臺灣博碩士論文加值系統

本論文的研究目的在發展阻塞性的睡眠中斷患者所使用陽壓式呼吸器之系統設計和控制的方法學與技術。利用直流無刷馬達整合鼓風機建立一套壓力控制器之陽壓式呼吸器，並發展一套以個人電腦為基礎之數位控制器實現技術。文中先探討如何著手設計直流無刷馬達的轉速控制器，並在使用參數估測之方法建立呼吸穩態時的控制命令對管路壓力之數學模型，並以此數學模型實現壓力控制器之設計。整個系統透過人工肺模擬器驗證測試，對於呼吸道壓力追蹤控制確實符合陽壓式呼吸器的規範。並初步透過電腦強大的訊號處理能力進行呼吸道壓力的分析來自動調整設定壓力，提升阻塞性的睡眠中斷患者之舒適性。

This paper presents methodologies and techniques for design and pressure control of a Obstructive Sleep Apnea (OSA) treatment system. After constructing a closed-loop DC brushless motor drive together with a blower and an airway module, we develop a pressure control system for achieving both continuous positive airway pressure (CPAP) control and bi-level positive airway pressure (BiPAP) control. A mathematical model of the overall system is established based on the input-output data and its system parameters are sequentially determined using the recursive least-squares (RLS) method. A two-degree-of-freedom controller, including a feedforward controller and a feedback proportional-integral controller, is proposed to maintain and follow the desired pressure setpoints. Through experimental results, the proposed control methods are shown useful and effective in achieving airway pressure tracking and regulation.

中文摘要 I
英文摘要 II
誌 謝 III
目 次 IV
表目錄 VII
圖目錄 VIII
第一章 緒 論 1
1.1 前言 1
1.2 文獻回顧 2
1.3 研究動機與目的 7
1.4 論文大綱 8
第二章 系統描述與控制架構 9
2.1 簡介 9
2.2 系統方塊圖 9
2.3 鼓風機特性 10
2.3.1 鼓風機風量風壓需求理由 14
2.3.2 鼓風機運作情形 16
2.4 驅動馬達 17
2.4.1 無刷馬達工作原理 18
2.4.2 馬達構造與驅動方式 21
2.4.3 驅動控制電路 26
2.5 壓力感測器 26
2.6 資料擷取卡 28
2.7 鼓風機實驗 29
2.7.1 轉速實驗 29
2.7.2 鼓風機風洞試驗數據 30
2.8 本章結論 31
第三章 陽壓呼吸器的數位控制器設計與實驗 32
3.1 簡介 32
3.2 遞迴最小平方估測法則 32
3.3 數學模型與參數估測 35
3.4 雙自由度控制器設計 40
3.4.1 數位PI控制器 43
3.4.2 數位PID控制器 45
3.5 實驗數據與討論 47
3.5.1 穩態下壓力與控制命令的實驗 47
3.5.2 批次處理來估測動態參數 49
3.5.3 遞迴RLS處理來估測動態參數 50
3.5.4 模型驗證實驗 50
3.5.5 控制器參數之調整 51
3.5.5.1 PI +前饋控制器之實驗 53
3.5.5.2 PID +前饋控制器之實驗 55
3.6 本章結論 57
第四章 雙陽壓呼吸器的數位控制器設計與實驗 58
4.1 簡介 58
4.2 控制架構與設計理念 59
4.3 以風機定律估測流速 63
4.4 控制器設計 64
4.5 實驗數據 67
4.5.1 BiPAP下單一前饋控制器實驗 68
4.5.2 BiPAP下單一PI控制器實驗 69
4.5.3 BiPAP下PI+前饋控制器實驗 71
4.6 本章結論 72
第五章 總結與建議 73
5.1 總結 73
5.2 建議 74
參考文獻 76
附 錄A 78
附 錄B 83

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