30 1С

23

СС2

4_3

2_е

ю 5,

18

74248

10

16

17

33

схшайр

и| :

5

В

?

8

9

10

11

12

15

16

17

18

1&

20

4

5 в 7

в 5

10 1 2

1

2

3

4

5

6

7

8

II

12

9

Ш

13

14

34

12

13

14

15

+5В

Шй М1641

25

ьт

и

26

12

1 0: 1 О:

А02са

14

12-

Ш £

Тх \

Нх \ 113232 &№/

'1,0

15^1,0

Рисунок 1.2 — Схема комплексного оснащения палаты реанимации

Данный контроллер обладает наиболее полным набором аппаратных и процедурных средств для реализации локальных контуров управления газовым потоком в сочетании с развитыми средствами коммутации, необходимыми при взаимодействии с глобальным уровнем управления.[14]

В схемах каждого аппарата всегда можно выделить основные структурные блоки: источник газа, подаваемого пациенту (генератор вдоха); распределительное устройство, задающее требуемые направления движения газа в различных фазах дыхательного цикла; механизм управления распределительным устройством.

Дыхательная

смесь газов

Воздушная

магистраль

Расход

Генератор вдоха

Мех ^адоха

Увлажнитель

Распределительный механизм

Клапан подача

Измерение

параметров

дыхания

Клапан |доха

Синхронизация цикла дыхания

дыхательная маска

11ч

Воздух Наркозная смесь

Клапан

выдоха

Генератор выдоха

Рисунок 1.3 - Структурная схема аппаратов ИВЛ

Основным узлом аппарата ИВЛ является генератор вдоха, подающий во время вдоха дыхательную смесь в легкие пациента. Для снижения негативного действия искусственного дыхания на гемодинамику применят генератор выдоха, аналогичный генератору вдоха. Необходимую коммутацию газовых потоков осуществляет распределительный механизм, переключающий из режима вдоха в режим выдоха и обратно, после достижения заданных значений дыхательных объемов, временных фаз дыхания или давления [15].

Отличительным признаком генератора вдоха переменного потока является возможность выделения двух состоянии: вдоха, когда газ непосредственно или через разделительную емкость подается пациенту, и состояния выдоха, во время которого генератор набирает новую порцию газа. Если в насосе-генераторе постоянного потока единичный рабочий цикл либо вообще невозможно выделить, либо его длительность намного меньше длительности дыхательного цикла, то единичный рабочий цикл генератора вдоха переменного потока полностью совпадает с длительностью фаз дыхательного цикла.

Примерами генератора вдоха постоянного потока могут служить инжекторы, часто применяющиеся в аппаратах с приводом от сжатого газа, или насосы, рабочий орган которых с помощью электропривода выполняет движение с большой частотой.

Генераторы выдоха

Генератором выдоха называют устройство, обеспечивающее во время выдоха выведение газа из легких пациента и характеризующееся максимальным создаваемым давлением и внутренним сопротивлением. Во время ИВЛ с пассивным выдохом в аппарате ИВЛ генератор выдоха отсутствует, но теоретически и в этом случае можно считать, что к пациенту во время выдоха подключен генератор выдоха с нулевым максимальным давлением и незначительным внутренним сопротивлением липни выдоха.

По мере развития ИВЛ появляется тенденция к усложнению требований к различным временным характеристикам дыхательного цикла. Организация в аппарате высокочастотного режима работы, задержки на вдохе, вспомогательной вентиляции, изменения отношения продолжительностей вдоха и выдоха, перемежающейся принудительной вентиляции - все это требует в определенные моменты обеспечить быстрое прекращение или, наоборот, начало вдувания газа в легкие пациента. Такое гибкое управление «ременными характеристиками дыхательного цикла практически неосуществимо в генераторах вдоха переменного потока с механическим приводом. Оно затруднительно и при других видах привода генераторов вдоха этого типа, поскольку такой генератор определенную долю дыхательного цикла находится в состоянии подготовки к следующему вдуванию газа.

1.4 Привод

Поскольку способ подведения энергии к аппарату ИВЛ оказывает глубокое влияние на потребительские свойства и конструкцию, целесообразно детально рассмотреть эти способы и проанализировать их особенности.

г I

В аппаратах с ручным приводом источником энергии является мускульная сила оператора. Непосредственное сжатие мешка или меха рукой полностью выявляет преимущества этого привода: простоту устройства, минимальные потери мощности и получение оператором ощущения непосредственного контакта с легкими пациента. Эти аппараты не являются, конечно, альтернативой всем другим и находят применение в скорой помощи и как аварийное средство.

