微壓富氧艙系統建模及控制算法研究

劉 柱，盧劍鋒，王一達，李家春

（貴州大學機械工程學院，貴州 貴陽 550025）

1 引言

微壓富氧艙通過向密閉艙室內加壓加氧達到微壓富氧狀態，為使用者提供鼻吸管供氧和彌散供氧，主要用于西藏地區高原疾病的預防和治療。鼻吸管供氧適用于一般氧保健人群和氧療患者，使用時將雙鼻頭插入鼻孔1CM 處即可開始吸氧；彌散供氧是通過向艙內環境加氧維持一個富氧狀態。自1964 年福州協和醫院第一臺高壓氧艙投入使用至今，全國發生事故38起，死亡人數77 人，傷8 人，其中火災事故36 起[1]。多發火災事故是因為傳統高壓氧艙缺乏準確的氧濃度控制方式，容易造成艙內氧濃度過高產生靜電起火。文章建立艙內壓力系統和氧氣濃度數學模型；根據系統數學模型設計合理控制方式，利用matlab/Simulink 進行系統控制仿真，通過實驗驗證控制方式，實現艙內壓力和氧濃度準確控制。

2 系統概述

微壓富氧艙系統組成，如圖1 所示。艙主要設計參數為：體積30m3、目標壓強60kPa（相對壓力），氧氣濃度23%、升降壓速度2kPa/min 或4kPa/min。系統工作過程主要為壓力上升時開始彌散供氧，穩壓過程壓力提供鼻吸管供氧，壓力下降時停止彌散供氧。根據升降速度要求，采用輸入功率比7.5kW/（m3/min）的螺桿空壓機，儲氣罐儲存壓縮氣體壓強為0.8MPa。進出氣管道管徑為32mm，電動調節閥采用32mm 的DZJP 系列單座電動調節閥。制氧機選用產氧量為5m3/h 的分子篩制氧機，氧氣濃度為93%±3%。質量流量控制器采用S48 28/HMT，量程為100L/min。壓力控制主要通過調節進氣端和排氣端的電動調節閥開度控制進出氣體的流量，氧濃度控制通過質量流量控制器控制進入艙內的氧氣質量。……