[发明专利]基于自抗扰控制的多输出微创手术器具及其控制方法

权利要求书

1.基于自抗扰控制的多输出微创手术器具，其特征在于，所述多输出微创手术器具包括刀具和ADRC控制器；

所述刀具为超声波刀具或射频刀具，所述射频刀具为双极输出射频刀具或单极输出射频刀具；

所述刀具通过刀具接口与所述ADRC控制器电连接；

所述ADRC控制器包括：

跟踪微分器，接收所述刀具在谐振工作点的目标相位差并输出追踪信号，所述追踪信号为相位差的变化速度和相位差的变化率；

扩张状态观测器，接收所述刀具在谐振工作点的实际相位差并输出扩张信号，观测所述刀具在谐振工作点的实时扰动并输出扰动补偿，所述扩张信号为相位的变化速度和相位的变化率；

状态误差反馈控制律，接收所述追踪信号和所述扩张信号的对比变量并输出状态信号；

以及直接数字式频率合成器，接收所述状态信号经所述扰动补偿后的混合相位值并输出数字化正弦波幅至所述刀具接口的连接电路，输出所述刀具在谐振工作点的实际相位差至所述扩张状态观测器。

2.根据权利要求1中所述的基于自抗扰控制的多输出微创手术器具，其特征在于，所述刀具还设置ID芯片。

3.基于权利要求1～4中任意一项所述的基于自抗扰控制的多输出微创手术器具的控制方法，其特征在于，包括步骤S1～S7：

S1：刀具通过刀具接口与手柄连接，所述刀具为超声波刀具、双极输出射频刀具或单极输出射频刀具中的一种；

S2：比较器采集比较所述刀具工作时的电压电流波并输出电压方波信号和电流方波信号，微控制器捕捉所述电压方波信号和电流方波信号进行计算并输出所述电压方波信号的上升沿时间t₁和所述电流方波信号的上升沿时间t₂,通过公式(1)和公式(2)的运算后输出刀具工作时的目标相位值Δt和实际相位差y_r；

Δt＝t₁-t₂ (1)

Δt＝y_r (2)

S3：跟踪微分器经过公式(3)的运算对实际相位差y_r进行光滑处理，输出追踪信号和前馈控制量r₃，所述追踪信号包括相位差的变化速度r₁和相位差的变化率r₂，

其中，R为可调参数；

S4：扩张状态观测器经过公式(4)的运算对控制过程输入值u经过b₀放大后的输出值b₀u和实际输出值y进行处理，输出扩张信号和等效到输入侧的系统总扰动z₃，所述扩张信号包括相位的变化速度z₁和相位的变化率z₂，

其中，β₁、β₂和β₃为可调参数；

S5：状态误差反馈控制律经过公式(5)的运算后输出状态信号u₀，

u₀＝k₁(r₁-z₁)+k₂(r₂-z₂) (5)

其中，k₁和k₂为可调参数；

S6：所述状态信号u₀由所述扩张状态观测器扰动补偿后输入直接数字式频率合成器，最终系统的控制输入过程为公式(6)；

S7：直接数字式频率合成器与刀具接口电路连接，刀具的实际输出值y直接输入到所述扩张状态观测器，对所述刀具的工作频率进行实时反馈环形控制。

4.根据权利要求3所述的基于自抗扰控制的多输出微创手术器具的控制方法，其特征在于，还包括步骤S8：使用需求变更需要更换新规格的刀具时，解除需求变更前使用的刀具与所述刀具接口的连接关系，重复步骤S1～S8，重新对所述刀具的工作频率进行实时反馈环形控制。

5.根据权利要求3所述的基于自抗扰控制的多输出微创手术器具的控制方法，其特征在于，所述步骤S1中还包括：刀具通过刀具接口与系统控制主板连接时，所述刀具通过ID连接线与所述系统控制主板电连接，所述系统控制主板上的ID读写电路对所述刀具上带有的ID芯片进行识别，判断所连接的刀具类别。