Пневматический привод

Поскольку выходной энергией аппарата ИВЛ является энергия пневматическая, то и привод его от заранее сжатого газа кажется наиболее простыми удобным. О внедрении в практику такого привода свидетельствует развивающееся оснащение лечебных учреждений системами централизованной подачи кислорода. В России и во многих зарубежных странах организовано серийное производство элементов пневмоавтоматики, выполняющих роль силовой части аппаратов и системы их управления. Преимуществом аппарата с пневмоприводом является возможность выполнения его автономным, т.е. независящим от внешнего источника энергии, что имеет первостепенное значение для экстренной помощи пациенту в службе скорой помощи, горноспасательной службе, службе спасения утопающих и т.п. Даже в условиях стационарного лечебного учреждения может возникнуть необходимость проведения ИВЛ в ситуации экстренной реанимации в приемном и других неспециализированных отделениях, в оснащение которых аппаратура ИВЛ не входит. В таких случаях компактный аппарат, обеспечивающий ИВЛ в течение хотя бы 20 мин без подключения к внешнему источнику энергии, крайне необходим. В аппарате с пневмоприводом сравнительно просто обеспечить изоляцию дыхательных путей пациента от атмосферы, непригодной для дыхания. Если дыхательный газ или окружающая атмосфера взрывоопасны, то пневматический привод аппарата потенциально менее опасен, чем электрический. Это способствовало широкому распространению аппаратов ИВЛ с пневмоприводном, ап-

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Кульмухаметова, Александра Сериковна, 2013 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Бурлаков, Р.И. Искусственная вентиляция легких. Принципы, методы, аппаратура / Р.И. Бурлаков, Ю.Ш. Гальперин, В.М. Юревич. - М: Медицина, 1986.-240 с.

2. Кассиль, В.Л. Искусственная и вспомогательная вентиляция легких: руководство для врачей / В.Л.Кассиль, М.А. Выжигина, Г.С. Лескин. - М: Медицина, 2004. - 480 с.

3. Гальперин, Ю.С. Режимы искусственной и вспомогательной вентиляции легких. Классификация и определения / Ю.С. Гальперин, В. Л. Кассиль // Вестник интенсивной терапии, 1996 г. - № 2-3. - С. 34-52

4. Типы искусственной вентиляции легких. -http ://www.triton.ru/index.php?page= 142

5. Марино, Пол Л. Интенсивная терапия / Пол Л. Марино; пер. с англ. под общ. ред. А. П. Зильбера. — М.: ГЭОТАР- Медиа, 2010. - 768 с.

6. ГОСТ 18856-81 Аппараты ингаляционного наркоза и искусственной вентиляции легких. Общие технические требования. Методы испытаний [Текст]. -Введ. 1982-07-01. -М. : Изд-во стандартов, 1989. - 31 с.

7. Зислина, Б.Д. Высокочастотная струйная искусственная вентиляция лёгких / Б.Д. Зислина, М.Б. Конторовича, A.B. Чистякова - 2-е изд., расшир.и доп. - Екатеринбург: Изд-во АМБ, 2010. - 312с.

8. Зислин, Б.Д. Высокочастотная вентиляция (ВЧ ИВ Л): вчера, сегодня, завтра / Б.Д Зислин - http://www.triton.ru/index.php?page=143

9. Звягин, A.A. Проблемы длительной вентиляции легких у больных в критическом состоянии / A.A. Звягин, В.В. Казеннов, И.Ю. Ларионов, Д.Б. Аме-ров, С.А. Оруджева, М.Н. Шишкин, И.А. Коряков, A.B. Бурсук // Хирургия. Журнал им. Н.И. Пирогова, 2008. - С.27-34

10. Завертайло, JI.JI. Прекращение длительной искусственной вентиляции лёгких. Обзор литературы / Л.Л. Завертайло, Е.А. Ермаков, Г.В. Семенькова, O.A. Мальков, И.Н. Лейдерман // Интенсивная терапия, 2007 - №3 http://icjcorp.ru/2007-03-09.html

11. Кантор, П.С. Применение пропорционального электропневматического регулятора в аппаратах ИВЛ. / П.С. Кантор, Г.С. Лескин, C.B. Ульянов. - М.: Медицинская техника, 1994 -http://catalog.gaw.ru/index.php?page=document&id=:1538

12. Кантор, П.С.Применение пропорционального электропневматического регулятора в аппаратах ИВЛ / П.С. Кантор, Г.С. Лескин, C.B. Ульянов - М.: Медицинская техника. - 1994. - № 1.

13. Ульянов, С.В.Интеллектуальное управление процессом искусственной вентиляции легких с использованием нечеткого регулятора / C.B. Ульянов, Е.В. Колбенко. - Электронный журнал «Системный анализ в науке и образовании», 2011.-вып. 2.-С. 1-16

14. Кантор, П. Новое поколение аппаратов искусственной вентиляции легких / П. Кантор, В. Лопашов, М. Филатов, Г. Лескин. - Журнал ChipNews, 2000

№9. - http://info.linuxoid.in/journals/Chip%20News/1999-

2000/html.cgi/arhiv/00_09/stat_2 8 .htm

15. Царенко, С. В.Практический курс ИВЛ / С. В. Царенко. - М.: Медицина, 2007. - ISBN 5-225-03892-1, 160 с.

