[发明专利]一种基于模糊PID的多叶光栅双闭环运动控制方法

说明书

一种基于模糊PID的多叶光栅双闭环运动控制方法，是在多叶光栅的控制过程中设置有位移环控制器和速度环控制器，所述位移环控制器的输入是上位机给定的多叶光栅叶片电机的位移值与系统的实际运行的位移值之差，即系统初始位置差，所述位移环控制器根据系统初始位置差，输出目标速度，所述目标速度与所述多叶光栅叶片电机的实际检测速度的差值，即实时速度误差，构成速度环控制器的输入，所述的速度环控制器根据接收到的实时速度误差调节多叶光栅叶片电机的运行速度，从而控制系统位移。本发明使多叶光栅的响应速度更快，稳态误差更小，抗干扰能力更强，便于工程实现，提高了多叶光栅的工作精度。

技术领域

本发明涉及一种多叶光栅双闭环运动控制方法。特别是涉及一种基于模糊PID的多叶光栅双闭环运动控制方法。

背景技术

多叶光栅(MLC)是由若干对钨金属叶片组成的立体定向放射外科医疗设备，可配合直线加速器对肿瘤进行适形调强治疗，能够最大限度地将放射线的剂量集中到病变区域内，杀灭肿瘤细胞，而使周围的正常组织和器官少受或免受不必要的照射，从而提高放射治疗增益比。为提高放射治疗精度，要求多叶光栅具备良好的运行速度和较高的位移精度。

在中国专利公开号CN105759763A中所报道的技术方案中，将速度和位移分别做为变量构成两个单闭环系统。速度环中输入变量为上位机发送的速度输入控制信号，输出变量为速度控制信号；位移环中输入变量为上位机发送的位移输入控制信号，输出变量为位移控制信号。位移环和速度环之间没有联系，上下位机传输信号较多，计算量大，对位移和速度的综合控制性能较差。

在国内论文刊物“电动多叶光栅控制设计系统与实现”、“新型电动光栅及软件实现”和“电动多叶光栅控制系统的研究与设计”等公开报道的技术方案中，均采用固定参数的PID控制算法。该方法不依赖精确的数学模型，具备较好的控制性能，使用广泛。但是多叶光栅在运行过程中容易受到重力、加速度的影响，并且随着长时间的使用，多叶光栅的电气参数会发生变化，这会对多叶光栅的运动控制造成影响。固定参数的PID控制方法难以保证控制系统的精度，容易发生“撞车”或运行距离不够等问题。

由此可见，上述公开报道的技术方案采用以速度或位移为变量的单闭环系统，且采用固定参数的PID控制方法对多叶光栅进行运动控制，难以同时协调控制多叶光栅的运行速度和位移变化，运行速度较慢，且在重力、加速度等干扰影响下，工作精度难以保证。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够提高多叶光栅的运行速度和位移精度，减少稳态误差的基于模糊PID的多叶光栅双闭环运动控制方法。

本发明所采用的技术方案是：一种基于模糊PID的多叶光栅双闭环运动控制方法，是在多叶光栅的控制过程中设置有位移环控制器和速度环控制器，所述位移环控制器的输入是上位机给定的多叶光栅叶片电机的位移值与系统的实际运行的位移值之差，即系统初始位置差，所述位移环控制器根据系统初始位置差，输出目标速度，所述目标速度与所述多叶光栅叶片电机的实际检测速度的差值，即实时速度误差e(t)，构成速度环控制器的输入，所述的速度环控制器根据接收到的实时速度误差e(t)调节多叶光栅叶片电机的运行速度，从而控制系统位移。

设定系统以最大加速度运行使得速度从零至最大速度所需距离为加速距离，所述的位移环控制器的控制如下：

1)当系统初始位置差大于两倍的加速距离时，系统先加速至最大速度，然后保持最大速度运行，直至系统位置差小于加速距离时，系统减速直至停止运动；

2)当系统初始位置差小于等于两倍的加速距离时，系统前半程加速，后半程减速。

所述的位移环控制器的第1)种控制中的系统当前时刻的速度表达式为：

若Δx_s＞2Δx_a