Диссертация (1025996), страница 16
Текст из файла (страница 16)
ст. Для сравнения на Рис.4.7 представлены те же зависимости, но для угла 3°.Рис. 4.7. Зависимости перепада давления от угла наклона ротора (угол наклона 3°)Разность перепада давления при угле 3° и 0° увеличилась и составляетоколо 5 мм рт. ст., что наглядно демонстрирует Рис. 4.8.134Рис. 4.8. Зависимость изменения перепада давления при разных углах наклонаротораСледовательно, с увеличением угла наклона, т. е. амплитуды поперечныхколебаний ротора, увеличивается изменение перепада давления. Однакоувеличение угла наклона ведет к увеличению радиального зазора δ , что, вопервых, отрицательно сказывается на перепаде давления в принципе – чембольшезазор,темменьшеперепаддавления,во-вторых,требованиеминиатюризации не позволяет увеличивать размеры насоса.Таким образом, подход к созданию пульсаций за счет угловых колебанийротора принято считать неэффективным.4.4.Исследование влияния изменения скорости вращения ротора наперепад давленияСеточная модель НВК состоит из трех областей: спрямителя потока(неподвижная область), рабочего колеса (вращающаяся область), диффузора135(неподвижная область).
Условия на границах областей: вход – нулевоестатическое давление, выход – массовый расход (5 л/мин), поверхности стенок иконструктивных элементов – нулевое значение скорости (no-slip wall). Всеусловия моделирования подробно изложены в работе [19].При изменении скорости вращения по схеме, представленной на Рис. 3.15(слева), перепад давления должен меняться, как показано на Рис.
3.15 (справа).Расчет нестационарный. Модель крови – неньютоновская жидкость спеременной вязкостью, описываемая нелинейной зависимостью от скоростисдвига – модель Каро-Яшида (Рис. 2.7). Остальные данные расчета те же. Ихподробное описание представлено в работе [19].Результат CFD (Computational Fluid Dynamics) моделирования показан наРис. 4.9.Рис. 4.9. Изменения перепада давления сообразно изменению скорости вращения(CFD расчет)136В первые доли секунды ротор выходит на рабочий режим. Перепаддавления с посчитанной из данных РНХ (Таблица 9, С. 99) амплитудой скоростивращения 700 об/мин изменяется по гармоническому закону с амплитудой 20 ммрт. ст.
и частотой 1 Гц у рабочей точки 100 мм рт. ст., что полностьюсоответствует желаемому результату.Таким образом, подход к созданию пульсаций кровотока за счет измененияскорости вращения ротора принято считать эффективным.4.5.Выводы по четвертой главе1.Определены частоты собственных колебаний роторной замкнутойсистемы «объект – регулятор».2.Исследовано влияние неуравновешенных сил на поведение ротора длядвух пульсирующих и непульсирующего режимов функционирования насосавспомогательного кровообращения.3.Показано, что наклон ротора в плоскости YZ на допустимый угол1,15° дает изменение перепада давления 1 мм рт.
ст., а на угол 3° – 5 мм рт. ст.,что не является существенным. В этой связи подход к созданию пульсаций за счетугловых колебаний ротора признан неэффективным.4.Изменение скорости вращения ротора по гармоническому закону самплитудой 700 об/мин и частотой 1 Гц провоцирует колебания перепададавления с амплитудой 20 мм рт. ст. и частотой 1 Гц у рабочей точки 100 мм рт.ст.
Таким образом, подход к созданию пульсаций за счет изменения скоростивращения признан эффективным.137ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЕВрезультатедиссертационнойработысозданпакетпрограмм,позволяющий синтезировать эффективное нелинейное управление положениемротора аксиального насоса вспомогательного кровообращения на активныхмагнитных опорах, гарантирующее обеспечение требуемой динамики ротора вусловиях действия различного рода возмущений и изменения внутреннихпараметров модели.Разработанныеотличаютсяметодыточностью,обеспечениябыстротой,требуемойэкономичностьюдинамикивсмыслероторазначенийуправляющих токов, а главное надежностью, что в целом обеспечиваетповышениебезопасностижизнеобеспечивающейсистемы–насосавспомогательного кровообращения.Для проектируемого аксиального насоса вспомогательного кровообращениядан анализ двух подходов к созданию пульсаций кровотока: за счет специальносоздаваемых угловых колебаний ротора и за счет изменения скорости вращенияротора.