16. Первый московский приборостроительный завод им.В.А. Казакова — www.lMPZ.ru ОАО

17. Аппарат 200242 Диана - http://55355.ru/0100/001_788.htm

18. Аппарат искусственной вентиляции легких NPB-840 -http://www.mediko.ru/index.php?id=107

19. Аппарат ИВЛ Flight 60 - http://www.mediko.ru/index.php?id=5298

20. Аппарат ИВЛ с наркозным блоком Фаза-5НР -http://www.mediko.ru/index.php?id=98

21. Аппарат ИВЛ Элан-НР - http://www.mediko.ru/index.php?id=l 12

22. Аппарат искусственной вентиляции легких (ИВЛ) Savina (Савина) -http ://www.mediko .ru/index.php?id= 101

23. Аппарат ИВЛ Flight 60 (НТ-50 Ньюпорт) http://www.mediko.ru/index.php?id=53 01

24. Аппарат ИВЛ SERVO ventilator 900 (Сервовентилятор 900) -http://topsiemens.ru/145-apparat-ivl-servo-ventilator-900-servoventilyator.html

25. Кантор, П.С Методика расчета энергетических потерь в аппаратах искусственной вентиляции легких / П.С. Кантор, Ю.С. Гальперин // Новости медицинской техники. - М., Медицина, 1974. - вып. 2, с. 39 - 42.

26. Аппарат ИВЛ для новорожденных -http://www.draeger.com/sites/en_uk/Pages/Hospital/Draeger-Babylog-VN500.aspx

27. Аппарат ИВЛ для новорожденных SERVO-i Infant -http://www.mttechnica.ru/medical61-12-1544.html

28. Аппарат ИВЛ турбинного типа - http://med-p.ru/catalog/lrea-lvent-ivent201.php

29. Электропривод аппарата искусственной вентиляции легких [Текст]: Отчет о НИР (заключ.) / ООО «Медэлт»; рук. Коробатов Д.В., исполн. A.C. Куль-мухаметова, A.A. Рользинг, A.A. Шевченко. - Челябинск, 2010г. - 112 с.

30. Кенио, Т.С. Двигатели постоянного тока с постоянными магнитами / Т. Кенио, С. Нагамори; пер. с англ. - М.: Энергоиздат, 1989. - 184 с.

31. Пат. 2231202 Российская Федерация, МПК7 Н 02 К 29/06, 29/00. Электродвигатель / С.Г. Воронин, С,А. Петрищев, A.A. Рользинг, Б.Н. Хабаров. -№ 2002128888/09; за-явл. 28.10.2002; опубл. 20.06.2004, Бюл. № 17. -4 с.

32. Harashima, F. Power electronics and motion control - a future perspective / F. Harashima // Proceedings of the IEEE. - 2004. - V. 82, № 8. - P. 112-115.

33. Jahns, T.M. Motion Control with Induction Motors / T.M Jahns // Proceedings of the IEEE. - 2004. - V. 82, № 8. - P. 147-152.

34. Lorenz, R.D. Motion Control with Permanent-Magnet AC Machines / R.D. Lorenz, T.A. Lipo, D.W. Novotny // Proceedings of the IEEE. - 2004. - V. 82, № 8. -P. 122-127.

35. Воронин, С.Г. Динамика гироскопических систем с учетом нелиней-ностей электроприводов: монография / С.Г. Воронин, С.А. Уфимцев. - Челябинск-Екатеринбург : Изд-во ЮУрГУ, 2002 - 169 с.

36. Коробатов, Д.В. Способы реализации векторного управления вентильным электродвигателем / Д.В. Коробатов, Н.Ю. Сидоренко // Вестник ЮУрГУ. Серия «Энергетика». - 2004. - вып. 5. - № 4(33). - С. 84-88.

37. Воронин, С.Г. Управляемый электропривод: конспект лекций / С.Г. Воронин. — Челябинск : ЧГТУ, 1996. — Ч. 1. - 64 с.

38. Воронин, С.Г. Управление коммутацией вентильного двигателя по сигналам ЭДС вращения / С.Г. Воронин // Вестник ЮУрГУ. Серия «Энергетика». - 2001. - вып. 1. - № 4(04). - С. 77-83.

39. Тиманов, A.B. Электропривод с высокоскоростным вентильным двигателем посто-янного тока для инерционной нагрузки: дисс. ... канд. техн. наук / A.B. Тиманов. - Челябинск, 1986. - 134 с.

40. Воронин, С.Г. Динамика гироскопических систем с учетом нелиней-ностей электро-приводов: монография / С.Г. Воронин, С.А. Уфимцев. - Челябинск-Екатеринбург : Изд-во ЮУрГУ, 2002 - 169 с.

41. Никулин, В.Б. Влияние технологических погрешностей электрической машины БДПТ на величину пульсаций вращающего момента / В.Б. Никулин // Элементы, уст-ройства и математическое обеспечение информационно-преобразовательных систем: сб. науч. тр. - Рязань: РРТИ, 1985. - С. 41-47.

42. Воронин, С.Г. Электропривод летательных аппаратов: конспект лекций / С. Г. Воронин - Челябинск: Издательство ЮУрГУ, 2008 - 4.2. - 114 с.

I

/

43. Бродин, В.Б. Системы на микроконтроллерах и БИС программируемой логики / В.Б. Бродин, A.B. Калинин. - М.: ЭКОМ, 2002. - 154 с.

44. Голубцов, М.С. Микроконтроллеры AVR: от простого к сложному / М.С. Голубцов, А.В. Кириченкова. Изд.2-е, испр. и доп. - М.: COJIOH-Пресс, 2004. - 304 с.

