[發明專利]基于自抗擾控制的多輸出微創手術器具及其控制方法

在審

• 申請號: 201910583568.3
• 申請日: 2019-07-01
• 公開（公告）號: CN110897683A
• 公開（公告）日: 2020-03-24
• 發明（設計）人: 馬振尉;劉富春;鄧浮池;戚錦磊;李威諭
• 申請（專利權）人: 廣州易和醫療技術開發有限公司
• 主分類號: A61B17/32
• 分類號: A61B17/32;A61B18/12;A61B18/14
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.基于自抗擾控制的多輸出微創手術器具，其特征在于，所述多輸出微創手術器具包括刀具和ADRC控制器；

所述刀具為超聲波刀具或射頻刀具，所述射頻刀具為雙極輸出射頻刀具或單極輸出射頻刀具；

所述刀具通過刀具接口與所述ADRC控制器電連接；

所述ADRC控制器包括：

跟蹤微分器，接收所述刀具在諧振工作點的目標相位差并輸出追蹤信號，所述追蹤信號為相位差的變化速度和相位差的變化率；

擴張狀態觀測器，接收所述刀具在諧振工作點的實際相位差并輸出擴張信號，觀測所述刀具在諧振工作點的實時擾動并輸出擾動補償，所述擴張信號為相位的變化速度和相位的變化率；

狀態誤差反饋控制律，接收所述追蹤信號和所述擴張信號的對比變量并輸出狀態信號；

以及直接數字式頻率合成器，接收所述狀態信號經所述擾動補償后的混合相位值并輸出數字化正弦波幅至所述刀具接口的連接電路，輸出所述刀具在諧振工作點的實際相位差至所述擴張狀態觀測器。

2.根據權利要求1中所述的基于自抗擾控制的多輸出微創手術器具，其特征在于，所述刀具還設置ID芯片。

3.基于權利要求1～4中任意一項所述的基于自抗擾控制的多輸出微創手術器具的控制方法，其特征在于，包括步驟S1～S7：

S1：刀具通過刀具接口與手柄連接，所述刀具為超聲波刀具、雙極輸出射頻刀具或單極輸出射頻刀具中的一種；

S2：比較器采集比較所述刀具工作時的電壓電流波并輸出電壓方波信號和電流方波信號，微控制器捕捉所述電壓方波信號和電流方波信號進行計算并輸出所述電壓方波信號的上升沿時間t₁和所述電流方波信號的上升沿時間t₂,通過公式(1)和公式(2)的運算后輸出刀具工作時的目標相位值Δt和實際相位差y_r；

Δt＝t₁-t₂ (1)

Δt＝y_r (2)

S3：跟蹤微分器經過公式(3)的運算對實際相位差y_r進行光滑處理，輸出追蹤信號和前饋控制量r₃，所述追蹤信號包括相位差的變化速度r₁和相位差的變化率r₂，

其中，R為可調參數；

S4：擴張狀態觀測器經過公式(4)的運算對控制過程輸入值u經過b₀放大后的輸出值b₀u和實際輸出值y進行處理，輸出擴張信號和等效到輸入側的系統總擾動z₃，所述擴張信號包括相位的變化速度z₁和相位的變化率z₂，

其中，β₁、β₂和β₃為可調參數；

S5：狀態誤差反饋控制律經過公式(5)的運算后輸出狀態信號u₀，

u₀＝k₁(r₁-z₁)+k₂(r₂-z₂) (5)

其中，k₁和k₂為可調參數；

S6：所述狀態信號u₀由所述擴張狀態觀測器擾動補償后輸入直接數字式頻率合成器，最終系統的控制輸入過程為公式(6)；

S7：直接數字式頻率合成器與刀具接口電路連接，刀具的實際輸出值y直接輸入到所述擴張狀態觀測器，對所述刀具的工作頻率進行實時反饋環形控制。

4.根據權利要求3所述的基于自抗擾控制的多輸出微創手術器具的控制方法，其特征在于，還包括步驟S8：使用需求變更需要更換新規格的刀具時，解除需求變更前使用的刀具與所述刀具接口的連接關系，重復步驟S1～S8，重新對所述刀具的工作頻率進行實時反饋環形控制。

5.根據權利要求3所述的基于自抗擾控制的多輸出微創手術器具的控制方法，其特征在于，所述步驟S1中還包括：刀具通過刀具接口與系統控制主板連接時，所述刀具通過ID連接線與所述系統控制主板電連接，所述系統控制主板上的ID讀寫電路對所述刀具上帶有的ID芯片進行識別，判斷所連接的刀具類別。