Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ. Медицина на современном уровне развития не мыслима без широкого внедрения в свою практику новых медицинских технологий, позволивших благодаря всестороннему техническому оснащению наиболее эффективно использовать и развивать опыт многих поколений врачевателей недугов. Большинство современных медицинских приборов, таких как диагностические аппараты, аппараты терапевтического и хирургического воздействия, разноплановые тренажеры для профилактики и лечения и др., имеют в своем составе автоматические системы регулирования и управления. В аппаратах, в которых при обеспечении режимов регулирования и управления необходимо преобразование электрического сигнала управления в возвратно-поступательное перемещение исполнительного элемента (с управляющими или силовыми функциями) применяются электромеханические преобразователи (ЭМП).
Решение новых задач, которые ставит перед собой медицинская наука, неуклонно влечет за собой необходимость совершенствования обеспечивающих ее развитие технических средств, что приводит к изменению и ужесточению требований как к самим системам управления медицинских аппаратов, так и к входящим в них устройствам, в частности и к электромеханическим преобразователям, от разрабатываемых для перспективных медицинских приборов ЭМП требуется при высокой динамической точности отработки сигналов управления низкая энергоемкость, малые габариты, возможность дистанционного управления как самим преобразователем, так и управляемым им элементом. ' высокая степень надежности функционирования. Поэтому, совершенствование медицинских приборов выдвигает актуальную задачу по разработке методик проектирования преобразователей в соответствии с совокупностью требований, предъявляемых к ним как элементам систем управления и составным частям указанных аппаратов, на основе создания математических моделей ЭМП с повышенной степенью детализации протекающих в них процессов.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ - разработка математических моделей быстродействующих нейтральных ЭМП, учитывающих специфику их функционирования в составе систем управления медицинских аппаратов, и на основе указанных моделей с учетом теоретического и экспериментального анализа процессов, протекающих в преобразователях, создание методического аппарата для проектирования и экспериментальной отработки ЭМП с характеристиками; близкими к оптимальным.
.-4-Исходя из указанной цели в настоящей работе, необходимо было поставить и решить следующие ЗАДАЧИ, при решении которых использовался положительный опыт по проектированию силовых систем управления и их элементов, накопленный в военно-промышленной области:
-
Проанализировать схемы и конструкции нейтральных ЭМП, перспективных для использования в силовых системах управления медицинских аппаратов, и классифицировать их по характерным признакам.
-
Разработать единую обобщенную математическую модель выбранных конструктивных схем преобразователей с учетом известных и дополнительных факторов, существенно влияющих на функционирование ЭМП в составе медицинских аппаратов.
-
На основе анализа обобщенной математической модели установить аналитические зависимости, связывающие конструктивные параметры ЭМП с его динамическими характеристиками, используя которые совместно с математическими моделями характерных конструкций преобразователей разработать -методики и алгоритмы проектирования ЭМП на ЦВМ по техническим требованиям, предъявляемым к ним со стороны силовых систем управления.
-
Разработать методики и экспериментальную оснастку для испытаний и отработки опытных образцов нейтральных ЭМП и провести их исследование.
ОБЪЕКТОМ ИССЛЕДОВАНИЯ являются быстродействующие нейтральные -электромеханические преобразователи силовых систем управления медицинских аппаратов лечебного и диагностического назначения.
ПРЕДМЕТОМ ИССЛЕДОВАНИЯ служат статические и динамические характеристики нейтральных ЭМП, методы их проектирования с применением ЦВМ, а также методики экспериментальной отработки проектируемых образцов.
МЕТОД ИССЛЕДОВАНИЯ - комплексный, характеризуемый совместным использованием общих принципов теории электромеханического преобразования энергии, расчета на ЦВМ и натурного эксперимента.
-
Теоретически обоснованные и экспериментально подтвержденные технические решения, реализованные при создании новой конструкции электромеханического коммутатора многоканальной системы регистрации параметров жизнеобеспечения больного, обладающей минимальными габаритами и возможностью коммутации цепей за время, не превышающее 0.01С.
-
Разработку 3х типов оригинальных конструкций нейтральных ЭМП, функционирующих при различных видах типовых нагрузок в диапазоне потребляемых мощностей от 0,55 Вт до 8 Вт и обладающих требуемым быстродействием.
-
Математическое описание процесса проектирования нейтральных ЭМП, включающее нелинейную математическую модель и аналитические зависимости и позволяющее проектировать новые конструкции преобразователей
-5-с учетом специфики их функционирования в составе управления силовой системы.
4. Методики и результаты теоретических и экспериментальных исследований разработанных ЭМП. обеспечивающих их отработку на соответствие требований медицинских комплексов.
-
Построена обобщенная математическая модель, адекватная реальным процессам функционирования нейтральных ЭМП в составе силовых систем управления медицинских аппаратов, отражающая дополнительно специфические функциональные связи - взаимовлияние ЭМП и нагрузок, действующей на якорь электромагнита через упругую механическую связь и влияние характера связи усилителя мощности с обмотками электромагнита на процессы, протекающие в них.
-
На основе математических моделей и предложенного метода проектирования разработан методический аппарат, позволяющий рассчитать пара метры ЭМП требуемой динамики с обеспечением минимально потребляемой мощности при ограничении по габаритам, с обеспечением минимальных габаритов при ограничении по потребляемой мощности, а также с обеспечением максимального быстродействия в условиях ограничения по габаритам и мощности по цепи управления.
-
Разработан новый тип конструкции шагового двигателя электромеханического коммутатора, защищенный а. с. СССР N№45161, 55772, 56740, в котором для обеспечения высокого быстродействия механическая пружина выполнена переменной жесткости, а рабочий ход двигателя совмещен с холостым.
-
Разработаны методики и получены аналитические зависимости, позволяющие рассчитать при требуемой динамике ЭМП:
минимально допустимый диаметр выходного вала электромагнита, при котором обеспечивается его функционирование без отскока якоря;
соотношение между длиной распределительного устройства и углои поворота якоря электромагнита, при котором обеспечивается минимально потребляемая мощность.
-
Разработаны алгоритмы проектирования нейтральных ЭМП для систем управления медицинских аппаратов, позволяющие по требованиям технического задания определить параметры преобразователя, обеспечивающие его максимальное быстродействие, минимальные габариты или минимальш потребляемую мощность.
-
Для систем управления медицинских приборов созданы ( спроектированы, изготовлены, экспериментально отработаны) 4е конструкции нейтральных ЭМП.
3. Разработан и выпущен 0СТЗ-2467-93 "Электромагниты нейтральные управляющие. Конструкции и размеры" (с участием автора, как одного из основных исполнителей).
Основные результаты работы докладывались и обсуждались на I и II Всесоюзных симпозиумах по пневматическим приводам и системам управления 1968г. и 1973г.. на научно-технических конференциях профессорс-копреподавательского состава ТГУ 1974, 1975, 1981 годов, отраслевых научно-технических конференциях 1990-Эбгг., секции НТС НИИ НМТ. 1996г., научно-технических конференциях ТВАКУ 1997г..
По теме диссертации автором выполнено:
8 публикаций в центральной и отраслевой научно-технической периодической печати;
9 изобретений, защищенных авторскими свидетельствами СССР;
15 технических отчетов по НИОКР, проводившихся в 1980-93 годах по постановлениям руководящих и правительственных органов СССР и РФ.
Диссертация состоит из введения, трех разделов, заключения с выводами и содержит 170 с машинописного текста, в том числе 40 рисунков, список литературы на 3 листах.
