人体代谢定量模拟系统的设计与实现

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1、国内图书分类号：V524.3学校代码：10213国际图书分类号：681密级：公开工学硕士学位论文人体代谢定量模拟系统的设计与实现硕士研究生：李俊导师：王艳教授申请学位：工学硕士学科：控制科学与工程所在单位：航天学院答辩日期：2013年7月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:V524.3U.D.C:681DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringDesignandAchievementofQuantitativeSimulatingofHumanMetabolicSystemCa

2、ndidate：LiJunSupervisor：Prof.WangyanAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：ControlScienceandEngineeringAffiliation：DepartmentofControlScienceandEngineeringDateofDefence：July,2013Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学硕士学位论文摘要根据我国关于航天“

3、三步走”战略的计划要求，2020年我国将建成较大规模的有人照料的空间站，这就要求空间站用再生式环境控制与生命保障系统（环控生保系统）需研制成功，为了确保生保系统在空间站长期、稳定、可靠的运行，在正式运行前需在地面进行多次的验证性实验，人体代谢模拟系统即为环控生保系统的验证性系统之一。本文根据我国国内环控生保系统的发展速度，综合国外空间站配套系统的研制情况，提出了全新的人体代谢模拟系统。系统共包括一下四个单元：二氧化碳（CO2）产生功能、加湿功能、加热功能及耗氧功能单元。本文详细的阐述了总体和具体分单元的设计方案，同时还根据精度需求设计了合理的控

4、制系统，选择了合适的硬件执行器。在控制系统设计方面，上位机采用LabVIEW，可以发挥其强大的测试测量功能和友好的人机界面功能，便于实验员操作。下位机采用西门子公司的PLC，可以发挥其稳定、可靠的特点，符合整体设计的要求。系统分为全自动和半自动两种模式，全自动模式可以定量连续多周期性的模拟人体代谢的各个单元，半自动模式可以单独操作各个单元，同时还可以满足拉偏功能的需求。本次设计的新颖之处在于：利用“分子筛变压吸附”的原理，设计了全新的耗氧功能单元。利用这种原理的好处为可以避免传统“抽气补氮”方式带走的舱内微量气体，最大程度上还原舱内环境，更加可

5、靠的验证环控系统。关键词：人体代谢定量模拟；LabVIEW；PLC-I-哈尔滨工业大学硕士学位论文AbstractAccordingtothe"threesteps"planofChinaonastronautics,ourcountrywillbuildalargescalespacestationonwhichastronautcanliveforalongtime,whichrequiresanewEnvironmentControlandLifeSupportSystem(ECLSS).InordertomakesurethattheE

6、CLSScanworklong,stablyandreliably,itneedstobetestforseveraltimesonthegroundbeforeworkingformally.ThehumanmetabolicsimulationsystemisoneoftheconfirmatorysystemsofECLSS.BasedonthesituationofECLSSofourcountry,combinedwiththesupportingsystemoftheInternationalSpaceStation,anewhum

7、anmetabolicsimulationsystemwasinventedwhichinculdescarbondioxide(CO2)supplyunit,humiditycompensatingunit,heatcompensatingunitandoxygen(O2)consumptionunit.Thispaperdescribestheoverallandsub-unitdesigndetaily.Accordingtotheaccuracyrequirement,asuiablecontrolsystemhasbeendesign

8、ed.Andtheappropriatehardwareofthenewhumanmetabolicsimulationsystemhasbeench