人工心臟血泵是用來代替心臟工作的變速、變?nèi)萘康男⌒捅?，以此來保證病人的正常的身體機(jī)能，按照植入位置可分為體外式和植入式。傳統(tǒng)的血泵一般都采用機(jī)械驅(qū)動(dòng)的軸承葉輪，但是這種方式有著明顯的缺點(diǎn)，比如對(duì)于軸承接觸區(qū)會(huì)造成壓力和產(chǎn)生熱量，進(jìn)而造成溶血（破壞紅細(xì)胞）和血栓（血液凝塊）。這對(duì)血液流動(dòng)是非常不好的。此外，這類醫(yī)療型應(yīng)用要求任何與血液接觸的部分都必須是一次性的，避免感染。

在近期舉辦的NI技術(shù)峰會(huì)上來自美國(guó)的MIT精準(zhǔn)運(yùn)動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)室的研究人員介紹了他們?cè)O(shè)計(jì)和開發(fā)的基于磁懸浮的無軸人工心臟血泵系統(tǒng)原型。通過磁場(chǎng)非耦合的方式取代軸承來驅(qū)動(dòng)葉輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，磁場(chǎng)的控制可以采用電感線圈來實(shí)現(xiàn)，這在一定程度了降低了系統(tǒng)的復(fù)雜性，同時(shí)也降低了成本。

圖1：MIT精準(zhǔn)運(yùn)動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)室推出的人工心臟血泵系統(tǒng)原型

控制定子線圈產(chǎn)生正確的磁場(chǎng)需要對(duì)十二個(gè)電磁鐵采用閉環(huán)控制，MIT設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)采用的是NI推出的MyRIO嵌入式控制器平臺(tái)，借助NI LabVIEW系統(tǒng)設(shè)計(jì)工具能夠快速的搭建閉環(huán)控制系統(tǒng)，此外MyRIO集成的是Xilinx Zynq Z-7010 SoC器件，具備豐富的高速可編程邏輯資源，這對(duì)于提供實(shí)時(shí)、可靠的閉環(huán)控制是非常有必要的。

圖2：NI推出的基于Xilinx Zynq SoC的MyRIO控制器

閉環(huán)控制反饋部分主要采用四個(gè)渦流傳感器，采用的是TI LDC1101 16位電感數(shù)字轉(zhuǎn)換器，它們被分為兩對(duì)分別測(cè)量不同轉(zhuǎn)子的實(shí)時(shí)位置，與NI MyRIO的通信則采用的是五線SPI接口。閉環(huán)控制以及反饋控制算法都是在Zynq SoC的可編程邏輯部分實(shí)現(xiàn)的，因?yàn)榛?a target="_blank">微控制器或者微處理器實(shí)現(xiàn)的軟件算法不能達(dá)到系統(tǒng)實(shí)時(shí)性和絕對(duì)可靠性的要求，實(shí)際的閉環(huán)刷新率達(dá)10KHz（理論上MyRIO控制器支持46KHz的刷新率）。此外Zynq SoC的ARM處理器可以用來實(shí)現(xiàn)用戶界面以及數(shù)據(jù)日志等功能。

圖3：閉環(huán)控制反饋環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)

作為一款配備NI工業(yè)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)可重配置I/O （RIO） 技術(shù)的產(chǎn)品，NI myRIO繼承了雙核ARM Cortex-A9的實(shí)時(shí)性能以及Xilinx FPGA可定制化I/O。它的便攜性、無縫軟件操作幫助用戶快速實(shí)現(xiàn)完整的嵌入式工程項(xiàng)目。