УВЛАЖНИТЕЛЬ ДЫХАТЕЛЬНЫХ СМЕСЕЙ: ПИД-РЕГУЛЯЦИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МЕТОДА ЦИГЛЕРА – НИКОЛЬСА

Д. А. Липчак, А. А. Душкина, А. А. Чупов

Аннотация


Ввиду повсеместного распространения коронавирусной инфекции SARS-CoV-2, с начала 2020 года значительно вырос спрос на наркозно-дыхательные аппараты, в частности на аппараты искусственной вентиляции легких, аппараты ингаляционной анестезии и кислородных ингаляторов. В состав таких аппаратов для респираторной поддержки должны входить специальные медицинские устройства, предназначенные для нагрева и повышения влагосодержания дыхательной смеси, поступающей пациенту от аппаратов респираторной терапии. Такие медицинские изделия принято называть увлажнителями дыхательных смесей.

На территории АО «Производственное объединение “Уральский оптико-механический завод” имени Э. С. Яламова» организовано производство увлажнителя дыхательных смесей «ТЕВЛАР» – «УОМЗ» по ТУ 32.50.21-121-07539541-2018 с принадлежностями. В рамах проекта по модернизации увлажнителя дыхательных смесей «ТЕВЛАР» – «УОМЗ» была реализована доработка блока электронных средств измерения аппарата. В частности, с целью повышения точности термостатирования нагревательного элемента изделия при нагревании до целевой температуры дыхательных смесей, силами конструкторского бюро медицинских изделий было модернизировано встроенное программное обеспечение, а именно реализован алгоритм устойчивого и стабильного ПИД-регулирования. В настоящей статье представлен обзор методов настройки реализованного ПИД-регулятора, обоснован выбор ПИД-регуляции с использованием настройки по методу Циглера – Никольса, а также результаты экспериментального подтверждения стабильности выбранного алгоритма.

 

Ключевые слова


ПИД-регулятор; ПИД-регулирование; метод Циглера – Никольса; термостат; увлажнитель; дыхательные смеси; ИВЛ

Литература


Cимаков С.С., Холодов А.С. Численное исследование содержания кислорода в крови человека при низкочастотных воздействиях. Математическое моделирование. 2008;20(4):87-102.

Якушенко Н.Л., Нагобаде Д.Т., Копейка У.Э., Михельсон М.О. Изменение активности a-амилазы слюны, как индикатор адренергической активности во время ларингоскопии и интубации трахеи. Анестезиология и реаниматология. 2011;(3):29-33.

Дунц П.В., Ли О.Е., Шуматов В.Б. Оценка показателей клеточных медиаторов локального воспаления подсвязочного пространства трахеи при эндотрахеальной анестезии. Анестезиология и реаниматология. 2019;4:38-42.

Малявин А.Г., Адашева Т.В., Бабак С.Л., Губернаторова Е.Е., Уварова О.В. Медицинская реабилитация больных, перенесших COVID-19 инфекцию. Методические рекомендации. Терапия. 2020;5:1-48.

Lewis B.W., Patial S., Saini Y. Immunopathology of airway surface liquid dehydration disease. Journal of immunology research. 2019.

Wang X., Gong J., Zhu J., Jin Z., Gao W. Alpha 1-antitrypsin for treating ventilator-associated lung injury in acute respiratory distress syndrome rats. Experimental lung research. 2019;45(7): 209-219.

Haziot N., Ibrahim M., Zhu K., Thevenin C.P., Hardy S., Gonzalez-Bermejo J. Impact of leaks and ventilation parameters on the efficacy of humidifiers during home ventilation for tracheostomized patients: a bench study. BMC pulmonary medicine. 2019;19(1):1-8.

Pisani L., Vega M.L. Use of nasal high flow in stable COPD: rationale and physiology. COPD: Journal of Chronic Obstructive Pulmonary Disease. 2017;14(3):346-350.

Dammann C., Mahnken R. Simulation of a resin transfer molding process using a phase field approach within the theory of porous media. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. 2019;120:147-160.

Doctor T.N., Foster J.P., Stewart A., Tan K., Todd D.A., McGrory L. Heated and humidified inspired gas through heated humidifiers in comparison to non‐heated and non‐humidified gas in hospitalised neonates receiving respiratory support. The Cochrane Database of Systematic Reviews. 2017;(2).

