一种多叶光栅叶片的运动控制系统

技术领域

本发明涉及用于放射诊断的仪器技术领域，尤其涉及一种多叶光栅叶片的运动控制系统。

背景技术

多叶光栅是医用直线加速器的必要部件，由多个叶片组成，用于射野的形成。

现有技术中，多叶光栅的叶片是直流马达驱动的，控制器输出的PWM电压波形。控制器的反馈量是叶片的位置信息和叶片的速度信息。常常采用双环控制架构，以达到叶片位置控制的目的。

现有技术中，单个叶片的运动时间难以控制，会依赖于位移的大小而改变。尤其受到机架转动角度的影响；叶片位置控制容易震荡；多叶光栅射野形成时间难以理论计算，射野形成时间慢现有的控制器算法，难以满足VMAT治疗所提出的快速形成射野的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多叶光栅叶片的运动控制系统，叶片的运动时间不受到机架转动角度的影响；叶片位置控制不再震荡；多叶光栅射野形成时间可以理论计算，射野形成时间稳定。

为实现上述目的，本发明提供了一种多叶光栅叶片的运动控制系统，包括网口、控制器、可控电流源、直流马达、叶片、角度传感器和位置传感器；

所述控制器与所述网口连接，所述可控电流源与所述控制器连接，所述直流马达与所述可控电流源连接，所述叶片与所述直流马达连接，所述角度传感器与所述控制器连接，所述位置传感器与所述叶片连接，并与所述控制器连接。

其中，所述控制器架构包括位置控制器和速度控制器；所述速度控制器与所述位置控制器连接。

其中，所述控制器的架构采用双环控制，内层是速度环，用于控制速度，外层是位移环路，用于控制位移量。

其中，所述控制器架构的外层的时间常数是内层的4倍以上。

其中，所述叶片的动力学方程为：

其中，所述叶片的动力学方程中，F＝k*I，F是所述直流马达的力，I是电流，k是F与电流的比例系数，B是叶片机构的摩擦系数，m是所述叶片的质量，θ是俯仰角度。

其中，所述速度控制器的方程为：

其中，所述速度控制器的方程中，P＝4mA，A＝4/T，T是射野形成的时间。

其中，所述内环路的运动方程为：

其中，所述外环路的运动方程为：

本发明的一种多叶光栅叶片的运动控制系统，所述控制器硬件采用电流输出，馈入所述直流马达，产生力矩；添加所述角度传感器，测量多叶光栅的俯仰角，将角度信息馈入所述控制器，参与输出电流的计算；使得所述叶片的运动时间不受到机架转动角度的影响；所述叶片位置控制不再震荡；多叶光栅射野形成时间可以理论计算，射野形成时间稳定。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的一种多叶光栅叶片的运动控制系统的结构示意图。

图2是本发明提供的一种多叶光栅叶片的运动控制系统的控制器的架构图。

图3是本发明提供的一种多叶光栅叶片的运动控制系统的控制器的参数设定图。

图中：1-网口、2-控制器、3-可控电流源、4-直流马达、5-叶片、6-角度传感器、7-位置传感器、8-位置控制器、9-速度控制器。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

请参阅图1至图3，本发明提供一种多叶光栅叶片的运动控制系统：

包括网口1、控制器2、可控电流源3、直流马达4、叶片5、角度传感器6和位置传感器7；

所述控制器2与所述网口1连接，所述可控电流源3与所述控制器2连接，所述直流马达4与所述可控电流源3连接，所述叶片5与所述直流马达4连接，所述角度传感器6与所述控制器2连接，所述位置传感器7与所述叶片5连接，并与所述控制器2连接。

在本实施方式中，所述控制器2硬件采用电流输出，馈入所述直流马达4，产生力矩；添加所述角度传感器6，测量多叶光栅的俯仰角，将角度信息馈入所述控制器2，参与输出电流的计算；使得所述叶片5的运动时间不受到机架转动角度的影响；所述叶片5位置控制不再震荡；多叶光栅射野形成时间可以理论计算，射野形成时间稳定。

进一步的，所述控制器2架构包括位置控制器8和速度控制器9；所述速度控制器9与所述位置控制器8连接。

在本实施方式中，参阅图2，PLANT(θ)是所述直流马达4和所述叶片5的数学模型。

进一步的，所述控制器2的架构采用双环控制，内层是速度环，用于控制速度，外层是位移环路，用于控制位移量。

进一步的，所述控制器2架构的外层的时间常数是内层的4倍以上。

进一步的，所述叶片5的动力学方程为：

进一步的，所述叶片5的动力学方程中，F＝k*I，F是所述直流马达4的力，I是电流，k是F与电流的比例系数，B是叶片5机构的摩擦系数，m是所述叶片5的质量，θ是俯仰角度。

在本实施方式中，所述直流马达4的力和电流成正比关系，位移角的引入是为了消除所述叶片5静止时候的震动，运动时的摩擦力变化的问题。

进一步的，所述速度控制器9的方程为：

进一步的，所述速度控制器9的方程中，P＝4mA，A＝4/T，T是射野形成的时间。

进一步的，所述内环路的运动方程为：

在本实施方式中，增大P或减少m，可以减少所述叶片5的速度稳定时间。因为外部的时间常数是内部环路时间常数的4倍，所以外部的环路可以近似为一阶。

进一步的，所述外环路的运动方程为：

本发明的一种多叶光栅叶片5的运动控制系统，所述控制器2硬件采用电流输出，馈入所述直流马达4，产生力矩；添加所述角度传感器6，测量多叶光栅的俯仰角，将角度信息馈入所述控制器2，参与输出电流的计算；所述控制器2的架构采用双环控制，内层是速度环，用于控制速度，外层是位移环路，用于控制位移量；所述控制器2架构的外层的时间常数是内层的4倍以上；使得所述叶片5的运动时间不受到机架转动角度的影响；所述叶片5位置控制不再震荡；多叶光栅射野形成时间可以理论计算，射野形成时间稳定。

以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。