本发明涉及医疗器械，特别涉及一种血泵控制系统及控制方法。
背景技术：
1、当前适用于血泵的电机普遍采用尺寸小(直径小于6mm)、自身电感值很小的高速电机。该种电机实际工作时工况很复杂，可能在洁净车间生产时需要在纯化水或者空气中使用、可能在生理盐水或模拟血液中使用，也有可能会在心衰患者体内使用。由于血泵是无菌医疗器械，所以电机组装或者泵生产环节都必须在洁净车间进行，整个测试也必须尽量少接触有菌环境，故常在空气中空载测试电机或者血泵转速是否合格。
2、直流无刷无感电机，是无刷直流电机(bldc,brushless direct current motor)的一种，缺乏直接的转速反馈。它的方波控制方法是基于电机的反电动势设计的，控制准确度与电机反电动势的检测准确度密切相关。用于血泵的微型无感电机线圈的自感很小，工作在负载较小的工况时，反电动势信号微弱且不稳定，会导致检测误差，最终导致电机速度出现抖动。几种典型工况下电机抖动情形如图1和图2所示：空载下，如电机直接在空气中转动，电机转速会出现如图1所示的抖动，且抖动频发。轻载下，如将泵头置入生理盐水中，负载相较于空气中有较大提升，电机转速抖动减少，但没有完全消除，如图2。重载下，如心脏加压模拟平台或者植入人体后，由于泵头出口端压力较大，同样转速下，电机负载直线上升，不会出现由于反电动势较小带来的抖动。
3、因此，有必要设计一种血泵控制系统及控制方法来解决上述问题。
技术实现思路
1、本发明实施例解决的技术问题主要在于，设置可变电源模块，实现驱动模块的驱动电压的调节控制，通过负载电流确认无感电机的工作状态，根据无感电机的工作状态选择对无感电机的控制方式，实现无感电机在各种工作状态下对转速的稳定控制。
2、为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种血泵控制系统。该血泵控制系统，包括可变电源模块、驱动模块、控制模块、无感电机和检测模块；
3、所述可变电源模块连接所述驱动模块和所述控制模块，以给所述控制模块供电，并给所述驱动模块提供可变的驱动电压；
4、所述驱动模块连接所述无感电机以驱动所述无感电机转动；
5、所述控制模块连接所述驱动模块，输出pwm信号给所述驱动模块以驱动所述无感电机，并调节所述可变电源模块供给所述驱动模块的驱动电压；
6、所述检测模块连接所述无感电机和所述控制模块，将检测的所述无感电机的负载电流和转速反馈给所述控制模块；
7、所述控制模块、所述可变电源模块、所述驱动模块与所述检测模块组成电流闭环控制回路，所述控制模块根据设定的工作电流与所述检测模块反馈的所述负载电流的差值，调节所述可变电源模块供给所述驱动模块的驱动电压，使得所述无感电机的电流稳定在工作电流；
8、所述控制模块、所述驱动模块与所述检测模块组成速度闭环控制回路，所述控制模块根据设定的工作转速与所述检测模块反馈的转速的差值，调节输出到所述驱动模块的pwm信号的占空比，使得所述无感电机的转速稳定在工作转速。
9、基于相同的构思，本发明实施例还提供一种血泵的控制方法，采用上述的血泵控制系统，所述血泵控制系统包括可变电源模块、驱动模块、控制模块、无感电机和检测模块；所述可变电源模块连接所述驱动模块和所述控制模块，以给所述控制模块供电，并给所述驱动模块提供可变的驱动电压；所述驱动模块连接所述无感电机以驱动所述无感电机转动；所述控制模块连接所述驱动模块，输出pwm信号给所述驱动模块以驱动所述无感电机，并调节所述可变电源模块供给所述驱动模块的驱动电压；所述检测模块连接所述无感电机和所述控制模块，将检测的所述无感电机的负载电流和转速反馈给所述控制模块；控制方法包括如下步骤：
10、所述控制模块获取所述检测模块反馈的所述无感电机的负载电流；
11、根据所述负载电流的大小判断所述无感电机的工作状态，所述无感电机的工作状态包括空载状态、轻载状态和重载状态；
12、根据无感电机的工作状态，设定无感电机的控制参数和控制方式；
13、若所述无感电机工作在空载状态或轻载状态，则根据设定的工作电流和工作转速，控制所述无感电机采用电流控制和转速控制配合的双闭环控制；
