探析呼吸机用永磁同步电机控制系统的设计

作者：张弘弢

来源：《科技风》2020年第09期

        摘要：呼吸机是用于取代、支配或改善人体呼吸功能的医疗急救设备，为病人供给恢复治疗和呼吸支持，本文重点探讨低成本、便携性强、精度有效控制的便携式呼吸机，分析呼吸机用永磁同步电机矢量调速控制的基本原理，进行呼吸机用永磁同步电机矢量控制调速系统的软硬件设计，更好地用于需要长期进行住院治疗的患者。

        关键词：呼吸机;永磁同步电机;矢量控制;调速系统

        呼吸机能够取代、支配或改善病人的呼吸功能，为呼吸功能不全和呼吸功能衰竭的病人提供恢复治疗和呼吸支持，由于传统的控制系统传感器过于繁琐，各种通气策略参数设定极其复杂，为此增大了呼吸机的成本，阻滞了病人的即时治疗。为此，本文重点探讨一种低成本、便携性、精度控制的便携式呼吸机，采用具有良好稳定性和安全性的永磁同步电机，采用转子磁场定向矢量控制和PID闭环控制策略，实现对便携式呼吸机永磁同步电机的有效控制。

        1 呼吸机用永磁同步电机控制系统概述

        呼吸机用永磁同步电机采用矢量控制的思想，对三相定子电流进行坐标变换，实现磁链和转矩的耦合，完成定子直轴电流和定子交轴电流的完全解耦，并与智能控制、模糊控制相联合，实现对电机的高品质调速。常见的永磁同步电机矢量控制策略主要有：（1）cos=1控制。这种矢量控制策略是使电机的功率因数恒为1，通过调节定子直轴电流和交轴电流的方式，最大程度提高逆变器利用率。（2）MTPA控制。这种控制策略是在达到电动机的最大转矩电流比中，通过各转矩与之对应的dq轴电流来获取最小的电流法幅值。（3）id=0控制。这种矢量控制策略是使电机电磁转矩中的磁阻转矩为零，仅与交轴电流相关，没有直轴电流反应的去磁效应，适宜于基速以下的电机运行控制。

        2 呼吸机用永磁同步电机控制系统的硬件设计

探析呼吸机用永磁同步电机控制系统的设计