机械通气是利用呼吸机协助病人呼吸,维持病人氧合,为原发病治疗争取时间的一种重要医疗手段,特别是在危重症新冠肺炎患者的救治过程中发挥了不可替代的作用。然而,由于感染人数巨大,呼吸机短缺,大量患者因没有接受呼吸机治疗而导致死亡。在分析了现有呼吸机工作原理的基础上,提出了一种基于气动比例控制的新型分布式模块化机械通气系统,构建了基于比例阀和电磁阀的模块化机械通气单元;在此基础上,构建了整个系统的数学模型,搭建了系统的实验平台,实现了对输出气流和压力的比例控制;此外,采用人工模拟肺在不同通气模式下进行了实验研究,结果表明,该系统不仅能实现现有呼吸机的常用通气模式,而且针对不同患者的通气需求,能够实现各个通气单元的单独控制,互不干扰,有望解决重大疫情灾害下呼吸机短缺问题。

为研究气动比例控制系统的动态特性,针对该系统的非线性特性,对系统进行了机理建模研究。为便于进行定性分析,对该数学模型进行了线性化处理。通过系统辨识,消除了在机理建模中因泄漏、气体压缩及压力损失等引起的误差,证明了所建模型的正确性。

针对实验系统中的气动比例压力阀的工作机理,详细介绍并推导了基于该比例压力阀的阀控缸系统的数学模型,并进行简化,通过模型的仿真与实验对比,验证了该模型在工作频段的准确性.

通过分析下肢康复训练的要求，设计减重机构气动系统和助力腿驱动气动系统。利用气缸、比例阀、位移传感器、拉力传感器、数据采集卡及计算机等元件组成下肢康复训练控制系统，搭建实验平台，证明气动比例控制技术在人体下肢康复训练中的可行性和有效性。