[发明专利]一种用于医用超导回旋加速器高频腔体的电压调平衡算法

说明书

本发明公开了一种用于医用超导回旋加速器高频腔体的电压调平衡算法，涉及电压调平技术领域，基于高频低电平系统中的回旋加速器高频腔体，回旋加速器高频腔体包括I腔和R腔，高频低电平系统包括控制器、电机驱动器和电机，电压调平衡算法通过ARM控制器平台，对推挽式高频腔两组腔体的电压进行采样，对采样信号进行一系列的运算，最终获得用于调节两组腔体电压的微调电容电机控制信号；这种算法在不影响高频腔体调谐的条件下，具有调平衡速度快，使用灵活，控制精度高的特点，防止了因推挽式高频腔两组腔体的之间电压不平衡，而造成的回旋加速器无法出束的现象发生。

技术领域

本发明涉及电压调平技术领域，更具体地说，它涉及一种用于医用超导回旋加速器高频腔体的电压调平衡算法。

背景技术

超导回旋加速器是使用超导主磁铁的回旋加速器。随着超导技术的发展．使用超导线圈的强电流产生高磁场的超导回旋加速器开始问世，其磁感应强度可高达4～5T。目前，超导回旋加速器逐渐应用于医学PET诊断、质子治疗等领域。

对于目前的医用超导回旋加速器，一般包括推挽式高频腔，该推挽式高频腔具有两组腔体（I腔和R腔）。高频低电平系统用于控制腔体输入信号的幅值及脉冲占比，同时控制高频腔体微调电容上电机的运动，高频电平系统利用改变高频腔体微调电容的容值大小的办法，即可改变腔体的谐振频率。调节高频腔的微调电容大小，使得腔体的谐振频率与腔体高频输入信号频率相同，则此时腔体处于谐振状态。高频低电平系统控制电机使腔体从非谐振状态到谐振状态的过程，称之为调谐，且该过程在高频低电平系统中由调谐环实现。

但是，当腔体经过调谐后处于谐振状态时，由于机械结构存在的误差，造成I腔和R腔不完全对称，使得调谐过程中，I腔和R腔上的电机即使运动相同的步长，产生的微调电容改变量也会不一样，因此易出现I腔和R腔之间电压不平衡的现象。该现象的存在影响粒子在加速器中的加速情况，造成粒子轨道的偏移，使得医用超导加速器存在无法出束的情况。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种用于医用超导回旋加速器高频腔体的电压调平衡算法，便于解决超导回旋加速器推挽式高频腔的两组腔体之间存在电压不平衡的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种用于医用超导回旋加速器高频腔体的电压调平衡算法，基于高频低电平系统中的回旋加速器高频腔体，所述回旋加速器高频腔体包括I腔和R腔，所述高频低电平系统包括控制器、电机驱动器和电机，电压调平衡算法包括如下步骤：

S1：根据高频低电平系统的调试方法，使高频低电平系统的幅度环和调谐环实现闭环控制，分别获取I腔和R腔的采样信号，并调节I腔和R腔的分布电容，使二者的采样电压保持一致；

S2：基于获取的高频低电平系统调谐环的输出TuningStep，根据I腔和R腔的电压比公式，并根据实际获取的I腔电压VDeeI和R腔电压VDeeR，获得实际测量电压比N；

当调谐环未完全闭环时，电压平衡环的控制为

式中K为补偿系数；

当电压平衡环完全闭环时，TuningStep数值接近于0，即死区，则有实际测量电压比N的对数：

此时电压平衡环的控制为：

式中为TuningStep死区的补偿系数；

S3：将调谐环控制算法与电压平衡环电压控制算法相结合，并输出控制信号至电机驱动器以驱动电机调节微调电容。

进一步的，步骤S1包括：