具有針對死時間和正向電壓的補償?shù)奶荻确糯笃鞯闹圃旆椒?br> 【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于補償對梯度線圈（16）供電的梯度放大器（1）的非線性的方法，其中，所述非線性是由所述放大器的有限死時間和/或由正向壓降引起的，所述梯度放大器（1）包括可控全橋（8）和輸出濾波器（9），其中，所述全橋（8）被控制以提供期望線圈電流（ic），所述方法包括以下步驟：接收所述梯度放大器（1）的期望占空比（aeff），測量所述輸出濾波器（9）的輸入電流（ifilt）和輸出電壓（ucfilt），根據(jù)所述期望占空比（aeff）以及測得的所述輸入電流（ifilt）和測得的所述輸出電壓（ucfilt）估計調(diào)制器占空比（amod），并且提供所述調(diào)制器占空比（amod）以控制所述全橋（8）。本發(fā)明還涉及一種用于對梯度線圈（16）供電的梯度放大器（1），所述梯度放大器包括：含有至少兩個半橋（10）的全橋（8），每一半橋（10）具有至少兩個串聯(lián)的電源開關(guān)（11），其中，將每一半橋（10）從其在兩個電源開關(guān)（11）之間的中心點分接出來，并且每一半橋（10）具有連接至所述半橋（10）的分接中心點的輸出濾波器（9）；用于提供所述梯度放大器（1）的期望占空比（aeff）的控制單元（4）；用于根據(jù)任一方法權(quán)利要求將調(diào)制器占空比（amod）提供為所述期望占空比（aeff）的補償?shù)难a償塊（5）；以及用于根據(jù)所述補償塊（5）提供的所述調(diào)制器占空比（amod）控制所述電源開關(guān)（11）的調(diào)制器（6）。
【專利說明】具有針對死時間和正向電壓的補償?shù)奶荻确糯笃?br> 【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于補償對梯度線圈供電的梯度放大器的非線性的方法，所述梯度放大器包括可控全橋和輸出濾波器，其中，所述全橋被控制以提供期望線圈電流。本發(fā)明還涉及用于根據(jù)占空比生成磁線圈電流以在MRI系統(tǒng)中提供空間信息的梯度放大器，所述梯度放大器包括:含有至少兩個半橋的可控全橋，每一半橋具有至少兩個串聯(lián)的電源開關(guān)，其中，將每一半橋在其開關(guān)之間的中心點處分接出來，并且每一半橋具有在所述半橋的分接中心點和梯度線圈之間連接的輸出濾波器；用于為所述梯度放大器提供期望占空比的控制單元；以及用于根據(jù)所述占空比控制所述開關(guān)的調(diào)制器。
【背景技術(shù)】
[0002]梯度放大器生成磁線圈電流，以在MRI系統(tǒng)中提供空間信息?，F(xiàn)有技術(shù)的梯度放大器使用具有半橋的模擬控制(例如，PID控制器)的快速開關(guān)電源設(shè)備，從而以高準確度提供期望占空比?？蓮腢S7253625獲知這樣的梯度放大器。這樣解決方案成本很高。
[0003]由于占空比的準確度降低，主要有兩個導(dǎo)致難以使用價格較為低廉的部件的效應(yīng):
[0004]首先，用于梯度放大器的變換器通常包括一個或多個全橋，每一全橋由兩個半橋構(gòu)成。半橋是兩個電源開關(guān)(例如，MOSFET或IGBT)的串聯(lián)，并且其連接至市電電源。在兩個電源開關(guān)之間的中心點分接出半橋的輸出電壓。假設(shè)電源的負導(dǎo)軌處于零電壓上，那么當上方開關(guān)接通而下方開關(guān)斷開時，半橋能夠提供正電壓，并且當下方開關(guān)接通而上方開關(guān)斷開時，半橋能夠提供零點壓。為了避免當發(fā)生從正電壓到零電壓或相反過程的變換時發(fā)生短路，需要在關(guān)閉第一開關(guān)之后在接通第二開關(guān)之前有特定等待時間。這一時間就是所謂的死時間。在這一死時間期間，輸出電壓不是由開關(guān)狀態(tài)確定的而是取決于系統(tǒng)的輸出電流和內(nèi)部狀態(tài)以及寄生效應(yīng)。因而，存在由死時間誘發(fā)的特定有效電壓誤差，其能夠妨礙控制性能，或者在最壞的情況下可能導(dǎo)致控制器不穩(wěn)定。所需的死時間隨著電源開關(guān)的切換時間的增大而增大，從而導(dǎo)致增大的有效電壓誤差。