45. Козаченко, В.Ф. Основные тенденции развития встроенных систем управления двигателями и требования к микроконтроллерам / В.Ф Козаченко // Chip News. - 1999. - № 5. - С. 24-29.

46. Baik, I.-C. DSP-Based Robust Nonlinear Speed Control of PM Synchronous Motor / I.-C. Baik, K.-H. Kim, M.-J. Youn.// Electric Machines and Power Systems. - 1999. - № 27. - P. 481—499.

47. Cendoya, M. Algorithm for rotor position and speed estimation in permanent magnet ac motors / M. Cendoya, J. Solsona, G. Toccaceli, M. Valla // INT. J. ELECTRONICS, - 2002. - V. 89, №. 9. - P. 717-727.

48. Choi, S.-H. Precise position control using a PMSM with a disturbance observer containing a system parameter compensator / S.-H. Choi, J.-S. Ко, I.-D. Kim, J.-S. Park, S.-C. Hong. // IEE Proc.-Electr. Power Appl. - 2006. - V. 152, № 6. - P. 15731577.

49. Kim, Y.S. Speed-sensorless vector control for permanent-magnet synchronous motors based on instantaneous reactive power in the wide-speed region / Y.S. Kim, Y.K. Choi, J.H. Lee. // IEE Proc.-Electr. Power Appl. - 2005. -V. 152, № 5. - P. 1343-1349.

50. Monajemy, R. Control Strategies and Parameter Compensation for Permanent Magnet Synchronous Motor Drives: diss, doctor of philosophy in Electrical Engineering / R. Monajemy. - Blacksburg, Virginia. - 2000. - 172 p.

51. Stankovic, V. Position estimation in salient PM synchronous motors based on PWM exci-tation transients / V. Stankovic, A.M. Blasko, V. Petrovic.// IEEE Transactions on Industry Applications. - 2003. - V. 39,1. 3, P. 835-844.

52. Wang, S.-J. A flux estimation method for a permanent-magnet synchronous motor / S.-J. Wang, C.-H. Fang , S.-K. Lin. II Journal of Magnetism and Magnetic Materials. - 2004. -№ 282. - P. 355-359.

53. Yousfi, D. A New Position and Speed Estimation Technique for PMSM with Drift Cor-rection of the Flux Linkage / D. Yousfi, M. Azizi, A. Saad. // Electric Power Components and Systems. - 2001. - № 29. - P. 597-613.

54. . Yuanzi, D. Digital Control of a Permanent Magnet Synchronous Motor Drive without Mechanical Sensor / D. Yuanzi, L.K. Soon, G. Xiuli // Electric Power Components and Sys-tems. - 2001. -№ 29. - P. 459-477.

55. Ильинский, Н.Ф. Общий курс электропривода: для электротехн. и электроэнерг. спец. вузов / Н.Ф. Ильинский, Козаченко В.Ф. - М.: Энергоатомиз-дат.- 1992.-543 с.

56. Теоретические основы электротехники: Учебное пособие. - В 4 ч. / Под ред. Г.М. Торбенкова. - Челябинск: изд-во ЮУрГУ, 2001.

57. Электротехника: учеб. пособие для вузов: В 3 кн. Кн. II. Электрические машины. Промышленная электроника. Теория автоматического управления / под ред. П.А. Бутырина, Р.Х. Гафиятуллина, A.JI. Шестакова. - Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2004.-711 с.

58. Can, Н. Neural network-based stator voltage compensator for low-frequency operation of a vector-controlled induction motor drive / H. Can, E. Akin // Electrical Engineering. - 2002. - №84. - P. 287-293

59. Augusto, L. SVM PMSM Drive With Low Resolution Hall-Effect Sensors / L. Augusto, A. Solero, L. Crescimbini, F.D. Napoli. // IEEE Transactions on Power Electronics. - 2007. - V. 22,1. 1. - P. 282-290

60. Воронин, С.Г. Векторное управление вентильного электропривода / С.Г. Воронин, Д.В. Коробатов, В.В. Запунный, П.О. Шабуров // Вестник ЮУрГУ. Серия «Энергетика». - 2004. - вып. 5. - № 4(33). - С. 11-15.

61. Никулин, В.Б. Влияние технологических погрешностей электрической машины БДПТ на величину пульсаций вращающего момента / В.Б. Никулин // Элементы, устройства и математическое обеспечение информационно-

преобразовательных систем: сб. науч.

тр. - Рязань: РРТИ, 1985. - С. 41^17.

62. Ait-gougam, Y. Inverse modelling and pulsating torque minimization of salient pole non-sinusoidal synchronous machines / Y. Ait-gougam, R. Ibtiouen, O. Touhami, J.-P. Louis, M. Gabsi. // Electr. Power Syst. Res. - 2007. -doi: 10.1016/j .epsr.2007.01.003

63. Bogosyan, S. Adaptive Torque Ripple Minimization of Permanent Magnet Synchronous Motors for Direct Drive Applications / S. Bogosyan, M. Gokasan // Proc. of the IEEE IAS Annual Meeting. - 1995. -V. 1, Orlando, FL, P. 231-237.

64. Kramer, B. Smooth rotation. An adaptive algorithm kills jerky motions in motors / B. Kramer // Machine Design, Jan, 25, 2007, P. 44-50.