14、若所述无感电机工作在重载状态，则根据设定工作转速和驱动电压，控制所述无感电机采用单转速控制的单速度闭环控制。
15、可选地，电流控制和转速控制配合的双闭环控制包括：根据预先设定的工作电流与所述检测模块反馈的所述负载电流的差值，调节所述可变电源模块供给所述驱动模块的驱动电压，使得所述无感电机的电流稳定在工作电流；在该变化的驱动电压下调整输出到所述驱动模块的pwm信号的占空比，使得所述无感电机的转速稳定在工作转速。
16、可选地，单转速控制的单速度闭环控制包括：在设定的驱动电压下，所述控制模块调整输出到所述驱动模块的pwm信号的占空比，使得所述无感电机的电流稳定在工作转速。
17、可选地，单速度闭环控制所设定的驱动电压为可变电源模块的最大电压。
18、可选地，根据所述负载电流的判断所述无感电机的工作状态包括：
19、若所述负载电流小于第一电流限定值，则认定所述无感电机处于空载状态；
20、若所述负载电流大于等于第一电流限定值且小于第二电流限定值，则认定所述无感电机处于轻载状态；其中，第二电流限定值大于第一电流限定值，第一电流限定值与第二电流限定值为预先设定的阈值；
21、若所述负载电流大于等于第二电流限定值，则认定所述无感电机处于重载状态。
22、可选地，所述无感电机工作在空载状态或轻载状态，根据设定的工作电流和工作转速，所述控制模块控制所述驱动模块采用电流控制和转速控制配合的双闭环控制，根据工作电流调节所述可变电源模块供给所述驱动模块的驱动电压，使得所述无感电机的电流稳定在工作电流，包括：根据所述检测模块反馈的负载电流与所述工作电流的差值通过pi调节得到所述驱动电压，所述驱动电压通过以下公式计算得到：
23、ierr＝iref-ifbk
24、
25、其中，kip和kii分别为电流控制pi调节的比例和积分参数；ierr为电流偏差；iref为设定的工作电流；ifbk为所述检测模块反馈的负载电流；uk为k时刻的驱动电压；为k时刻的电流偏差；为k时刻之前某一时刻的电流偏差。
26、可选地，所述无感电机工作在空载状态或轻载状态，根据设定的工作电流和工作转速，所述控制模块控制所述驱动模块采用电流控制和转速控制配合的双闭环控制，调整输出到所述驱动模块的pwm信号的占空比，使得所述无感电机的转速稳定在工作转速，包括：根据所述检测模块反馈的转速与所述工作转速的差值通过pi调节得到所述pwm信号的占空比，所述pwm信号的占空比通过以下公式计算得到：
27、verr＝vref-vfbk
28、
29、其中，kvp和kvi分别为速度控制pi调节的比例和积分参数；verr为转速偏差；vref为设定的工作转速；vfbk为所述检测模块反馈的转速；pwmk为k时刻的pwm信号的占空比；为k时刻的转速偏差；为k时刻之前某一时刻的转速偏差。
30、可选地，在所述控制模块获取所述无感电机反馈的负载电流之前进行初始设置，以初始设置驱动所述无感电机运行，所述初始设置包括：设定所述可变电源模块供给所述驱动模块的初始驱动电压；设定所述控制模块输出到所述驱动模块的pwm信号的初始占空比；设定空载或者轻载时的工作转速和工作电流；设置重载时的工作转速和驱动电压；设定第一电流限定值和第二电流限定值。
31、基于相同的构思，本发明还提供一种医疗设备，至少包括上述的血泵控制系统和血泵。
32、基于相同的构思，本发明还提供一种计算机程序产品，用以执行上述的血泵控制方法。
33、基于相同的构思，本发明还提供一种计算机可读存储介质，用于存储上述的计算机程序产品。
34、与现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有有益效果。
35、例如，本发明血泵控制系统及控制方法，设置可变电源模块和检测模块；可变电源模块连接驱动模块给驱动模块提供可变的驱动电压；控制模块连接驱动模块，输出pwm信号给驱动模块以驱动无感电机，并调节可变电源模块供给驱动模块的驱动电压，实现驱动模块的驱动电压的调节控制；检测模块连接无感电机和控制模块，将检测的无感电机的负载电流和转速反馈给控制模块，可通过负载电流确认无感电机的工作状态，根据无感电机的工作状态选择对无感电机的控制方式，实现无感电机在各种工作状态下对转速的稳定控制。