[0005]其次，即使當電源開關(guān)接通時，也會發(fā)生跨越開關(guān)的端子的電壓降。這一電壓降非線性地依賴于開關(guān)電流，而且也會導(dǎo)致電壓誤差，該電壓誤差能夠?qū)е屡c死時間類似的問題。將這一誤差稱為正向電壓，其隨著開關(guān)電流的增大而增大。
[0006]用于補償這些電壓誤差的現(xiàn)有技術(shù)方法采取高電感負載，使得電流在一個PWM周期內(nèi)只是非常緩慢地變化。其提供了簡單的補償，因為電壓誤差受到在一個PWM周期內(nèi)能夠假定幾乎恒定的電流的強烈影響。然而，梯度放大器的負載通常包括輸出濾波器和梯度線圈。輸出濾波器通常是LC濾波器，其降低干擾和紋波電流。盡管梯度線圈的電感非常高，但是濾波器電感通常很低，從而使跨越濾波器的電壓損失最小化。對于變換器而言，這導(dǎo)致高度動態(tài)的負載電流，使得即使在一個PWM周期內(nèi)，其也能夠具有若干零交叉。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種用于補償梯度放大器的非線性的方法以及一種這樣的用于對梯度線圈供電的梯度放大器，所述梯度放大器適于以低成本和高準確度為梯度線圈供電。
[0008]這一目的是通過獨立權(quán)利要求實現(xiàn)的。在從屬權(quán)利要求中給出了有利實施例。
[0009]具體而言，本發(fā)明提供了一種用于補償對梯度線圈供電的梯度放大器的非線性的方法，所述梯度放大器包括可控全橋和輸出濾波器，其中，所述全橋被控制以提供期望線圈電流，所述方法包括以下步驟:接收所述梯度放大器的期望占空比，測量所述輸出濾波器的輸入電流和輸出電壓，根據(jù)所述期望占空比以及測得的所述輸入電流和測得的所述輸出電壓估計、調(diào)制器占空比，并且提供所述調(diào)制器占空比，以控制所述全橋。
[0010]本發(fā)明還提供了一種用于對梯度線圈供電的梯度放大器，所述梯度放大器包括:含有至少兩個半橋的可控全橋，每一半橋具有至少兩個串聯(lián)的電源開關(guān)，其中，將每一半橋從其在所述兩個電源開關(guān)之間的中心點分接出來，并且每一半橋具有連接至所述半橋的分接中心點的輸出濾波器；用于提供所述梯度放大器的期望占空比的控制單元；用于根據(jù)上述方法提供調(diào)制器占空比作為所述期望占空比的補償?shù)难a償塊；以及用于根據(jù)所述補償單元提供的所述調(diào)制器占空比控制所述電源開關(guān)的調(diào)制器。
[0011]本發(fā)明還提供了一種計算機可讀介質(zhì)，例如，存儲設(shè)備、軟盤、壓縮盤⑶、數(shù)字通用盤DVD、藍光盤或者隨機存取存儲器RAM，所述計算機可讀介質(zhì)含有令計算機執(zhí)行上述方法的一組指令，本發(fā)明還提供了一種計算機可用介質(zhì)的計算機程序產(chǎn)品，所述計算機可用介質(zhì)包括計算機可用程序代碼，其中，所述計算機可用程序代碼用于執(zhí)行上述方法。
[0012]本發(fā)明還提供了用于對梯度放大器控制軟件進行更新以執(zhí)行上述方法的軟件包。
[0013]本發(fā)明的基本思想是基于作為輸入變量的濾波器電壓和濾波器電流補償非線性，從而獲得可靠的補償，并根據(jù)期望占空比以高準確度對梯度線圈供電。因此，還使用所述期望占空比作為輸入變量，以提供針對所述調(diào)制器的占空比，即調(diào)制器占空比。所述補償?shù)母邷蚀_度允許使用便宜的開關(guān)部件，即便宜的電源開關(guān)，以降低梯度放大器和整個MRI系統(tǒng)的總成本。所述補償塊優(yōu)選是數(shù)字補償塊，這樣能夠?qū)崿F(xiàn)對輸入變量的有效處理。不需要基于在一個PWM周期內(nèi)的恒定電流的假設(shè)的近似，這相比于控制器值提高了梯度線圈電流的準確度。能夠以高準確度處理高度動態(tài)的負載電流，并且由于例如電源開關(guān)的切換時間或者正向電壓導(dǎo)致的不確定狀態(tài)不會導(dǎo)致所應(yīng)用的占空比不同于期望占空比，因為對于所述調(diào)制器占空比而言估計并考慮了濾波器電流和電壓。
