Maglev Apparatus for Power Minimization and Control of Artificial Hearts

Abstract

This project is directed at the third generation of heart pumps being developed in commercial research laboratories which employ feedback-controlled magnetically levitated pump impellers. Unique features of the control problem are the quasi-periodic pressure disturbances of the natural heart and nonlinearities of the magnetic levitation system. The main motivation for this paper is the power consumption due to quasi-periodic pressure disturbances from the natural heart. Since clinical studies are not possible for the vast majority of our work, there is a need for an apparatus to simulate the Left Ventricular Assist Device (LVAD) for controller design. Inspired by this need, we design a novel experimental apparatus to study the Maglev LVADs. We develop a nonlinear model, then a linearized model followed by simulation and stabilization of the closed loop system using a Virtual Zero Power (VZP) controller.

Formalismo variacional en el modelado y control de sistemas de levitación magnética

“…El fenómeno de la levitación magnética ha sido usado con éxito, por ejemplo, en cañones electromagnéticos los cuales accionan proyectiles, evitando el contacto de este con la supercie de la guía, y por lo tanto, anulando la fricción mecánica [21]. En la medicina, la aplicación de este fenómeno físico ha contribuído en el desarrollo de corazones articiales implementados mediante bombas centrífugas donde el impulsor es levitado magnéticamente, lo que aumenta el desempeño del sistema y minimiza el consumo de energía, nuevamente, debido a la ausencia de fricción [22]. En la industria manufacturera, se han desarrollado máquinas de control numérico computarizado cuyo soporte vertical es levitado magnéticamente [23], lo que aumenta considerablemente la velocidad de desplazamiento de la pieza móvil y la precisión del maquinado.…”

“…es una cantidad conservada a lo largo de las curvas integrales de V . A esta constante de movimiento H se le denomina como energía mientras que a 22) se les llama energía cinética y potencial respectivamente.…”