Hệ thống điều khiển vi khí hậu trong lồng nuôi dưỡng trẻ sơ sinh

Bài viết trình bày phương pháp thiết kế bộ điều khiển phi tập trung và điều khiển tách kênh cho hai thông số nhiệt độ và độ ẩm của lồng nuôi dưỡng trẻ sơ sinh.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Hệ thống điều khiển vi khí hậu trong lồng nuôi dưỡng trẻ sơ sinhĐiều khiển – Cơ điện tử - Truyền thông HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VI KHÍ HẬU TRONG LỒNG NUÔI DƯỠNG TRẺ SƠ SINH Nguyễn Thu Hà * Tóm tắt: Lồng nuôi dưỡng trẻ sơ sinh (LNDTSS) là một thiết bị y tế quan trọng và cần thiết, nhiệm vụ chính của chiếc lồng nuôi dưỡng trẻ sơ sinh là giữ ổn định thân nhiệt của trẻ ở một nhiệt độ thích hợp cho sự sống và sự phát triển của trẻ. Trong các LNDTSS hiện đại còn được trang bị thêm các hệ thống điều chỉnh độ ẩm, nồng độ khí oxy cùng các thiết bị điều trị khác như: đèn tử ngoại để điều trị bệnh vàng da, cân điện tử, các hệ thống theo dõi. Đây là một đối tượng hai đầu vào và hai đầu ra, hai biến điều khiển là điện áp cấp cho sợi đốt và phần trăm độ mở của van, hai biến cần điều khiển là nhiệt độ và độ ẩm trong lồng. Bài báo trình bày phương pháp thiết kế bộ điều khiển phi tập trung và điều khiển tách kênh cho hai thông số nhiệt độ và độ ẩm của lồng nuôi dưỡng trẻ sơ sinh.Từ khóa: Điều khiển nhiệt độ; Điều khiển độ ẩm; Lồng ấp trẻ sơ sinh. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Lồng nuôi dưỡng trẻ sơ sinh (LNDTSS) là một thiết bị y tế quan trọng và được sử dụngcho trẻ sinh mổ hoặc sinh non. Tại các bệnh viện, LNDTSS được mua từ nước ngoài vớigiá thành khá cao ( 10000 – 27000USD/chiếc) nhưng khi hỏng hóc thì việc khôi phục gặpnhiều khó khăn do không có vật tư thay thế. Ở Việt Nam, cũng đã có một số đề tài nghiêncứu thiết kế LNDTSS [1, 2], tuy nhiên, các ứng dụng vẫn chưa rộng rãi. Đây là đối tượngnhiều chiều và trong những năm gần đây có rất nhiều thuật toán điều khiển hiện đại đượcáp dụng cho LNDTSS như điều khiển mờ [3, 4], mạng nơ ron [5], điều khiển dự báo [6],etc. Bài báo này trình bày về phần kết quả tiếp theo của đề tài [2], đó là các phương phápđiều khiển phi tập trung và điều khiển tách kênh cho hệ thống điều khiển nhiệt độ và độẩm môi trường của lồng nuôi dưỡng trẻ sơ sinh. 2. HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VI KHÍ HẬU TRONG LNDTSS2.1. Cấu tạo LNDTSS Đối tượng nghiên cứu là LNDTSSATOM-V80 được sử dụng khá rộng rãi ởViệt Nam [7]. LNDTSS ATOM-V80 đượctrình bày trên hình 1. LNDTSS ATOM-V80 có kích thước920x430x685mm, công suất đốt là 300W, dảinhiệt độ điều chỉnh là 25 – 37°C, độ chính xác:0.25%. Ưu điểm của ATOM-V80 có thể điềukhiển liên tục, nhược điểm của nó là chức nănghiển thị cũng như điều khiển còn hạn chế.2.2. Hệ thống điều khiển vi khí hậu Hệ thống vi khí hậu bao gồm các thànhphần cơ bản: hệ thống tuần hoàn khí, hệthống điều khiển nhiệt độ, hệ thống điềukhiển độ ẩm, cơ cấu điều khiển nồng độ ôxyvà hệ thống báo động. Sơ đồ khối của hệthống điều khiển vi khí hậu được trình bày Hình 1. LNDTSS ATOM-V80.trên hình 2.150 Nguyễn Thu Hà, “Hệ thống điều khiển vi khí hậu trong lồng nuôi dưỡng trẻ sơ sinh.”Nghiên cứu khoa học công nghệ Hình 2. Sơ đồ khối của hệ thống điều khiển vi khí hậu. - Hệ thống điều khiển nhiệt độ bao gồm bộ điều khiển nhiệt độ K1, cảm biến nhiệt độkhông khí C1, cảm biến an toàn C2, cảm biến nhiệt độ da C3, buồng tạo nhiệt độ B1, phầntử sinh nhiệt S. Hệ thống điều khiển nhiệt độ là thành phần quan trọng nhất, đòi hỏi phảiđược điều khiển và giám sát với độ chính xác cao. Có hai thành phần chúng ta cần quantâm đó là nhiệt độ của lồng và nhiệt độ thân nhiệt của bé. Nhiệt độ của lồng cho phép biếnthiên từ 29 – 36oC, còn nhiệt độ thân nhiệt từ 36 – 39oC với bước thay đổi nhỏ nhất là0.1oC. - Hệ thống điều khiển độ ẩm bao gồm bộ điều khiển độ ẩm K2, cảm biến đo độ ẩm C4,buồng tạo độ ẩm B2, van điều chỉnh lưu lượng không khí ẩm V3. Hệ thống điều khiển độẩm có nhiệm vụ tạo và ổn định độ ẩm trong lồng nuôi dưỡng ở các giá trị phù hợp với từngtrường hợp cần chăm sóc. Độ ẩm trong lồng duy trì trong dải từ 40 – 85% với bước thayđổi nhỏ nhất là 5%. - Hệ thống điều khiển nồng độ ôxy và van điều khiển lưu lượng ôxy. - Hệ thống báo động gồm có các khối báo động K3, các rơle an toàn và thiết bị thu pháttín hiệu báo động ( đèn, còi). Hệ thống thực hiện cảnh báo nhằm đảm bảo an toàn cho trẻtrong trường hợp xảy ra sự cố. 3. THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN Sau khi thiết kế, chế tạo các mạch đo và điều khiển, tiến hành lắp ráp được một môhình hoàn chỉnh, bước tiếp theo phải xác định thông số của bộ điều khiển.3.1. Xác định hàm truyền đạt của đối tượng. Trong LNDTSS, điện áp xoay chiều được cấp cho sợi đốt. Sợi đốt nóng lên và tạo ramột công suất toả nhiệt. Nhiệt này sẽ đốt nóng luồng không khí dẫn vào lồng thay đổinhiệt độ trong lồng. Một phần của luồng không khí đưa vào lồng được đưa qua một bìnhnước, làm cho nước trong bình bốc hơi và tạo thành ẩm. Lượng ẩm này được cấp cho lồngthông qua van. Đây là đối tượng hai vào hai ra. Hai tín hiệu vào là điện áp cấp cho sợi đốtvà phần trăm độ mở của van ...