[0014]優(yōu)選實施例包括生成三維查找表的步驟，所述三維查找表根據(jù)所述期望占空比、所述輸入電流和所述輸出電壓提供了所述調(diào)制器占空比，其中，估計調(diào)制器占空比的所述步驟包括在所述查找表中執(zhí)行查找。利用所述查找表，能夠在無需基于查找表的獨立支持點的耗時計算的情況下獲得調(diào)制器占空比的值。只需提供一次所述查找表即可，使得所述補償塊僅需低計算能力就能夠提供有效的占空比。優(yōu)選地，所述查找表在所述補償塊之外由例如任何種類的計算設(shè)備生成，并在開始補償之前被傳送至所述補償塊。因此，還能夠在可得到改善的表的情況下或者在梯度放大器中使用具有不同特性的部件(具體而言電源開關(guān))的情況下更換所述查找表。
[0015]優(yōu)選實施例包括生成反轉(zhuǎn)的三維查找表的步驟，所述反轉(zhuǎn)的三維查找表根據(jù)所述調(diào)制器占空比、所述輸入電流和所述輸出電壓提供所述期望占空比，其中，估計調(diào)制器占空比的所述步驟包括在所述查找表中執(zhí)行對期望占空比的查找，并根據(jù)反轉(zhuǎn)方法從期望占空比確定調(diào)制器占空比。取決于期望占空比、濾波器電壓和濾波器電流的函數(shù)aMd通常含有斜坡，這使其難以為調(diào)制器占空比提供適當?shù)闹?，并且需要巨大?shù)量的支持，尤其是在斜坡區(qū)域內(nèi)。提供反轉(zhuǎn)的查找表增加了計算補償值的計算時間。然而，由于取決于調(diào)制器占空t匕、濾波器電壓和濾波器電流的函數(shù)arff不含有不連續(xù)性或陡斜率，因而降低了所需的支持點的數(shù)量，使得補償塊僅需要少量存儲器就能夠存儲查找表。這能夠使補償塊保持低成本。
[0016]在優(yōu)選實施例中，根據(jù)查找表從期望占空比確定調(diào)制器占空比的所述步驟包括使用對分法(bisection method)近似出所述調(diào)制器占空比。對分法具有得到了保證的收斂，并且解的準確度不取決于函數(shù)的類型。對分法的算法的運行時間的可預(yù)測性很高，這使得對分法適于在數(shù)字控制環(huán)境中的實施方式。
[0017]在優(yōu)選實施例中，估計所述調(diào)制器占空比的所述步驟包括在所述查找表的支持點之間執(zhí)行內(nèi)插。所述內(nèi)插允許在不提高所需的支持點的情況下以提高的準確度提供調(diào)制器占空比。優(yōu)選地，執(zhí)行線性內(nèi)插，其能夠容易地實施，且僅需簡單的計算。
[0018]在優(yōu)選實施例中，生成三維查找表的所述步驟包括生成支持點,所述支持點具有混合的對數(shù)/線性分布。因此，能夠降低支持點的數(shù)量，從而允許有效率地使用補償塊的存儲器。優(yōu)選地，選擇支持點的分布以在具有特殊興趣的區(qū)域中提供高數(shù)量的支持點，例如，在中心區(qū)域或者含有斜坡的區(qū)域中，在其他區(qū)域中提供較低數(shù)量的支持點。
[0019]在優(yōu)選實施例中，生成具有混合的對數(shù)/線性分布的支持點的所述步驟包括利用η個對數(shù)分布的主分割以及m個處于每一主分割之間的線性子分割來生成一組針對正值的支持點，并且在查找表中執(zhí)行查找的所述步驟包括通過估計所要查找的值的最高有效位的位置并使其乘以2m而確定對數(shù)偏移，來確定所述查找表中的元素的索引值，采取所述最高有效位之后的m位的集合的值作為線性偏移，并提供所述對數(shù)偏移和所述線性偏移的和作為索引值。因此，相繼的主分割的尺寸通常會增大，且通過子分割使主分割之間的間距均等分布，從而得到子分割的線性分布。對于這一實施例而言，前兩個主分割，即零和二之間具有最高密度的支持點。這一支持點分布能夠?qū)崿F(xiàn)在查找表中對值進行簡單查找，所述查找僅需通過很少的簡單、快速的位估計和提取操作而完成。
[0020]在優(yōu)選實施例中，生成具有混合的對數(shù)/線性分布的支持點的所述步驟包括利用η個對數(shù)分布的主分割以及m個處于每一主分割之間的線性子分割來生成在零值附近均等分布的一組支持點，并且在查找表中執(zhí)行查找的所述步驟包括通過形成所要查找的值的絕對值確定所述查找表中的元素的索引值，通過估計所述絕對值的最高有效位的位置并使其乘以2m來確定對數(shù)偏移，采取所述最高有效位之后的m位的集合的值作為線性偏移，并且在所要查找的值為負值的情況下提供所述查找表的元素的數(shù)量的一半減去所述對數(shù)偏移與所述線性偏移的和作為索引值，否則提供所述查找表的元素的數(shù)量的一半、所述對數(shù)偏移和所述線性偏移的和作為索引值。而且在這一實施例中，相繼的主分割的尺寸通常增大，其通過子分割使主分割之間的間距均等分布，從而得到子分割的線性分布。對于這些支持點而言，零值附近的區(qū)域具有最高密度的支持點，其中，密度隨著與零的距離的增大而降低。這一支持點分布允許在查找表中對值進行簡單查找，所述查找僅需通過很少的簡單、快速的位估計和提取操作而完成。
