● 摘要
缺氧是即将进入高原生活和工作人们的严峻挑战之一。适量的低氧预习服训练是减轻甚至消除因缺氧导致的高原反应的有效手段。为了营造低氧环境，人们大都采用借助设备进行模拟的方法。然而，目前的低氧设备一般具有安全性低、灵活度差、控制性能低等缺点。基于此，文本针对一种新型常压低氧舱模型，提出控制算法，使其能够模拟不同海拔高度的低氧环境。
本文通过对常压低氧舱结构的分析，做出合理假设，针对大时滞系统建立数学模型，提出了结合PD算法与模糊控制算法的算法结构。通过考察实际测量曲线存在的缺陷，对比有无干扰状态下控制效果的差异，提出了自适应环节，进而在最初控制算法基础上改进，完成了结合PD算法的模糊自适应算法最终方案。
在满足低氧训练和低氧实验要求的前提下，本文自主研发了低氧舱自动控制系统。使用手动改装的控制器、C8051F060单片机和MSP430F5438单片机共同完成数据的采集和控制指令的执行，同时使用Labview编写上位机软件，实现数据显示和高度选择。
本文共设计并完成了4组实验，分别用于检测初始算法的不足，验证改进后算法在性能上的提升，验证算法的精确度、鲁棒性和响应速度，以及验证控制系统的稳定性和可靠性。实验结果表明，改进后的算法能够弥补大时滞系统引起的不足，同时能在一定程度上克服外界干扰的影响。控制误差最大不超过±61m，系统受干扰后的恢复时间不超过4.6min，系统维持稳定的时间占总时间的比例不低于97%。在进行实验的过程中，控制系统运行正常，未出现故障。
通过与实际高原环境的对比可知，该控制算法能够使常压低氧舱模拟不同海拔高度高原低氧环境，使舱内氧气浓度维持在误差允许范围之内，还原真实度高。该控制系统能克服低氧舱复杂多变的环境特性，鲁棒性强，精度较高，为长时间的低氧训练和低氧实验提供了重要平台。