36、又例如，在空载或轻载状态下，通过调节驱动模块的驱动电压的方式，使得负载电流维持在设定的工作电流，避免恒定的较大的驱动电压下负载较小时，反电动势信号微弱且不稳定，导致反电动势的检测误差，最终导致的无感电机速度抖动；同时通过调节pwm信号的占空比在可变化的驱动电压下实现速度的稳定控制，同时实现工作电流和工作转速的稳定可靠控制。
37、又例如，在重载状态下，负载电流较大，反电动势信号强，反电动势的检测误差小，无需控制工作电流，通过设定驱动模块的驱动电压的方式，使驱动电压恒定在较大的状态，有利于无感电机的在重载状态下的稳定运转，在恒定的较大驱动电压下通过调节pwm信号的占空比实现速度的稳定控制，控制方式稳定可靠。
1.一种血泵控制系统，其特征在于，包括可变电源模块、驱动模块、控制模块、无感电机和检测模块；
2.一种血泵的控制方法，其特征在于，采用如权利要求1所述的血泵控制系统，所述血泵控制系统包括可变电源模块、驱动模块、控制模块、无感电机和检测模块；所述可变电源模块连接所述驱动模块和所述控制模块，以给所述控制模块供电，并给所述驱动模块提供可变的驱动电压；所述驱动模块连接所述无感电机以驱动所述无感电机转动；所述控制模块连接所述驱动模块，输出pwm信号给所述驱动模块以驱动所述无感电机，并调节所述可变电源模块供给所述驱动模块的驱动电压；所述检测模块连接所述无感电机和所述控制模块，将检测的所述无感电机的负载电流和转速反馈给所述控制模块；控制方法包括如下步骤：所述控制模块获取所述检测模块反馈的所述无感电机的负载电流；
3.如权利要求2所述的血泵的控制方法，其特征在于，电流控制和转速控制配合的双闭环控制包括：根据预先设定的工作电流与所述检测模块反馈的所述负载电流的差值，调节所述可变电源模块供给所述驱动模块的驱动电压，使得所述无感电机的电流稳定在工作电流；在该变化的驱动电压下调整输出到所述驱动模块的pwm信号的占空比，使得所述无感电机的转速稳定在工作转速。
4.如权利要求2所述的血泵的控制方法，其特征在于，单转速控制的单速度闭环控制包括：在设定的驱动电压下，所述控制模块调整输出到所述驱动模块的pwm信号的占空比，使得所述无感电机的转速稳定在工作转速。
5.如权利要求4所述的血泵的控制方法，其特征在于，设定的驱动电压为可变电源模块的最大电压。
6.权利要求2所述的血泵的控制方法，其特征在于，根据所述负载电流判断所述无感电机的工作状态包括：
7.如权利要求3所述的血泵的控制方法，其特征在于，所述无感电机工作在空载状态或轻载状态，根据设定的工作电流和工作转速，所述控制模块控制所述驱动模块采用电流控制和转速控制配合的双闭环控制，根据工作电流调节所述可变电源模块供给所述驱动模块的驱动电压，使得所述无感电机的电流稳定在工作电流，包括：根据所述检测模块反馈的负载电流与所述工作电流的差值通过pi调节得到所述驱动电压，所述驱动电压通过以下公式计算得到：
8.如权利要求3所述的血泵的控制方法，其特征在于，所述无感电机工作在空载状态或轻载状态，根据设定的工作电流和工作转速，所述控制模块控制所述驱动模块采用电流控制和转速控制配合的双闭环控制，调整输出到所述驱动模块的pwm信号的占空比，使得所述无感电机的转速稳定在工作转速，包括：根据所述检测模块反馈的转速与所述工作转速的差值通过pi调节得到所述pwm信号的占空比，所述pwm信号的占空比通过以下公式计算得到：
9.如权利要求6所述的血泵的控制方法，其特征在于，在所述控制模块获取所述无感电机反馈的负载电流之前进行初始设置，以初始设置驱动所述无感电机运行，所述初始设置包括：设定所述可变电源模块供给所述驱动模块的初始驱动电压；设定所述控制模块输出到所述驱动模块的pwm信号的初始占空比；设定空载或者轻载时的工作转速和工作电流；设置重载时的工作转速和驱动电压；设定第一电流限定值和第二电流限定值。
10.一种医疗设备，其特征在于，至少包括如权利要求1所述的血泵控制系统和血泵。
11.一种计算机程序产品，其特征在于，用以执行如权利要求2-9任一项所述的血泵控制方法。
12.一种计算机可读存储介质，其特征在于，用于存储如权利要求11所述的计算机程序产品。