[0021]在優(yōu)選實施例中，在查找表的支持點之間執(zhí)行內(nèi)插的所述步驟包括執(zhí)行線性內(nèi)插，其中，在所述最高有效位之后的m位的集合之后的余數(shù)定義了所要在相鄰支持點之間查找的值的位置。因此，能夠通過簡單地采取所要查找的值的指定位來省略用于確定兩個支持點之間的值的位置的線性近似所需的計算，例如，(X-X1)/(X2-X1)的計算，其中，X是指所要查找的位置，X1和X2是最近的支持點的位置。
[0022]在優(yōu)選實施例中，生成三維查找表的所述步驟包括通過模擬或者通過數(shù)學(xué)計算來確定所述查找表的支持點。其允許基于耗時并且更加精確的模擬或數(shù)學(xué)計算提供查找表，從而能夠在短時間內(nèi)以高準確度提供調(diào)制器占空比。對于梯度放大器的任何配置而言，尤其是對于所使用的開關(guān)的任何集合而言僅需執(zhí)行一次模擬或數(shù)學(xué)計算，這是一種有效率的為查找表提供高準確度數(shù)據(jù)的方式。
[0023]在優(yōu)選實施例中，所述電源開關(guān)包括并聯(lián)的功率晶體管和(本征)二極管，所述功率晶體管例如為MOSFET或IGBT。在半橋不起作用，兩個功率晶體管都開放的狀態(tài)下使用所述二極管，使得通過電感器的電流能夠繼續(xù)流經(jīng)全橋。
[0024]本領(lǐng)域技術(shù)人員將認識到，可以將本發(fā)明的各方面實現(xiàn)為系統(tǒng)、方法或計算機程序產(chǎn)品。因此，本發(fā)明的各方面可以采取完全硬件的實施例、完全軟件的實施例(包括固件、駐留軟件、微代碼等)或者組合軟件和硬件方面的實施例，文中將它們統(tǒng)稱為“電路”、“模塊”或“系統(tǒng)”。此外，本發(fā)明的各方面可以采取計算機程序產(chǎn)品的形式，所述計算機程序產(chǎn)品體現(xiàn)在具有實現(xiàn)在一個或多個計算機可讀介質(zhì)中，所述計算機可讀介質(zhì)具有實現(xiàn)在其上的計算機可讀程序代碼。
[0025]也可以將這些計算機程序指令存儲到能夠指導(dǎo)計算機、其他可編程數(shù)據(jù)處理裝置或者其他按照具體方式工作的設(shè)備的計算機可讀介質(zhì)中，使得存儲在所述計算機可讀介質(zhì)中的指令產(chǎn)生一種包含指令的制品，所述指令實施在流程圖和/或框圖的一個或多個框中指定的功能/動作。
[0026]還可以將所述計算機程序指令加載到計算機、其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備或其他裝置上，或加載到令一系列操作步驟得以在計算機、其他可編程裝置或產(chǎn)生計算機實施的過程的其他設(shè)備上得以執(zhí)行的其他設(shè)備上，使得在、計算機或其他可編程裝置上運行的指令提供用于實施在流程圖和/或框圖的一個或多個框中指定的功能/操作的過程。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]本發(fā)明的這些和其他方面將從下文描述的實施例變得顯而易見并參考下文描述的實施例加以闡述。
[0028]在附圖中:
[0029]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的梯度放大器的示意圖，
[0030]圖2示出了圖1的梯度放大器的功率級的細節(jié)，所述梯度放大器具有連接至所述功率級的梯度線圈，
[0031]圖3示出了全橋連同圖2的輸出濾波器的等效電路，
[0032]圖4示出了處于不同工作狀態(tài)的圖2的全橋的半橋，以及處于這些工作狀態(tài)中的相應(yīng)電流，
[0033]圖5示出了圖示圖2的全橋的輸出電壓的時序圖，