Shioji N., Kanazawa T., Iwasaki T., Shimizu K., Suemori T., Kawase H., et.al. Incidence of Pulmonary Complications with the Prophylactic Use of High-flow Nasal Cannula after Pediatric Cardiac Surgery: Prophylactic HFNC Study Protocol. Acta Medica Okayama. 2018;72(2):193-196.

Величковский Б.Т. Молекулярные механизмы нарушения газообменной функции легких на Крайнем Севере. Пульмонология. 2020;4:61-64.

Ярошецкий А.И., Власенко А.В., Грицан А.И., Киров М.Ю., Колесниченко А.П., Лебединский К.М., и др. Применение неинвазивной вентиляции легких (второй пересмотр). Клинические рекомендации Общероссийской общественной организации «Федерация анестезиологов и реаниматологов». Анестезиология и реаниматология. 2019;6:5-19.

Власенко А.В., Корякин, А.Г., Евдокимов Е.А., Еремин Д.А. Защита верхних дыхательных путей пациента в условиях респираторной поддержки: современное состояние вопроса. Медицинский алфавит. 2019;1(16):30-36.

Ишмухаметова Р.И.Устройство индикации параметров приборов, осуществляющих подачу газовой смеси в легкие человека. Форум молодых ученых. 2019;12:321-323.

Гераськин И.В., Гераськин В.А., Гераськина Н.В. Определение накопления конденсата по регистрации уровня шума в дыхательном контуре аппаратов искусственной вентиляции легких. Вестник Российской Военно-медицинской академии. 2020;3:123-126.

Gun-Baek S.O. EA-based design of a nonlinear PID controller using an error scaling technique. Studies in Informatics and Control. 2019;28(3):279-288.

Dadfar S., Wakil K., Khaksar M., Rezvani A., Miveh M.R., Gandomkar M. Enhanced control strategies for a hybrid battery/photovoltaic system using FGS-PID in grid-connected mode. International journal of hydrogen energy. 2019;44(29):14642-14660.

Chuahy F. D., Olk J., DelVescovo D., Kokjohn S. L. An engine size–scaling method for kinetically controlled combustion strategies. International Journal of Engine Research. 2020;21(6):927-947.

Ротач, В.Я., Вишнякова, Ю.Н. Расчет систем регулирования с двумя вспомогательными регулируемыми величинами. Теплоэнергетика. 2006;(2):40-47.

Vorobyov V.Y., Sablina G.V. Calculation and Optimization of Parameters of the Discrete PID-controller by the Ziegler-Nichols Method. Automatics & Software Enginery. 2019;1(27):7.

Chia K.S. Ziegler-nichols based proportional-integral-derivative controller for a line tracking robot. Indonesian journal of electrical engineering and computer science. 2018;9(1):221-226.

Lee S. The modified Ziegler-Nichols method for obtaining the optimum PID gain coefficients under quadcopter flight system. Journal of the Korea Convergence Society. 2020;11(11):195-201.

Безхмельнов В.Д., Солнцев В.И., Сухов Ж.С. Использование методов настройки и автоподстройки систем автоматического управления температурой на основе программируемого логического контроллера фирмы B&R. Инженерный вестник. 2017;5:16-25. Evdochim L., Zhdanov A.E., Borisov V.I., Dobrescu D. Reflection Coefficient in Pressure Pulse of Human Blood Flow. In: 2020 13th International Conference on Communications (COMM), Bucharest, Romania, 2020, pp. 65-68.

Evdochim L., Zhdanov A.E., Borisov V.I., Dobrescu D. and Dorosinsky L.G. Blood Mixers for Transfusion Therapy: Photoplethysmogram application for blood velocity determination. In: 2020 IEEE International Symposium on Medical Measurements and Applications (MeMeA), Bari, Italy, 2020, pp. 1-6.

Evdochim L., Zhdanov A.E., Borisov V.I., Dorosinsky L.G. Blood Mixers for Transfusion Therapy: Method of Blood Flow Velocity Determination Based on Photoplethysmogram. In: 2020 Ural Symposium on Biomedical Engineering, Radioelectronics and Information Technology (USBEREIT), Yekaterinburg, Russia, 2020, pp. 0175-0179.

Ротач В.Я., Зверьков В.П., Кузищин В.Ф. Автоматизация проектирования и настройки систем регулирования в составе распределенных АСУ ТП. Теплоэнергетика. 1998;10:20-27.


Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.


URAL RADIO ENGINEERING JOURNAL

2020