[发明专利]一种放射治疗模拟机旋转运动机构精确控制系统

摘要

本发明提供一种放射治疗模拟机旋转运动机构精确控制系统，其包括：显示控制计算机、伺服控制单元、电机驱动器、伺服电机、位置采集单元和逻辑状态单元。其中，伺服控制单元采用速率型PID算法和比例级差算法相结合的速度控制方式，即保证了旋转运动速度的稳定，有利运动中定位影像的观察，又保证了很高的到位精度，到位精度小于0.03度。启停运动控制采用双阈值算法，防止自动到位时产生振荡，停止判断时所用角度a和角度b的差值为0.03度，为启动判断时所用角度a和角度b的差值0.06度的1/2，形成的一个角度阈值区间。这种处理方式可以防止设定单一角度阈值时出现的在阈值附近出现振荡，机架反复抖动的情况。

主权项

一种放射治疗模拟机旋转运动机构精确控制系统，其特征在于，包括：显示控制计算机、伺服控制单元、电机驱动器、伺服电机、位置采集单元和逻辑状态单元；显示控制计算机，将放射治疗模拟机旋转运动机构的机架设置角度的旋转命令通过网络接口发送给伺服控制单元，并实时显示伺服控制单元返回的放射治疗模拟机旋转运动机构的机架当前角度位置和整机的工作状态；伺服控制单元，接收显示控制计算机的旋转命令，根据旋转命令中的机架设置角度和从位置采集单元获得的机架当前角度采用速率型PID算法和比例级差算法相结合的方式计算伺服电机的运行速度，并采用双阈值算法控制伺服电机的启停运动，然后将伺服电机的运行速度和启停运动指令发送控制电机驱动器；以及接收逻辑状态单元检测的模拟定位机整机的工作状态和位置采集单元采集的机架当前角度位置，并将其转发至显示控制计算机；电机驱动器，根据伺服控制单元的伺服电机的运行速度和启停运动指令驱动伺服电机，以控制放射治疗模拟机旋转运动机构的运行速度和启停，其中，电机驱动器初始状态下强电断开、伺服电机刹车锁死；逻辑状态单元，检测模拟定位机整机的工作状态，并将其送入伺服控制单元；位置采集单元，利用旋转编码器采集放射治疗模拟机旋转运动机构的机架当前角度位置，并将放射治疗模拟机旋转运动机构的机架当前角度位置实时发送至伺服控制单元，且位置采集单元的接口时序根据伺服控制单元的FPGA器件进行设定；其中，伺服控制单元采用速率型PID算法和分段比例算法相结合的方式为：当机架设置角度和机架当前角度的差大于或等于6度时，保持伺服电机的驱动速度为放射治疗模拟机专用安全标准规定的最高速度；当机架设置角度和机架当前角度的差大于3度且小于6度时，采用比例级差算法计算伺服电机的驱动速度；当机架设置角度和机架当前角度的差小于或等于3度时，采用PID算法计算伺服电机的驱动速度；且当根据逻辑状态单元发送的整机的工作状态检测到模拟定位机运动部件出现碰撞或限位连锁信号时，直接控制电机驱动器将伺服电机锁死；伺服控制单元采用双阈值算法控制伺服电机的启停运动的内容为：若机架设置角度和当前角度的差值大于0.06度，则认为机架未到位，松开伺服电机的刹车，电机驱动器加强电允许，伺服电机准备运转；否则认为机架到位，保持伺服电机的刹车锁死；当伺服电机开始运转后，伺服控制单元根据机架设置角度和当前角度的差值判断机架是否已经到达设定角度位置，若差值小于或等于0.03度，则认为机架已经到达设定角度位置，伺服控制单元此时输出的伺服电机驱动速度为0，并且锁死伺服电机的刹车，断掉电机驱动器的强电；若差值大于0.03度，则认为机架未运动至设定角度位置，继续保持伺服控制单元的电机驱动速度输出。