[0034]圖6示出了針對圖2的全橋的正向電壓的等效電路，[0035]圖7示出了通過分析計算獲得的全橋的輸出圖的時序圖，
[0036]圖8示出了通過時域模擬獲得的全橋的輸出圖的時序圖，
[0037]圖9示出了正軸上的支持點的組合的對數(shù)/線性分布以及示范性查找值的圖示，
[0038]圖10示出了基于根據(jù)圖9的支持點的組合的對數(shù)/線性分布以及示范性查找值的查找表索引的確定，
[0039]圖11示出了覆蓋正負查找值的軸上的支持點的組合的對數(shù)/線性分布的圖示，
[0040]圖12示出了對于負示范性查找值而言，基于根據(jù)圖11的支持點的組合的對數(shù)/線性分布的查找表索引的確定，
[0041]圖13示出了針對正值和負值的一般性內(nèi)插，
[0042]圖14示出了一般的三維多線性內(nèi)插，
[0043]圖15示出了期望占空比根據(jù)調(diào)制器占空比的表函數(shù)，以及調(diào)制器占空比根據(jù)期望占空比的反轉(zhuǎn)函數(shù)，
[0044]圖16示出了對分法的圖示，
[0045]圖17示出了在沒有補償塊的非線性補償?shù)那闆r下的梯度放大器的瞬態(tài)響應(yīng)，
[0046]圖18示出了具有補償塊實施的非線性補償?shù)那闆r下的梯度放大器的瞬態(tài)響應(yīng)，并且
[0047]圖19示出了對于等于零的濾波器電流的示范性補償表的三維圖解。
【具體實施方式】
[0048]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的梯度放大器的示意圖。梯度放大器I包括主電流控制器2，主電流控制器2提供所要求的電壓Urff，該電壓對應(yīng)于一個PWM周期內(nèi)的平均變換器電壓。
[0049]梯度放大器I還包括占空比計算單元3，其通過將Ueff除以總DC總線電壓而提供期望占空比aeff，該占空比又被稱為有效占空比arff。因而，arff對應(yīng)于主控制器2所要求的占空比。主控制器2和占空比計算單元3形成了控制器單元4，其提供期望占空比aeff作為輸出。
[0050]梯度放大器I還包括用于提供調(diào)制器占空比aMd的補償塊5，該占空比含有對梯度放大器I的非線性補償。補償塊4接收有效占空比arff、測得的濾波器電流ifilt和測得的濾波器電壓Uciilt作為輸入值，并借助查找表和內(nèi)插提供調(diào)制器占空比aMd，下文將對此進行詳細說明。
[0051]梯度放大器I還包括調(diào)制器6和功率級7，其中，調(diào)制器6控制功率級7。在圖2中給出了最佳圖示的功率級包括可控全橋8和輸出濾波器9。這一實施例中的全橋8包括兩個半橋10，所述半橋中的每者包括兩個具有功率晶體管12和二極管13的開關(guān)11，所述二極管13在這一實施例中是功率二極管，并且其可以是這一設(shè)備的本征二極管。這一實施例中的功率晶體管12是IGBT，且功率二極管13與功率晶體管12的集電極-發(fā)射極路徑并聯(lián)，其中，對于每一電源開關(guān)11而言，功率晶體管12的集電極-發(fā)射極路徑具有與功率二極管13的反向相同的方向。具體而言，調(diào)制器6通過控制功率晶體管12而控制全橋8，其中，調(diào)制器6使用脈寬調(diào)制(PWM)。將每一半橋10從其在電源開關(guān)11之間的中心點分接出來，并將其連接至輸出濾波器9。[0052]輸出濾波器9是至少包括電感14和電容15的LC濾波器，其用于降低干擾和紋波電流。所述濾波器電感通常是低電感，以將跨越輸出濾波器9的電壓損失最小化。
[0053]將輸出濾波器9電連接至梯度線圈16。梯度線圈16根據(jù)梯度線圈電流ie。生成磁場，以提供MRI系統(tǒng)中的空間信息，在附圖中未示出所述系統(tǒng)的整體。
[0054]在操作中，控制單元4向補償塊5提供期望占空比aeff。補償塊5還被連接以接收輸出濾波器9的濾波器電流ifilt和濾波器電壓Urfilt的測量結(jié)果。補償塊5包括用于從所提供的輸入值評估調(diào)制器占空比aMd并應(yīng)用多維線性內(nèi)插的三維查找表。在本發(fā)明的這一實施例中，所述查找表具有調(diào)制器占空比aMd作為輸出值，并且具有期望占空比arff、濾波器電流ifilt以及濾波器電壓Urfilt作為輸入值。根據(jù)下文給定的例子中的任何一個計算查找表。