В обоих случаях разработанное управление обеспечило заданный режимфункционирования управляемого объекта.Основные выводы диссертационной работы состоят в следующем:1.Разработана математическая модель нелинейной динамики жесткогоротора в двух радиальных активных магнитных подшипниках с учетомгироскопических эффектов, включающая нелинейную модель магнитногоподвеса, учитывающая влияние потока крови, внешние кусочно-постоянное игармоническое воздействия инерционного характера, а также возмущениявследствие неуравновешенности ротора.2.Выделеныхарактерныедляцелогоклассааппаратоввспомогательного кровообращения безразмерные комплексы (критерии подобия),позволяющие проводить проектирование систем НВК для физически подобныхконструкций.1383.Дан анализ эффективности двух подходов к созданию пульсацийкровотока: за счет угловых колебаний ротора и за счет изменения скоростивращения ротора.
Установлено, что угловые колебания ротора изменяют перепаддавления на выходе из камеры насоса на величину в 4 раза меньшую требуемой (5мм рт. ст. (при угле наклона 3°) при необходимых 20 мм рт. ст.). В то же времяизменение скорости вращения ротора с заданной амплитудой 700 об/мин ичастотой 1 Гц приводит к соответствующим колебаниям перепада давления 120мм рт. ст.
на 80 мм рт. ст., который создает насос вспомогательногокровообращения.Эффективнымпризнанвторойподходксозданиюпульсирующего кровотока – за счет изменения скорости вращения ротора.4.Методоманалитическогоконструированияагрегированныхрегуляторов (АКАР) разработано нелинейное управление положением ротора,гарантирующее: а) заданную точность позиционирования ротора в нулевомположении – выше 4 мкм за счет компенсации внешних инерционныхвоздействийкусочно-постоянногонежелательныхвозмущенийигармоническоговследствиехарактера,неуравновешенностиатакжеротора;б)асимптотическую устойчивость замкнутой системы «объект – регулятор» вобластидопустимыхзначенийфазовыхкоординат;в)параметрическуюробастность системы; г) в два раза меньшие значения управляющих токов посравнению с линейным ПИД регулятором; д) поддержание режима пульсацийза счет специально создаваемых угловых колебаний ротора, а также за счетизменения скорости вращения ротора.5.Проведено исследование динамики ротора с линейным ПИДрегулятором.
Показана нецелесообразность применения данного вида управленияк системе с большим разбросом физических параметров и характеристик работы.Дляпроектируемогонасосавспомогательногокровообращениянамагнитных опорах нового поколения, являющегося сложной биомеханическойсистемой, с большим разбросом физических параметров и характеристикфункционирования, синергетический подход в отличие от классических методов139управления,позволяетуправление,согласующеесяструктуройобъектаосуществлятьсвысокоэффективноесущественнонелинейной«неисиловое»многосвязнойуправления. Полученные в диссертационной работерезультаты составляют задел в направлении создания надежных, рассчитанных надлительное применение, отечественных конструкций НВК нового поколения.140БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК1.Агеев Ф.
Т. и др. Больные с хронической сердечной недостаточностью вроссийской амбулаторной практике: особенности контингента, диагностикии лечения (по материалам исследования ЭПОХА-О-ХСН) // Сердечнаянедостаточность. 2004. Т. 5. №. 1. С. 4-7.2.Александров А. Г., Паленов М. В. Состояние и перспективы развитияадаптивных ПИД-регуляторов в технических системах // Автоматика ителемеханика. 2014. №. 2. С. 16-30.3.Беляев Л. В., Жданов А. В.
Особенности современных подходов кпроектированию систем искусственного сердца ивспомогательногокровообращения пульсирующего типа с применением ИПИ-технологий// Современные проблемы науки и образования. 2013. №. 6. С. 77-78.4.Беляев Л. В., Шевченко А. П., Жданов А. В. Геометрический синтезпространственного кулачкового механизма мехатронного модуля длясистем вспомогательного кровообращения // Современные проблемы наукии образования. 2013. №. 4. С. 1-8.5.БокерияЛ. А.идр.Проведениегемолитическихиспытанийминиатюризованных роторных насосов крови // Бюллетень НЦССХ им.А. Н.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
