[发明专利]一种多普勒生理波形模体模拟运动精准控制方法

摘要

本发明公开了一种多普勒生理波形模体模拟运动精准控制方法，弦线的运动依赖电机的转动，利用步进电机，和光电编码器组合成闭环控制系统，步进电机作为控制量，光电编码器作为反馈量；在对步进电机进行控制时，主要通过电机驱动器完成精准控制，当进行模拟的生理波形的血流流速为恒定值时，在恒速控制下，对电机驱动器输出一个恒定频率的方波信号即可；当模拟的生理波形的血流流速为非恒定值时，对弦线运动路程和时间进行微分化处理，根据血流流速曲线数据或函数解析式可以计算出第m个脉冲所对应的弦线移动的总距离，计算量虽大，但是计算精度要求高，只需计算一次即可；在波形启动同期启动计时器，并实时的与计时器中的值进行比较，当两个值相同时发出步进电机步进脉冲。

主权项

1.一种多普勒生理波形模体模拟运动精准控制方法，其特征在于：包括以下步骤：所述的多普勒生理波形模体包括步进电机、电机驱动器、光电编码器、转动滑轮和弦线，电机驱动器连接步进电机的受控端，用于控制步进电机的精准运转；设步进电机作为控制量，光电编码器作为反馈量，步进电机和光电编码器组合成闭环控制系统；步进电机的输出轴上套设转动滑轮，转动滑轮与步进电机同步运转，弦线缠绕在转动滑轮上，弦线与转动滑轮同步运转；A：设步进电机的每次可转动最小弧度为θ，当电机驱动器接收到一个脉冲信号时，将驱动步进电机转动θ；设电机驱动器接收到的第n个脉冲信号的脉冲时间周期为Tn，n＝1,2,3,…，Tn为非恒定值；设转轮的直径为R，则电机驱动器在接收到一个脉冲信号时，步进电机转动θ所引起弦线位移为一常数SCONST＝θR；所以，此时弦线的瞬时速度为：其中，vn为弦线的瞬时速度；SCONST为步进电机转动θ角时，弦线位移常数；Tn为电机驱动器接收到的第n个脉冲信号的脉冲时间周期；B：生理波形的血流流速为恒定值的模拟B1：当进行模拟的生理波形的血流流速为恒定值时，即vn＝vCONST，为一个恒定的流速值，此时由公式(1)得Tn也为恒定值：所以在恒速控制下，对电机驱动器输入一个恒定频率的方波信号即可，信号频率为：B2：电机驱动器再输出步骤B1中公式(3)得到的频率信号给步进电机，步进电机按照频率信号进行恒定转动；B3：光电编码器实时采集步进电机转动情况，作为反馈量，将采集的信息发送给电机驱动器，进行步进电机修正处理，使得步进电机进行稳定的、恒定转动；C：生理波形的血流流速为非恒定值的模拟C1：当模拟的生理波形的血流流速为非恒定值时，设血流流速变化为函数v(t)，起始时间为0秒，并在tn时刻发出第n个脉冲；C2：将弦线运动的路程按照公式(4)等分，则对应的路程n、路程n+1时的第n个脉冲、第n+1个脉冲时间周期为：Tn＝tn+1‑tn,Tn+1＝tn+2‑tn+1(n＝1,2,3,…)    (5)C3：由于产生脉冲信号的电机驱动器中的计时器电路存在最小时间分辨率T₀，所以t_n和T_n的取值必须是整数倍T₀；由于人体的血流流速具有周期性，设一个血流周期的时间为T_总，令M为整数；C4：根据血流流速曲线数据或函数解析式计算出第m个脉冲所对应的弦线移动总距离，计算公式(6)：其中，Sm为第m个脉冲所对应的弦线移动的总距离；Si为第i个脉冲所对应的弦线移动距离；C5：又因为弦线移动距离是整数倍的SCONST，令tn＝anT0，则an必须满足：或C6：令的值满足公式(7)或公式(8)即可求出一个血流周期内的t_n序列；其中，为第a_n个脉冲所对应的弦线移动的总距离；C7：将求得的tn序列对应的系数an以数组的形式存储在存储器中，an数组的差值即为计时器设定值，在波形启动同期启动计时器，按顺序读取an的值，并实时的与计时器中的值进行比较，当两个值相同时发出步进电机步进脉冲；C8：光电编码器实时采集步进电机转动情况，作为反馈量，将采集的信息发送给电机驱动器，进行步进电机修正处理，使得步进电机进行有规律的设定波形的转动。