[0055]圖15示出，補償函數(shù)!LfiltAfilt)具有陡斜坡，使得需要大量支持點來獲得充分的準確度。因而，為了降低所需數(shù)據(jù)點的數(shù)量，在備選實施例中，使所述查找表反轉(zhuǎn)，從而以期望占空比aeff作為輸出值，以調(diào)制器占空比aMd、濾波器電流ifilt、濾波器電壓Ucfilt作為輸入值，所述補償函數(shù)為arff=f (aMd，ifilt, Ucfilt)。在這種情況下，執(zhí)行調(diào)制器占空比aMd的對分近似，如圖16所示。具體而言，利用對分法，通過根確定來完成對于給定aeff的所需的aMd的確定。必須確定其根aMd(l的函數(shù)為函數(shù)(amod,
ifilt) Ucfilt) _aeff0，其
中，arff(l是這樣的值:必須為其找到aMd。根據(jù)對分法，其開始于包括am()d的值的已知區(qū)間[a=_l，b=l]?，F(xiàn)在,確定這一區(qū)間的中心點叫。如果和f*(a)具有相反符號,那么根處于3和!111之間。如果不是這種情況，那么根處于叫和!^之間?，F(xiàn)在，利用這一新的區(qū)間以及新的中心點m2的確定重復(fù)這一步驟。在每一迭代步驟期間，以因數(shù)2縮小區(qū)間的寬度。這一方法保證了收斂，解的準確性不取決于函數(shù)類型。算法的運行時間可預(yù)測性很高，這有利于在數(shù)字控制環(huán)境 中的實現(xiàn)。
[0056]為了降低三維查找表的所需支持點的數(shù)量,在這一實施例中選擇支持點的混合的對數(shù)/線性分布。圖9示出了針對正值的這樣的分布。存在η個對數(shù)(底數(shù)為2)分布的主分割，以及2m個處于其間的線性子分割。圖9示出了 n=4和m=2的情況下的這種分布。這樣的分布的優(yōu)點在于，能夠從給定X的二元值非?？觳⑶曳浅Ｈ菀椎卮_定對于值X的表索引i。簡單地通過最高有效的I位的位置乘以線性分割的數(shù)量2-給出由對數(shù)記號(tick)得到的表索引。如果整數(shù)部分的所有位為零，那么偏移也為零。最高有效的I位之后的接下來的m=2位(其還擴展至小數(shù)部分)確定了由線性分割給出的索引偏移。如果整數(shù)部分為零，那么小數(shù)部分的前兩位確定了“線性”表偏移。必須將“線性”偏移加到“對數(shù)”偏移上，以獲得總體表索引。線性偏移之后的位直接根據(jù)(X-X1V(X2-X1)確定處于表索引值及其后繼值之間的小數(shù)部分(0-1)。因此，可以將這一值直接用于線性內(nèi)插，使得無需為內(nèi)插進行任何分割，從而保證了在數(shù)字控制系統(tǒng)中的快速執(zhí)行，下文將對此進行詳細說明。
[0057]圖10圖示了對于x=3.65625的示范值而言的表索引的確定。從這一估計得到的表值為值11和12。將余數(shù)0.3125直接用于內(nèi)插。
[0058]所述查找表還應(yīng)當利用零值附近的對數(shù)分布而覆蓋負值和正值。這是因為硬件系統(tǒng)的主要非線性是以零值為中心的。因此，能夠如圖11所示選擇支持點的分布。能夠如圖12所示完成表索引的確定。首 先確定X值的絕對值，之后如上文所述參考僅含有正值的表確定表索引。對于正X而言，總表索引是12加上這一表索引，對于負X而言，總表索引是12減去這一表索引。
[0059]對于正X值和負X值而言，表值之間的內(nèi)插略微不同，如圖13所示。對于正X而言，從上述算法得到的索引i表示小于值X本身的支持點。這意味著支持點i+Ι大于X。對于x〈0而言，情況相反。索引i表示大于X的支持點，支持點1-Ι則小于。在這兩種情況下，余數(shù)零對應(yīng)于表索引i本身。
[0060]現(xiàn)在通過下式給出總的一維內(nèi)插算法本身:
[0061]x=xin/x 最大 *2n_1
[0062]xabs=abs (x)
[0063]Ilog=最大值(Xabs中最左I位的位置，O)
[0064]ilog≥1:1lin=最左I位之后的Xabs中的m位給出的二元數(shù)
[0065]ilog=0:1lin=xabs中小數(shù)部分的前m位給出的二元數(shù)
[0066]X ^ 0:1=n2m+ilog2m+ilin
[0067]x<0:1=n2m_ilog2m+ilin