65. Qian, W. Periodic speed ripples minimization in PM synchronous motors using repetitive learning variable structure control / W. Qian, S.K. Panda, J.X. Xu. // ISA Transactions. - 2003. - № 42. - P. 605-613.

66. Qian, W. Torque ripple minimization in PM synchronous motors using iterative learning control / W. Qian, C. Panda, K. Sanjib, J.X. Xul // IEEE Transactions on Power Electronics. - 2004. -V. 19,1. 2. - P. 272-279.

67. Пат. 2231202 Российская Федерация, МПК 7 Н02К29/06, Н02К29/00, Электродвигатель / Воронин С.Г., заявитель и патентообладатель ОАО «Миассэ-лектроаппарат». -№ 2002128888/09; заявл. 28.10.2002; опубл. 20.06.2004

68. Овчинников И.Е., Лебедев Н.И. Бесконтактные двигатели постоянного тока с транзисторными коммутаторами. - Л., Наука, 1979. - 270с.

69. Михалев А.С., Миловзоров В.П. Следящие системы с бесконтактными двигателями постоянного тока. - М.: Энергия, 1979. - 160с.

70. Башарин А.В., Новиков В.А., Соколовский Г.Г. Управление электроприводами: Учебное пособие для вузов. - Л.: Энергоиздат, 1982. - 392 с.

71. Микроэлектродвигатели для систем автоматики (Технический справочник). Под ред. Э.А. Лодочникова, Ю.М. Юферова. - М.: Энергия, 1969. - 212с.

72. Воронин, С.Г. Электропривод летательных аппаратов: Конспект лекций.- Челябинск: Издательство ЮУрГУ, 2006. - 4.1 - 171с.

73. Герман - Галкин С.Г. Компьютерное моделирование полупроводниковых систем в MATHLAB 6.0: Учебное пособие. - СПб.: КОРОНА принт, 2001. -320 с.

74. Busca, С. Open loop low speed control for PMSM in high dynamic application / C. Busca . - Denmark: Aalborg university, 2010. - 110 c.

75. Воронин, С.Г. Электромагнитный момент и момент сопротивления на валу синхронного электродвигателя с возбуждением от постоянных магнитов / Воронин С.Г., Курносов Д.А., Коробатов Д.В., Шабуров П.О., Кульмухаметова A.C. // Электротехника, 2012. № 02- С. 2-5.

76. Voronin, S.G. Electromagnetic and resistance torque on a synchronous motor shaft with permanent magnet excitation / S.G. Voronin, D.A. Kurnosov, D.V. Korobatov, P.O. Shaburov, A.S. Kul'mukhametova // Russian Electrical Engineering. -2012. - V. 83. - Issue 2. - P. 61-63.

77. Юферов, Ф.М. Электрические машины автоматических систем / Ф. М. Юферов, М.М Кацман. - М.: Высш. школа, 1979. - 261 с.

78. Овчинников, И.Е. Вентильные электрические двигатели и привод на их основе (малая и средняя мощность) / Овчинников И.Е. - Санкт-Петербург, 2012-333 с.

79. Лифанов, В.А. Исследование пульсаций момента тихоходных бесконтактных двигателей постоянного тока с дискретным датчиком положения ротора / С.Г. Воронин, В.А. Лифанов, Б.Г.Щумихин // Электричество, 1977. - № 11. - С. 54.

80. Адволодкин, Н.П. Управляемые бесконтактные электроприводы постоянного тока / Н.П. Адволодкин, В.Г. Гаращенков, H.H. Лебедев, Н.Е. Овчинников. -Л.: Наука, 1984г., - 188с.

81. Воронин, С.Г., Динамические модели вентильного двигателя при различных сочетаниях параметров / С.Г. Воронин, Д.В. Коробатов, Р.Т. Киякпаев, A.C. Кульмухаметова // Известие Академии, электротехнических наук, 2011 -стр.58-63

82. Самосейко В.Ф. / Теоретические основы управления электроприводом: Учебное пособие. - СПБ: Элмор, 2007. - 464с.

83. Кондратьев, А. Б. Исследование мехатронного модуля привода с трёхфазным вентильным двигателем при 180-градусном управлении / А. Б. Кондратьев, А. В. Кривилев, А.В. Ситникова // Электронный журнал «Труды МАИ», 2012г. - №50. - http://www.mai.ru/science/trudy/published.php?ID=28825

84. Лодочников, Э.А. Микродвигатели для систем автоматики / Э.А. Лодочников, Ю.М. Юферов. - М: Энергия, 1969 - 272 с

85. Линник, Ю.В. Метод наименьших квадратов и основы математико-статистической теории обработки наблюдений. - 2-е изд. - М., 1962.

86. Айвазян, С. А. Прикладная статистика. Основы эконометрики. Том 2. - М.: Юнити-Дана, 2001. - 432 с.

87. Воронин, С.Г. Векторное управление синхронными двигателями с возбуждением от постоянных магнитов / С.Г. Воронин, Д.А. Курносов, А.С. Кульмухаметова // Электротехника. - М: Знак, 2013. - № 10. - С. 50-54

88. Voronin, S.G. Vector control of permanent-magnet synchronous motors / S.G. Voronin, D.A. Kurnosov, A.S. KuPmukhametova // Russian Electrical Engineering. - 2013. - V. 84. - Issue 10. - pp. 581-585.

