【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于pid控制优化领域，尤其涉及一种基于改进pid的输液流速控制优化方法。
技术介绍
1、输液流速控制问题是医疗领域中的一个重要课题，尤其在药物输注治疗过程中，准确控制输液速率对于保障患者安全至关重要；输液流速控制系统通过调节液体在输液管中的流动速度，确保患者接受适量的液体、药物和营养，从而避免因流速不准确导致的治疗效果不佳或潜在的医疗事故；随着科技的发展，尤其是自动化和智能化控制技术的应用，输液流速的精确控制已经成为现代医院设备的标准要求；此外，传统的手动控制或简单的机械控制方式已经无法满足现代医疗的高精度需求；随着微处理器和传感技术的发展，智能化、自动化的输液流速控制系统逐渐成为主流；这些系统通过集成传感器、控制单元和反馈机制，能够实时监控液体流速和输注量，并根据设定值自动调节流速，极大提高了治疗过程的安全性与准确性。
2、输液流速控制常采用pid控制算法实现，通过实时检测输液泵输出药液的流速并调整输液泵控制信号的输入，确保输液泵输出期望流速的药液；pid控制作为一种广泛应用于控制系统的控制算法，通过调整比例、积分和微分参数，可以应对快速响应变化的工况，实现系统的实时控制，但面对非线性复杂系统存在参数整定复杂和稳定性差的缺点。
3、模拟烹饪培训算法(a new human-based metahurestic optimization methodbased on mimicking cooking training，cboa)，是一种新颖的启发式优化方法，灵感来源于烹饪过程中的经验积累、技
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于通过一种基于改进pid的输液流速控制优化方法，实现输液流速的高精度、稳定控制；通过引入动态惯性权重和使用一种全局信息传递机制，改进模拟烹饪培训算法，提高算法全局搜索能力和局部开发能力，增强算法优化性能，避免陷入局部最优；通过建立输液系统的动态特性模型，结合流速误差实时调整输液泵速度，确保流速精确跟踪设定值，利用改进的模拟烹饪培训算法优化输液流速pid控制器参数kp、ki、kd，输出精确的输液泵控制信号，提高系统的抗干扰能力和动态响应速度，实现输液流速控制的可靠性和高效性。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用了一种基于改进pid的输液流速控制优化方法，具体步骤如下。
3、s1、利用实时监测装置获取输液过程中的关键运行数据，用于分析输液流速变化及系统运行状态。
4、s2、将输液过程中监测的输液流速变化趋势与控制系统的响应进行动态匹配，生成输液流速误差。
5、s3、将输液流速误差输入到改进型输液流速pid控制器，输出输液泵控制信号。
6、s4、所述改进型输液流速pid控制器具体实现为：通过模拟输液系统的流速动态特性建立输液流速模型，利用改进的模拟烹饪培训算法与输液流速pid控制器相融合，经过改进模拟烹饪培训算法迭代寻优得到输液流速pid控制器的最佳控制参数kp、ki、kd；所述改进模拟烹饪培训算法包括：s41、算法探索阶段通过加入周期性变化和惯性权重的最值，引入动态惯性权重，改进种群个体的位置更新数学模型；s42、算法开发阶段通过引入全局最优解的影响，使用一种全局信息传递机制，改进种群个体的位置更新数学模型。
7、s5、所述输液泵控制信号用于控制输液泵速度，实现对输液流速的精确稳定控制。
8、优选地，所述s2中输液流速误差的表达式为：
9、；
10、式中，为期望输液流速，为实际输液流速。
11、优选地，所述s4中通过模拟输液系统的流速动态特性建立输液流速模型，输液流速模型为：
12、（1）；
13、式中，为输液流速，r为输液管的内径半径，为药液的粘度，l为输液管的长度，为输液调节装置的管道长度，为药液密度，为重力加速度，为当前液位高度，为输液终端的液位高度，为药液载体的横截面积，为单位时间体积流速，t为时间。
14、优选地，输液流速控制的优化目标主要是确保输液过程的精准性、安全性和稳定性；首先，系统需要精确控制流速，确保输液量与设定值一致，以防止药物过量或不足，这一目标是系统的核心要求；此外，优化的目标还包括最小化控制误差，减少由管道阻力变化、液体粘度波动因素带来的误差，保持流速的稳定；系统应具备快速响应和调节能力，在动态环境下能及时调整流速应对患者的需求变化，确保持续稳定的输注过程；在系统稳定性方面，优化目标是提高系统对外部扰动的抵抗力，防止不稳定因素影响输液精度，确保即使在环境变化或设备损坏的情况下，流速依然能保持稳定。
