[发明专利]一种常压低氧预习服训练方法及系统

说明书

本发明提供了一种常压低氧预习服训练方法及系统，在舱体内放置若干训练用单车，向舱体内提供氮气和氧气，对舱体内的氧气浓度、二氧化碳浓度训练人员的心率和血氧饱和度进行监测，采用分段控制方式对训练环境中的氮气、氧气输入进行粗调与精调，通过经验控制使模拟海拔高度以最快的速度升高或降低至某一范围，在大时滞阶段使用PD控制使当前高度以逐渐减小的变化率逼近目标高度，在系统平衡阶段采用模糊控制，从而快速准确的实现舱内氧气浓度的控制。

技术领域

本发明涉及高原环境预习服领域，特别涉及一种适用于从平原地区急速进入高原地区人群的预习服训练方法。

背景技术

高原低氧环境会直接影响急进高原人群的生命健康，带来急性高原反应发病率居高不下、持续作业能力降低等一系列问题。据统计，在平原急进高原期间，约有35.6％以上的人会发生轻重程度不一的急性高原反应，表现为头痛、厌食、呕吐、疲乏、眩晕、失眠等症状，若处理不当，部分患者可能发展为高原肺水肿或高原脑水肿，进而危及生命。高原医学研究表明，缓慢阶梯间断性缺氧复合运动锻炼，可显著改善机体心肺功能，提高劳动能力，促进高原习服。

目前国内的低氧模拟设备，大多是低压模拟舱，其原理是通过真空泵等设备降低舱内气压，此种设备造价较高，其气压变化很有可能对人中耳产生损伤，且舱内人员状态不佳甚至发生危险时由于内外压差导致无法及时开门，不宜用于人员训练。常压低氧舱以小型动物实验设备居多，主要用于常压缺氧状态下的医学基础研究，无法用于人员低氧预习服训练。

当前人员训练用的常压低氧舱种类较少，且通常存在以下问题：

(1)未采用仿真手段进行预设计，一般为直接搭建实物，无法实现相对最优的结构设计，无法保证模拟效果。

(2)设计有空气压缩机、制氮机、面罩等部件，结构比较复杂，体积大，重量大，使用和维护成本较大，适用于人数较少的有针对性的飞行员训练，不适用于大批量人员训练，不能车载移动和机动使用。

(3)未进行人员生理状况与安全设备的联动设计，无法有效保证舱内训练人员的人身安全。

(4)未采用经验控制、PD控制和模糊控制的分段式控制方法，最多分为粗调和精调两段式控制，使得模拟低氧浓度环境的实现时间较长，一般在半小时以上，而本系统仅需20分钟。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种常压低氧预习服训练方法，采用分段控制方式，对常压低氧预习服训练环境中的氮气、氧气输入进行粗调与精调，通过经验控制使模拟海拔高度以最快的速度升高或降低至某一范围，然后在大时滞阶段使用PD控制，使当前高度以逐渐减小的变化率逼近目标高度，最后在系统平衡易受各种因素影响的精调阶段，采用模糊控制，从而快速准确的实现舱内氧气浓度的控制。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：

(1)设置需要模拟的海拔高度值X；

(2)采集当前训练环境中的氧气浓度，换算成对应的海拔高度Y；

(3)根据X和Y的差值R进行分段控制，当R∈(-∞，-200]时，通过经验控制使模拟海拔高度降低，停止向训练环境中提供氮气，打开全部氧气输送管路向训练环境提供氧气；当R∈[200，+∞)时，通过经验控制使模拟海拔高度升高，停止向训练环境中提供氧气，打开全部氮气输送管路向训练环境提供氮气；当R∈(-200，-50]∪[50，200)时，使用PD控制确定向训练环境中提供氧气和氮气的比例，使海拔高度Y以逐渐减小的变化率逼近设置高度；当R∈(-50，50)时，采用模糊控制确定向训练环境中提供氧气和氮气的比例，模糊控制器采用双输入单输出形式，选取训练环境中氧气浓度的误差E与误差变化率EC为输入量，得到输出的模糊量经过反模糊化得到实际输出值，实现舱内氧气浓度的模拟；

(4)当连续N个周期内∣R∣＜30m时，保持当前提供的氧气和氮气比例；否则返回步骤(3)，N为设定采样周期数量。