摘要：

機械通氣輔助通氣技術因"人機對抗"問題導致臨床療效受限，傳統PID 控制范式難以應對呼吸系統非線性與時變特性。本研究提出相空間-希爾伯特空間雙穩態交叉前饋控制架構（PHBFC System），構建呼吸節律生理協同雙穩態控制（RSBC）理論框架，通過非線性動力學建模與多模態信號融合，實現呼吸機參數與患者自主呼吸的精準協同。基于哈密頓力學相空間理論建立呼吸肌群運動學模型，揭示呼吸節律涌現機制與混沌邊界的動態關聯；采用希爾伯特-Haken 能量原理進行氣流信號本征模態分解，構建跨尺度能量特征融合空間，實現力學參數與神經電活動（sEMG）的異構數據融合。創新性設計雙穩態交叉前饋控制律，通過正負反饋耦合機制實現自主-機械呼吸模式平滑切換，結合自適應梯度下降算法動態優化控制參數，實驗室測試顯示呼吸相位同步率達92.7%，通氣量誤差控制在±3.2%以內。在ARDS 動物模型中，相較于傳統ASV模式，PHBFC 系統使人機對抗事件發生率降低68.2%（P<0.01），氧合指數提升42%，呼吸肌做功減少41.6%。研究表明，該架構通過構建閉環生物反饋系統，將機械通氣觸發延遲縮短至8±2ms，有效解決了傳統單向控制導致的人機同步障礙。理論分析表明，RSBC 框架實現了三大突破：①首次整合相空間動力學與希爾伯特能量原理于呼吸控制；②建立非線性呼吸系統的物理模型自適應控制方法；③構建多模態生物信號融合的閉環協同機制。臨床前驗證證實該系統在改善氧合、降低并發癥風險方面具有顯著優勢，為解決臨床"人機對抗"難題提供了創新解決方案。本研究構建的非線性控制范式為智能生命支持系統開發奠定了理論基礎，其方法論對神經康復、航天醫學等領域的生物控制研究具有重要參考價值。