A ventilação mecânica pulmonar é a substituição da respiração espontânea de um paciente quando este não realiza ou realiza parcialmente esta tarefa. Esta ventilação é de extrema importância para o tratamento de pacientes em estado crítico em unidades de terapia intensiva e para a manutenção da oxigenação sanguínea durante cirurgias. A ventilação mecânica pulmonar consiste em empurrar os gases para dentro do pulmão de forma controlada, mantendo uma pressão inspiratória ou um volume inspiratório determinado. Além disso, controla o nível de pressão durante a expiração do paciente para manter os alvéolos abertos e dificultar lesões internas. Este trabalho se propõe a caracterizar uma especificação de engenharia para os sistemas de controle de ventilação, se baseando em características fisiológicas do sistema respiratório do paciente saudável e também com patologias conhecidas. São apresentados modelos matemáticos para os sistemas mecânicos responsáveis pela atuação na inspiração e na expiração do paciente, bem como um modelo matemático para o sistema respiratório. Foram desenvolvidos sistemas de controle, baseados no controlador PID, para os principais tipos de modalidades ventilatórias. Os sistemas controlados foram simulados e os resultados são apresentados neste trabalho. Os controles propostos foram implementados em equipamentos de anestesia e UTI projetados na K. Takaoka Ind. Com. Prod. Hosp. LTDA. entre 2008 e 2010 no Brasil, e estão sendo usados hoje nas salas de cirurgia e centros de terapia intensiva pelo Brasil e em alguns países da América do Sul e do Oriente médio. / The mechanical ventilation is the replacement of spontaneous breathing of a patient when it does not perform or partially perform this task. This ventilation is extremely important for the treatment of critically ill patients in intensive care units and for the maintenance of blood oxygenation during surgery. The mechanical ventilation consists in pushing the gas into the lungs in a controlled manner, maintaining a determined inspiratory pressure or inspiratory volume. In addition, it has to control the pressure level during the patients exhalation to keep the alveoli opened and prevent internal injuries. This work aims to characterize an engineering specification for the control systems of ventilation, relying on physiological characteristics of the patient\'s respiratory system on healthy subjects and also subjects with known diseases. Here are presented mathematical models for the mechanical systems responsible for acting on the inspiration and expiration of the patient, as well as a mathematical model for the respiratory system. There were developed control systems, based on the PID controller for the main types of ventilation modes. Controlled systems were simulated and the results are presented in this dissertation. The proposed controls were implemented in anesthesia and intensive care equipments designed in K. Takaoka Ind. Com Prod. Hosp. LTD. between 2008 and 2010 in Brazil, and are being used today in the operating rooms and intensive care centers in Brazil and some countries in South America and the Middle East.

A ventilação mecânica pulmonar é a substituição da respiração espontânea de um paciente quando este não realiza ou realiza parcialmente esta tarefa. Esta ventilação é de extrema importância para o tratamento de pacientes em estado crítico em unidades de terapia intensiva e para a manutenção da oxigenação sanguínea durante cirurgias. A ventilação mecânica pulmonar consiste em empurrar os gases para dentro do pulmão de forma controlada, mantendo uma pressão inspiratória ou um volume inspiratório determinado. Além disso, controla o nível de pressão durante a expiração do paciente para manter os alvéolos abertos e dificultar lesões internas. Este trabalho se propõe a caracterizar uma especificação de engenharia para os sistemas de controle de ventilação, se baseando em características fisiológicas do sistema respiratório do paciente saudável e também com patologias conhecidas. São apresentados modelos matemáticos para os sistemas mecânicos responsáveis pela atuação na inspiração e na expiração do paciente, bem como um modelo matemático para o sistema respiratório. Foram desenvolvidos sistemas de controle, baseados no controlador PID, para os principais tipos de modalidades ventilatórias. Os sistemas controlados foram simulados e os resultados são apresentados neste trabalho. Os controles propostos foram implementados em equipamentos de anestesia e UTI projetados na K. Takaoka Ind. Com. Prod. Hosp. LTDA. entre 2008 e 2010 no Brasil, e estão sendo usados hoje nas salas de cirurgia e centros de terapia intensiva pelo Brasil e em alguns países da América do Sul e do Oriente médio. / The mechanical ventilation is the replacement of spontaneous breathing of a patient when it does not perform or partially perform this task. This ventilation is extremely important for the treatment of critically ill patients in intensive care units and for the maintenance of blood oxygenation during surgery. The mechanical ventilation consists in pushing the gas into the lungs in a controlled manner, maintaining a determined inspiratory pressure or inspiratory volume. In addition, it has to control the pressure level during the patients exhalation to keep the alveoli opened and prevent internal injuries. This work aims to characterize an engineering specification for the control systems of ventilation, relying on physiological characteristics of the patient\'s respiratory system on healthy subjects and also subjects with known diseases. Here are presented mathematical models for the mechanical systems responsible for acting on the inspiration and expiration of the patient, as well as a mathematical model for the respiratory system. There were developed control systems, based on the PID controller for the main types of ventilation modes. Controlled systems were simulated and the results are presented in this dissertation. The proposed controls were implemented in anesthesia and intensive care equipments designed in K. Takaoka Ind. Com Prod. Hosp. LTD. between 2008 and 2010 in Brazil, and are being used today in the operating rooms and intensive care centers in Brazil and some countries in South America and the Middle East.