89. Jang, J.-H. Sensorless drive of SMPM motor by high frequency signal injection / J.-H. Jang, S.K. Sul. - 2002., p. 7,

90. Vas, P. Sensorless vector and direct torque control .'monograph in electrical and electronic engineering / P. Vas. - Oxford University Press, 1998r. -725 p.

91. Виноградов, А.Б. Векторное управление электроприводами переменного тока /А.Б. Виноградов. - ГОУ ВПО Ивановский государственный энергетический университет имени В.И. Ленина,— Иваново, 2008.- 298 с.

92. Perera, P.D.C. Sensorless Control of Permanent-Magnet Synchronous Motor Drives. - PhD thesis, Institute of Energy Technology. - Aalborg University, 2002.

93. Scarcella, C.G. \Zero frequency rotor position detection for synchronous pm motors / Consoli, G. Scarcella, and G. Tutino, 2000 - p. 6,.

!

94. Scarcella, C.G. Implementation issues in voltage zero-sequence-based encoderless techniques / Consoli, G. Scarcella, G. Scelba, S. Royak, M. M. Harbaugh. -IEEE transactions on industry applications, 2008. - vol. 44. -no. 1- p. 9

95. Коробатов, Д.В. Управляемый синхронный режим в аппарате искусственной вентиляции легких / Д.В. Коробатов, А.С. Кульмухаметова, А.А. Шевченко. - Электротехнические комплексы и системы, международный сборник научных трудов, 2012. - №20. - стр. 79-82

96. Кульмухаметова, А.С. Реализация векторного управления и синхронный режим вентильного электродвигателя / А.С. Кульмухаметова, Д.В. Коробатов // сборник трудов конференции «Состояние и перспективы развития электротехнологии»: материалы международной научно-технический конференции в 3 т. — Иваново, ИГЭУ им. В.И. Ленина. - 2013 г. - Т. 3. - С. 111-113.

97. Райбмана, Н.С. Идентификация систем управления: Пер. с англ. / Э.П. Сейдж, Д.Л. Мелса Под ред. Н.С. Райбмана. - М.: Изд-во «Наука», 1974. - 248 с.

98. Гроп, Д. Методы идентификации систем: Пер. с англ. / Под ред. Е.П. Кринецкого. - М.: Мир, 1979. - 302 с.

99. Егупов, Н.Д. Методы классической и современной теории автоматического управления: Учебник в 3-х т. Т. 1: Анализ и статистическая динамика систем автоматического управления / Под ред. Н.Д. Егупова. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2000. - 748 с.

100. Корнюшин, Ю.П. Идентификация одного класса нелинейных систем с использованием матричных методов и линеаризации Ньютона-Канторовича / Ю.П. Корнюшин, М.Ю. Адкин, А.В. Финошин // Материалы Всероссийской НТК "Прогрессивные технологии, конструкции и системы в приборо- и машиностроении". М.: Изд-во МГТУ им. Бумена.

101. Руководство по эксплуатации, паспорт. Устройство для контроля изоляции «Орион-КИ» М.: ЗАО «РАДИУС Автоматика».

102. Цапенко, Е.Ф. Контроль изоляции в сетях до 1000 В./ Е.Ф.Цапенко -2-е изд., перераб. - М: Энергия, 1972 г. - 152 с.

103. Коробатов, Д.В. Система контроля параметров изоляции электрооборудования в рабочих режимах / Д.В. Коробатов, Н.В. Клиначев, А.И. Согрин, A.C. Кульмухаметова // Межвузовский научный сборник «Электромеханика, электромеханические комплексы и системы». - Уфа: Редакционно-издательский комплекс УГАТУ. - 2011 - С. 63-68.

104. Казарновский, Д.М. Испытания электроизоляционных материалов / Д.М. Казарновский, Б.М. Тареев - Ленингр. отд. издательства «Энергия»., 1969 г. -216с.

105. Клиначев, Н.В. Метод контроля параметров изоляции электрооборудования в рабочих режимах / Н.В. Клиначев, Д.В. Коробатов, А.И. Согрин, A.C. Кульмухаметова // Сборник научных трудов «Механика и процессы управления» по материалам XXXXI Всероссийского симпозиума по механике и процессам управления. - М:РАН. - 2011 - Т. 2. - С. 201-207.

106. Модель измерителя емкостного сопротивления. - Website: http://model.exponenta.ru/k2/Jigrein/md_089.htm

107. Осин, И.Л. / Синхронные микродвигатели с постоянными магнитами/ И.Л. Осин, В.П. Колесников, Ф.М. Юферов. - М.: Издательство «Энергия», 1976 -232с.

108. Осин, И.Л./ Синхронные электрические двигатели малой мощности -М.: Издательский дом МЭИ, 2006 - 216с.

109. Копылов, И.П. / Математическое моделирование электрических машин: Учеб. для вузов.-3-e изд., перераб. и доп.- М.:Высш.шк.,2001 - 327с.

