左心辅助装置最初是心脏移植的过渡治疗方案,近年来已成功扩展到冠状动脉搭桥、心脏瓣膜移植、心肌恢复等心血管疾病的治疗。搏动式左心辅助装置系统包含驱动器、传动机构、心血管系统三部分。泵体结构优化的目标是利用有限的输入功率获取最大输出性能,这就要求建立能够反映各部分相互作用的整体模型。生理控制的目标是模拟自然心脏功能根据不同的生理状态自适应地调节泵体输出。心血管参数的变化可以反映人体对血液的需求,生理控制器的设计需要以心血管模型为基础。控制器必须具有跟踪时变参数的能力,而参数估计器需要预先指定一个模型结构。因此模型结构辨识和参数估计是实现生理控制的关键。左心辅助装置在临床使用之前必须经过一套严格的测试流程。由于经济成本、伦理道德等原因,不可能频繁地开展动物实验。构建一套可以模拟心血管系统的实验平台是研究工作的基础。本文的主要内容包括：1.介绍了左心室模型和体循环模型数字仿真的方法。构建了一套模拟循环系统,主要生理变量如心率、左心室压、主动脉压、主动脉流等可调。外周流阻、动脉顺应性、主动脉流阻、主动脉流体惯性等参数可定量计算。实验平台可用于辨识算法和生理控制算法性能的评估。2.推导了凸轮机构的动力学模型,利用一台样机对凸轮槽内的摩擦系数进行标定。将此模型与超声电机的转矩-转速曲线和心血管模型相结合即构成搏动式左心辅助装置系统的整体模型。提出了通过改进凸轮轮廓线提升泵体输出(流量和压力)和效率的方法。通过数字仿真在一组凸轮轮廓线中选择出一条性能最佳曲线。3.比较了非线性递归贝叶斯理论框架下的无迹卡尔曼滤波和扩展卡尔曼滤波对于模拟体循环系统参数估计的效果。利用微分代数方法证明模型参数的可辨识性。在此基础上利用增加扩展变量过程噪声协方差的方法设计了可以跟踪体循环系统中时变参数的估计器,并与PID算法相结合构成生理控制器。将维持稳定的动脉压作为控制策略以模拟体育运动时的心率调节功能。利用嵌入式实时控制器实现生理控制算法并在模拟循环系统中测试其性能。4.研究了搏动泵出口管道模型的动态辨识方法。提出了利用子空间法提取的模型结构不变量辨识出口管道模型结构的方法,并将此方法扩展到体循环模型的结构辨识。利用无迹卡尔曼滤波器估计出口管道模型参数。通过建模精度的比较寻找最佳的时变流阻模型。用此模型代替传统的主动脉常数流阻以研究其对于四元windkessel模型中其它参数辨识结果的影响。