[0068]r=xabs (小數(shù)部分0-1)中的線性位之后的所有剩余位
[0069]X ^ O: f=fj+r (fj+^fj)
[0070]x<0: f=f j+r (f 1-1_f j)
[0071]通過上文描述的表索引的一維確定，能夠確定8個頂點的立方體，其含有必須計算該處的函數(shù)值的點x、y、z。圖14圖示了下文所述的三維內(nèi)插法。
[0072]八個頂點(x1/2，y1/2, z1/2)是立方體20的拐角。將對應(yīng)的函數(shù)值存儲到所述表中。在第一步驟中，根據(jù)三個軸之一執(zhí)行立方體邊上的四個一維內(nèi)插。由此，處于中間平面21的四個拐角上的，因而由點fn、f21、f12和f22形成的函數(shù)值fu將由此產(chǎn)生。這一平面21的X值已經(jīng)與數(shù)據(jù)點(X，y, z)的X值等同。剩余的內(nèi)插任務(wù)的維次為二，這意味著降低了一個維次。
[0073]在第二步驟中，在平面21的邊上執(zhí)行另外兩個的一維內(nèi)插。由此確定處于線22的兩個端點處的函數(shù)值fi。線22的X值和y值已經(jīng)等同于數(shù)據(jù)點(X，y, z)的x值和y值。剩余的內(nèi)插任務(wù)的維次進一步降至了一。
[0074]在最后的步驟當中，執(zhí)行線22上的單個一維內(nèi)插，其確定了給定點(x，y，z)處的函數(shù)值f。
[0075]總而言之，對于3維多線性內(nèi)插而言必須執(zhí)行七個I維內(nèi)插。它們是:
【權(quán)利要求】
1.一種用于補償為梯度線圈(16)供電的梯度放大器(I)的非線性的方法，所述梯度放大器(I)包括可控全橋(8)和輸出濾波器(9)，其中，所述全橋(8)被控制以提供期望線圈電流(iec)，所述方法包括以下步驟: 接收所述梯度放大器(I)的期望占空比(arff)， 測量所述輸出濾波器(9)的輸入電流(ifilt)和輸出電壓Uciilt), 根據(jù)所述期望占空比(aeff)以及測得的輸入電流(ifilt)和測得的輸出電壓(Urfilt)估計調(diào)制器占空比(aMd)，并且 提供所述調(diào)制器占空比(affl0d)以控制所述全橋(8)。
2.根據(jù)前述權(quán)利要求1所述的方法，包括以下步驟: 生成三維查找表，所述三維查找表根據(jù)所述期望占空比(aeff)、所述輸入電流(ifilt)和所述輸出電壓(Ucfilt)提供所述調(diào)制器占空比(affl0d)，其中， 估計所述調(diào)制器占空比Unrod)的所述步驟包括在所述查找表中執(zhí)行查找。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求2所述的方法，包括以下步驟: 生成反轉(zhuǎn)三維查找表，所述反轉(zhuǎn)三維查找表根據(jù)所述調(diào)制器占空比(am()d)、所述輸入電流(ifilt)和所述輸出電壓(Urfilt)提供所述期望占空比(aeff)，其中， 估計所述調(diào)制器占空 比Unrod)的所述步驟包括在所述查找表中執(zhí)行對所述期望占空比(aeff)的查找，并根據(jù)所述查找表從所述期望占空比(aeff)確定所述調(diào)制器占空比(aMd)。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求3所述的方法，其中， 根據(jù)所述查找表從所述期望占空比(arff)確定所述調(diào)制器占空比Unrod)的所述步驟包括使用對分法近似出所述調(diào)制器占空比(aMd)。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求2到4中任一項所述的方法，其中， 估計所述調(diào)制器占空比Unrod)的所述步驟包括在所述查找表的支持點之間執(zhí)行內(nèi)插。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求2到5中任一項所述的方法，其中， 生成三維查找表的所述步驟包括生成具有混合的對數(shù)/線性分布的支持點。