110. Самосейко, В.Ф. Теоретические основы управления электроприводом: Учебное пособие / В.Ф. Самосейко - СПБ: Элмор, 2007. - 464с.

111. Браммер, К. Фильтр Калмана-Бьюси / К. Браммер, Г. Зиффлинг - М: Наука, 1982. - 199с.

112. Microjammer Ametek. - http://www.ametektip.com/index.php?option= com content&view=article&id= 165

DDI

SWIM

26

+5B

0

R1

C1 C2 fc3

POVSWM MCU P80/AW8/TIM1_CH1N PBVAN1/TIM1_CH2N

Р62/AIN2/TIM1_CH3N

PA1/0SCIN PB3/AIN3/TIU1_ETR PB4/12C_SCL PB5/I2C_SDA PB6 PB7

PA2/OSCOUT PCl/HM1_CM/UAR7_CX PC2/TIM1 CH2

РАЗ/ТМ2_СНЗ PC3/T1M1_CH3

PF4 PC4/TIM1_CH4/CIK_CC0

PE5/SPI_NSS PC5/SPI_SCK

Vdd PC6/SPI_M0SI

PC7/SPI_UIS0

эОО/Т1М1_ВКИ[Си<_ССО]

MRSf Р02[ТЫ1_СНЗ]

^ РОЗ/ TIM2 _CH2 / ADC_ETR

VCAP fO ® PD4/BEEP/TIM2_CH1

</) 00 2 1-(/) PC5AIART1_TX

Vss P06AJART1_RX P07/TLI

16 РВ0

15 PB1

14 PB2

13 РВЗ

U1

.РВ0 PB1

18 PC1

J>B2 4

PC1 5

PC2 6

РСЗ 7

PC4 10

PC5 8

fW HiH2 HiNT □RT LN2 URI

VB1

VS1 H01 L01 VB2

U-J-

+12B

RB si

22-

is

23.

VD2

R14 H1 Rj5__Ll +128

R16 S2

+24B

X2

+24B

ii

+12B

+5B

-24B

X3

X4

X5

Общ.

+58

ПХ1

ПХ2

ДХЗ

ШИМ X10 Реверс*—

DA1

+ C4 J C5

-X

DA2

ST 1 3 ST

СБ

C7

X6 PO0

X7 P02

X8 РОЗ

X9

I R2

R3

Фаза 1

Фаза 2

Фаза 3

X14

■•Скорость

a

v a

и

О

£ «

93 S

га

И

43

a =

в a a a

to U г a

69

a

п и о 2 Si

ot и о к

89 *<

a та

so а и

а В

a a

to со a

ss

н «

b п

ю

Приложение 2. Листинг программы блока управления двигателем

; Управление коммутацией вентильного двигателя ; на базе STM и драйверов IR2136x ; + астатический регулятор скорости ; версия с векторной ШИМ

//include "motorctl.h" //include "macro.inc"

PUBLIC main

; Определение регистров для хранения переменных

#define tmp3 rO //define tmp4 rl //define SREGTMPA r2 //define SREGTMPB r3 #define HALLFILTER r4 //define MOTOR VOLTAGE r5 //define REF SPEED r6 #define REFANGLEO r7 //define REF_ANGLE1 r8

#define INPUTS r9 #define REF SPEED L rlO #defme HALL STATE rll

#define tmp rl6

//define tmpL tmp

//define tmpl rl7

//define tmpH tmpl

#define tmp2 rl8

//define INTL rl9

//define INT H r20

#define INV_STATE r21 //define PWM_A_MASK r22 //define PWM B MASK r23 #define РШ1 r24 #defme COMANGLE r25 #define FLAGS r26

; //////////////////////////////////////////////////// ; Сегмент таблиц

org OxAOO >

; Таблица базовых векторов (прямое направление) vector_table:

; CHARGEVAL START_VAL A_MASK B_MASK >

DB L1|L2|L3AIR, H1|L2|L3AIR, H3|L3, H2|L2 ;0 DB H3|H1|H2AIR, L3|H1|H2AIR, H2|L2, H1|L1 ; 1

DB L2|L1|L3AIR, H2|L1|L3AIR, H1|L1, H3|L3 ;2

i

l

!

DB H1|H2|H3AIR, L1|H2|H3AIR, H3|L3, H2|L2 ;3 DB L1|L2|L3AIR, H3|L1|L2AIR, H2|L2, H1|L1 ; 4 DB H2|H1|H3AIR, L2|H1|H3AIR, H1|L1, H3|L3 ;5

org OxBOO

5 ----- -----

; Таблица соответствия положений (прямое направление) align_table:

DB 2,5,3,4,1,0,2,5

org OxCOO

5 " -

; Таблица проекций базовых векторов value_table:

// Синусоида с перемодуляцией 3 гармоникой

DB 146, 171, 193, 210, 224, 235, 243, 249, 252, 254, 255, 255, 254, 253,

253, 253

; Звцикливание угла по модулю 0x60 mod60 MACRO local svr,svd sub \1,\2 brmi svr cpi \ 1,0x60 brcs svd subi \2,-0x60

subi \1,0х60

rjmp svd

svr:

subi \2,0x60

subi \ 1,-0x60

svd: ENDM

; Коррекция угла по модулю 0x60 после мат. операций sat60 MACRO local done

brmi done cpi \ 1,0x30 brcs done subi \ 1,0x60 done: ENDM

; //////////////////////////////////////////////////// ; Сегмент данных RSEG NEAR_N

