Mechanical ventilators are devices in critical care to assist breathing in case of expiratory dysfunction. The expiratory valve is a critical component to the ventilator as it controls the pressure in the patient’s lungs. The design process of a new expiratory valve assembly is a time consuming one due to the wide range of possible design solutions both the voice-coil actuators and membrane valves typically used in ventilators. This thesis evaluates the possibility of creating and using analytical models for model based development to speed up the early design phases of a expiratory valve assembly. The main components, voice-coil actuator and membrane valve are modelled separately and experimentally verified. A complete expiratory system model and hardware-in-the-loop test setup are constructed in order to explore how well can the dynamic properties and control performance of valve assembly be predicted. Finally various questions in the valve assembly design are explored and a new design is proposed to demonstrate the capabilities of the model based approach. The resulting voice-coil and membrane valve models can be considered accurate enough for fast exploration of the design space, as an error rate below 10% is reached without manual tuning for each design. / Mekaniska ventilatorer är en utrustning inom intensivvården för assisterad andning för patienter med nedsatt andningsförmåga. Utandningsventilen är en kritisk komponent till ventilatorn då den kontrollerar lungtrycket hos patienten. Design processen för en ny utandningsventil är en tidskrävande process mycket på grund av den mängd olika design möjligheter som kan utforskas för både talspole aktuatorn samt membran ventilen som oftast används i ventilatorerna. I detta examensarbete utforskades möjligheterna till att skapa och använda analytiska modeller för modellbaserad utveckling för att accelerera de tidiga design stadierna för en utandningsventil. Huvudkomponenterna, talspole aktuatorn och membran ventilen är modellerade separat och experimentellt verifierade. En fullständig modell för hela utandningssystemet samt en hardware-in-the-loop test plattform är konstruerad för att utforska hur väl de dynamiska egenskaperna samt kontroll prestandan för en utandningsventil kan prediceras. Slutligen utforskas diverse frågor angående ventil designen och en ny design föreslås för att demonstrera möjligheterna med en modellbaserad metod. Den slutliga modellen för både talspole aktuatorn och membran ventilen kan betraktas som tillräcklig precisa för snabb utforskning inom de olika design möjligheterna, då en felprocent under 10% är uppnådd utan manuell finjustering för varje design.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kth-193143 |
| Date | January 2016 |
| Creators | KIESI, MIKKO, AXELSSON SJÖBLOM, ROBERT |
| Publisher | KTH, Maskinkonstruktion (Inst.) |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | English |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | MMK2016:96 MDA559 |
Page generated in 0.0024 seconds