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求6所述的方法，其中， 生成具有混合的對數(shù)/線性分布的支持點的所述步驟包括利用多個η個對數(shù)分布的主分割以及多個2m個處于每個主分割之間的線性子分割生成一組正值的支持點，并且 在所述查找表中執(zhí)行查找的所述步驟包括通過估計所要查找的值的最高有效位的位置并使其乘以2m而確定對數(shù)偏移，來確定所述查找表中的元素的索引值， 采取所述最高有效位之后的m位的集合的值作為線性偏移，并且 提供所述對數(shù)偏移和所述線性偏移的和作為索引值。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求6所述的方法，其中， 生成具有混合的對數(shù)/線性分布的支持點的所述步驟包括利用多個2n個對數(shù)分布的主分割以及多個2m個處于每個主分割之間的線性子分割而生成一組零值附近均等分布的支持點， 在所述查找表中執(zhí)行查找的所述步驟包括通過形成所要查找的值的絕對值，來確定所述查找表中的元素的索引值， 通過估計所述絕對值的最高有效位的位置并使其乘以2m來確定對數(shù)偏移， 采取所述最高有效位之后的m位的集合的值作為線性偏移，并且在所要查找的值為負值的情況下，提供所述查找表的元素的數(shù)量的一半減去所述對數(shù)偏移和所述線性偏移的和作為索引值，否則提供所述查找表的元素的數(shù)量的一半、所述對數(shù)偏移和所述線性偏移的和作為索引值。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求7或8中任一項所述的與前述權(quán)利要求5結(jié)合的方法，其中， 在所述查找表的支持點之間執(zhí)行內(nèi)插的所述步驟包括執(zhí)行線性內(nèi)插，其中，在所述最高有效位之后的m位的集合之后的余數(shù)定義了所要查找的值在相鄰支持點之間的位置。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求2到9中任一項所述的方法，其中， 生成三維查找表的所述步驟包括通過模擬或者通過數(shù)學(xué)計算確定所述查找表的支持點。
11.一種用于對梯度線圈(16 )供電的梯度放大器(I)，包括: 包括至少兩個半橋(10 )的可控全橋(8 )，每一半橋(10 )具有至少兩個串聯(lián)的電源開關(guān)(11)，其中，每一半橋(10)被從所述半橋的在兩個所述電源開關(guān)(11)之間的中心點分接出來，并且輸出濾波器(9)被連接至所述半橋(10)的分接中心點， 用于提供所述梯度放大器(I)的期望占空比(arff)的控制單元(4)， 用于根據(jù)上述方法權(quán)利要求中的任一項將調(diào)制器占空比Unrod)提供為對所述期望占空比(arff)的補償?shù)难a償塊(5)，以及 用于根據(jù)所述補償塊(5)·提供的所述調(diào)制器占空比(aMd)控制所述電源開關(guān)(11)的調(diào)制器(6)。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求11所述的梯度放大器(1)，其特征在于， 所述電源開關(guān)(11)包括并聯(lián)的功率晶體管(12)和二極管(13)，所述功率晶體管例如為 MOSFET 或 IGBT。
13.一種計算機可讀介質(zhì)，例如為存儲設(shè)備、軟盤、壓縮盤CD、數(shù)字通用盤DVD、藍光盤或隨機存取存儲器RAM，其含有一組指令，所述指令使計算機執(zhí)行根據(jù)前述方法權(quán)利要求中任一項所述的方法。
14.一種計算機程序產(chǎn)品，包括含有計算機可用程序代碼的計算機可用介質(zhì)，其中，所述計算機可用程序代碼用于執(zhí)行根據(jù)前述方法權(quán)利要求中任一項所述的方法。
15.一種軟件包，用于更新梯度放大器控制軟件以執(zhí)行根據(jù)前述方法權(quán)利要求中任一項所述的方法。
【文檔編號】G01R33/385GK103827687SQ201280046854
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2012年9月20日 優(yōu)先權(quán)日:2011年9月27日
【發(fā)明者】T·謝爾, C·哈特拉普 申請人:皇家飛利浦有限公司