KEYS: DS 1

; //////////////////////////////////////////////////// ; Сегмент кода программы RSEG CODE

ALIGN 1

; Начало программы. Инициализация

; Инициализация значений SFR регитров и переменных main:

ini OSCCAL, OSCCAL VAL

ini PORTB, PORTBV AL

ini PORTC, PORTCVAL

ini PORTD, PORTDVAL

ini DDRB, DDRBVAL

ini DDRC, DDRCVAL

ini DDRD, DDRDVAL

ldir MOTORVOLTAGE, MIN VOLTAGE

; Запуск драйвера IR21363 и тест инвертора

;ini PORTB, L1AIR ;wait 10

;ini PORTB, L1|L2AIR ;wait 10

ini PORTB, L1|L2|L3AIR wait 250

/*

test: ;rjmp test

ini PORTB,Hl|H3|L2AIR delay 10

ini PORTB,L1|L3|L2AIR delay 50 rjmp test

wait 150

ldi tmp,0xFF

ldi tmp2,LlAIR

rcall inv_test

ldi tmp2,HlAIR

rcall inv_test

ldi tmp2,L2AIR

rcall inv_test

ldi tmp2,H2AIR

rcall inv_test

ldi tmp2,L3AIR

rcall inv_test

ldi tmp2,H3AIR

rcall inv_test ,

com tmp

;brne display_error

; Инициализация таймеров ?

ini TCCR1A,TCCR1A_VAL

ini TCCR1B,TCCR1B_VAL

ini TCNT0,0

ini TCCR0,TCCR0_VAL

ini TIMSK,TIMSK_VAL

•Jlllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllll ; Начало основной программы : ////////////////////////////////////////////////////////////////

; Инициализация переменных

ldi tmp,MCUCR_VAL out MCUCR,tmp

iniw ICR1 ,PWM_DIVIDER iniw OCRlA,14 iniw OCR1B,50

)

ldi PWM_A_MASK, H1|L1 ' ldi PWM_B_MASK, H2|L2

ldi INT_H,30

ldi COM_ANGLE,Ox()8

in INPUTS,PIND

;sei

Основной цикл управления

mainloop: wdr

; Проверка и индикация защиты драйвера

sbis FAULT_IN

rjmp fault

cbi LED1

rjmp f_done

fault:

sbi LED1 f done:

>

i

; Проверка входа разрешения работы

sbis STARTJN rjmp control

clr REFSPEED brake:

ldi FLAGS, bit(F_ALIGN)

clr INT_H

clr INT_L

ldi tmp 1 ,L 1 |L2|L3 AIR

mov tmp2,tmpl

mov tmp3,tmpl

mov tmp4,tmpl

rjmp waitTOVl

; Вычисление частоты задающих импульсов ; Вычисление производной задания скорости ; Торможение при отрицательной производной control: ele

in tmp,TIFR sbrs tmp,0 rjmp T0_no_ovf ldi tmp,0x01 out TIFR,tmp sec

T0_no_ovf:

in tmp,TCNT0 ror tmp

sub tmp,REF_ANGLE 1

mov tmp 1 ,tmp

add tmp 1,tmp 1

sub tmp 1 ,REF_SPEED

ldi tmp2,2

mulsu tmpl,tmp2

add REF_SPEED_L,rO

adc REF_SPEED,rl

mov MOTOR_VOLTAGE,REF_SPEED

clrb FLAGS ,F_BRAKE

cpi tmpl,BRAKE_LIMIT

brge refl

clr MOTORVOLTAGE setb FLAGS,F_BRAKE

refl:

ldi tmp 1 ,EMF_CONST ;mulsu tmp,tmp 1 mul tmp,tmp 1 ext tmp,rl

lsl rO rol rl rol tmp

lsl rO

rol rl rol tmp

lsl rO

roi rl

roi tmp

add REF_ANGLEO,r 1 adc REF_ANGLEl,tmp

; Торможение при отрицательной производной sbrc FLAGS,F_BRAKE rjmp brake

; Расчет напряжения на двигателе

mov tmp,MOTOR_VOLTAGE subi tmp,-VOLT AGECONST add_u tmp,INT_H

lim tmp,MIN_VOLTAGE,MAX_VOLTAGE mov MOTOR_VOLTAGE,tmp

; Выбор угла коммутации

mov tmp,REF_SPEED ldi COM_ANGLE, 15 cpi tmp,6 brcs ca_done

ldi COM_ANGLE,5 cpi tmp,25 brcs ca done

ldi COMANGLE,-1 ca done:

; Считывание и фильтрация входов in tmp,PIND or INPUTS,tmp

; Вычисление угла по датчикам Холла

mov гЗО,INPUTS

in INPUTS,PIND

com r30

andi r3 0,0x07

breq hall_unst

cpi r3 0,0x07

breq hall_unst

cp r3 0 ,HALL_FILTER

mov HALL_FILTER,r3 0

brne hall_unst

ldi r31 ,high(align_table)

lpm tmp,Z