15、优选地，所述s4中改进模拟烹饪培训算法，其中s41算法探索阶段通过加入周期性变化和惯性权重的最值，引入动态惯性权重，动态惯性权重的表达式为：
16、（2）；
17、式中， 为动态惯性权重，为动态惯性权重的最大值，为动态惯性权重的最小值，和为周期调节因子，为当前迭代次数，t为最大迭代次数；
18、改进后的模拟烹饪培训算法探索阶段种群个体位置更新数学模型为：
19、（3）；
20、式中，为第j维度第i个厨师导师的新位置，为第j维度第i个厨师导师的当前位置，r为介于0到1之间的随机数，为当前最佳厨师导师的位置，i为集合{1,2}中的随机数。
21、优选地，在基础模拟烹饪培训算法探索阶段引入动态惯性权重的优点在于能够增强算法的全局搜索能力和加速收敛过程；具体而言，动态惯性权重在优化的初期阶段提供较大的搜索步长，这有助于算法在解空间中进行广泛的探索，从而避免过早地陷入局部最优解；当算法处于探索阶段时，较大的惯性权重促使搜索过程具有较强的随机性，可以快速跳跃到潜在的优秀解区域，增加找到全局最优解的可能性；随着迭代次数的增加，惯性权重逐渐减小，算法的搜索步长也随之减小，这有助于算法在接近最优解时降低搜索的随机性，确保能够更加精确地进行局部搜索，最终逼近全局最优解；这一策略通过调整搜索的“粗糙度”和“精细度”来有效地平衡全局搜索与局部搜索的关系，避免在早期阶段过于集中的局部探索，同时又能够在后期阶段通过减小惯性权重加速收敛，防止搜索过程过于随机，从而提高了算法的收敛速度和精度。
22、优选地，所述s4中改进模拟烹饪培训算法，其中s42算法开发阶段通过引入全局最优解的影响，使用一种全局信息传递机制，改进种群个体的位置更新数学模型为：
23、（4）；
24、式中，为第j维度第i个厨师学生的新位置，为第j维度第i个厨师导师的当前位置，r为介于0到1之间的随机数，为学生随机选择的厨师导师，i为集合{1,2}中的随机数，为周期调节因子，为当前最佳厨师学生的位置。<本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于改进PID的输液流速控制优化方法，其特征在于，具体步骤为：
2.根据权利要求1所述的一种基于改进PID的输液流速控制优化方法，其特征在于，所述S4中通过模拟输液系统的流速动态特性建立输液流速模型，输液流速模型为：
3.根据权利要求2所述的一种基于改进PID的输液流速控制优化方法，其特征在于，所述S4中改进模拟烹饪培训算法，其中S41算法探索阶段通过加入周期性变化和惯性权重的最值，引入动态惯性权重，动态惯性权重的表达式为：
4.根据权利要求3所述的一种基于改进PID的输液流速控制优化方法，其特征在于，所述S4中改进模拟烹饪培训算法，其中S42算法开发阶段通过引入全局最优解的影响，使用一种全局信息传递机制，改进种群个体的位置更新数学模型为：
5.根据权利要求4所述的一种基于改进PID的输液流速控制优化方法，其特征在于，所述S4中经过改进模拟烹饪培训算法迭代寻优得到输液流速PID控制器的最佳控制参数Kp、Ki、Kd，具体步骤为：
6.根据权利要求5所述的一种基于改进PID的输液流速控制优化方法，其特征在于，所述S5
...【技术特征摘要】
1.一种基于改进pid的输液流速控制优化方法，其特征在于，具体步骤为：
2.根据权利要求1所述的一种基于改进pid的输液流速控制优化方法，其特征在于，所述s4中通过模拟输液系统的流速动态特性建立输液流速模型，输液流速模型为：
3.根据权利要求2所述的一种基于改进pid的输液流速控制优化方法，其特征在于，所述s4中改进模拟烹饪培训算法，其中s41算法探索阶段通过加入周期性变化和惯性权重的最值，引入动态惯性权重，动态惯性权重的表达式为：
4.根据权利要求3所述的一种基于改进...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙红霞，陈进，赵红强，毕丹丹，张磊，饶志鹏，弭吉越，
申请(专利权)人：山东欧瑞斯新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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