一種醫(yī)用加速器機(jī)架的控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于醫(yī)療和工業(yè)輻照應(yīng)用的電子直線加速器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種醫(yī)用 加速器機(jī)架的控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 在中高能醫(yī)用電子直線加速器應(yīng)用中，自動(dòng)弧度治療功能是系統(tǒng)的重要和特色功 能之一。
[0003] 為了保證自動(dòng)弧度治療功能的實(shí)現(xiàn)，需要對機(jī)架旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)精確的控制，保證機(jī)架 旋轉(zhuǎn)的到位精度高，達(dá)到系統(tǒng)指標(biāo)。在治療的過程中可隨時(shí)調(diào)整機(jī)架的運(yùn)行速度，機(jī)架的旋 轉(zhuǎn)速度應(yīng)能在規(guī)定的速度范圍內(nèi)可控。機(jī)架旋轉(zhuǎn)要求有剎車的功能，能夠在緊急的情況下 在極短的時(shí)間內(nèi)停止機(jī)架的運(yùn)動(dòng)。
[0004] 目前醫(yī)用加速器機(jī)架控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，機(jī)架的到位精度較差，容易受 到干擾，工作不穩(wěn)定，異常狀態(tài)下保護(hù)措施不完善，無法高質(zhì)量地完成自動(dòng)弧度治療任務(wù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種醫(yī)用加速器機(jī)架的控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，具有可靠 性好、機(jī)架旋轉(zhuǎn)控制精度高等優(yōu)勢。
[0006] 本發(fā)明的醫(yī)用加速器機(jī)架的控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其包括：主控機(jī)、RS485串口通訊模 塊、變頻器、電機(jī)、光電編碼器、光電編碼器解析模塊、電機(jī)剎車模塊和機(jī)架旋轉(zhuǎn)精確控制模 塊，被控對象為機(jī)架；
[0007] 所述RS485串口通訊模塊，其包括：第一RS485標(biāo)準(zhǔn)串口和第二RS485標(biāo)準(zhǔn)串口；
[0008] 所述主控機(jī)，通過第一RS485標(biāo)準(zhǔn)串口與機(jī)架旋轉(zhuǎn)精確控制模塊進(jìn)行通訊，發(fā)送 機(jī)架的旋轉(zhuǎn)控制指令，接收并實(shí)時(shí)顯示機(jī)架的角度信息；
[0009] 所述機(jī)架旋轉(zhuǎn)精確控制模塊，包括判斷單元、機(jī)架標(biāo)零單元、變頻單元、剎車單元、 主機(jī)命令響應(yīng)單元和V/F輸出單元，其中，主機(jī)命令響應(yīng)單元通過第一RS485標(biāo)準(zhǔn)串口接收 主控機(jī)的旋轉(zhuǎn)控制指令，并根據(jù)該旋轉(zhuǎn)控制指令產(chǎn)生實(shí)現(xiàn)機(jī)架旋轉(zhuǎn)所需的機(jī)架標(biāo)零指令、 旋轉(zhuǎn)指令和剎車指令，分別將其發(fā)送給相應(yīng)的機(jī)架標(biāo)零單元、變頻單元和剎車單元；機(jī)架標(biāo) 零單元根據(jù)所述機(jī)架標(biāo)零指令將機(jī)架當(dāng)前角度作為初始角度位置以實(shí)現(xiàn)機(jī)架標(biāo)零操作，BP 實(shí)現(xiàn)機(jī)架0°的設(shè)置工作；變頻單元根據(jù)所述旋轉(zhuǎn)指令通過第二RS485標(biāo)準(zhǔn)串口實(shí)現(xiàn)變頻 器對電機(jī)的驅(qū)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)架旋轉(zhuǎn)的三級變速控制；判斷單元根據(jù)主控機(jī)發(fā)送的機(jī)架旋 轉(zhuǎn)設(shè)定角度和機(jī)架當(dāng)前角度位置自動(dòng)判斷機(jī)架到位時(shí)產(chǎn)生剎車指令；剎車單元根據(jù)從主機(jī) 命令響應(yīng)單元或判斷單元接收的剎車指令啟動(dòng)電機(jī)剎車模塊實(shí)現(xiàn)電機(jī)的抱閘，從而實(shí)現(xiàn)機(jī) 架的停止；V/F輸出單元將光電編碼器解析模塊獲得的機(jī)架角度信息轉(zhuǎn)換為頻率值后通過 第一RS485標(biāo)準(zhǔn)串口實(shí)時(shí)輸出給主控機(jī)；
[0010] 所述光電編碼器，采用絕對值光電碼盤實(shí)時(shí)采樣機(jī)架角度信息，并將該機(jī)架角度 信息編碼后發(fā)送至光電編碼器解析模塊；
[0011] 所述光電編碼器解析模塊，用于解析光電編碼器的機(jī)架角度信息，并將其發(fā)送給 V/F輸出單元和判斷單元。
[0012] 進(jìn)一步的，所述判斷單元產(chǎn)生的剎車指令包括第一剎車指令和第二剎車指令：
[0013] 所述判斷單元內(nèi)設(shè)第一門限閾值和第二門限閾值，且第一門限閾值大于第二門限 閾值，并與實(shí)時(shí)接收的機(jī)架角度進(jìn)行比較：若主控機(jī)設(shè)定角度位置與機(jī)架當(dāng)前角度位置之 差的絕對值小于或等于第一門限閾值時(shí)，產(chǎn)生第一剎車指令給剎車單元；若是主控機(jī)設(shè)定 角度位置與機(jī)架當(dāng)前角度位置之差的絕對值小于或等于第二門限閾值時(shí)，產(chǎn)生第二剎車指 令給剎車單元；
[0014] 所述電機(jī)剎車模塊收到第一剎車指令和第二剎車指令中的任意一個(gè)時(shí)，均產(chǎn)生電 機(jī)的剎車信號。
[0015] 進(jìn)一步的，第一RS485標(biāo)準(zhǔn)串口的通信波特率為9600bit/s，第二RS485標(biāo)準(zhǔn)串口 的通信波特率為19200bit/s。
[0016] 進(jìn)一步的，第一門限閾值1\=0. 1°，第二門限閾值T2=0.04°。
[0017] 本發(fā)明具有如下有益效果：
[0018] 1、該控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用光電編碼器，保證了編碼采樣的精度，比A/D芯片的數(shù)字 量化精度高得多，不受噪聲的影響，實(shí)現(xiàn)了機(jī)架位置信息的準(zhǔn)確反饋。
[0019] 2、控制精度高。首先光電編碼器實(shí)現(xiàn)機(jī)架位置信息的準(zhǔn)確反饋，機(jī)架旋轉(zhuǎn)精確控 制模塊中的三級變速控制實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)調(diào)整機(jī)架的運(yùn)行速度，在很小的誤差范圍內(nèi)進(jìn)行自動(dòng) 剎車，使得機(jī)架的到位精度達(dá)到0.06°左右，方差為0.01°。
[0020] 3、設(shè)計(jì)雙門限剎車，是由于機(jī)架旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的慣性原因，做了剎車雙重保護(hù)。當(dāng)越過 第一門限閾值0. 1°時(shí)，產(chǎn)生第一級剎車，但由于運(yùn)動(dòng)慣性機(jī)架繼續(xù)旋轉(zhuǎn)微小角度，此 時(shí)機(jī)架的旋轉(zhuǎn)到位精度為0.06°左右，方差為0.01°。若第一級剎車失效（基本不會）， 當(dāng)越過第二門限閾值T2= 0.04°時(shí)，產(chǎn)生第二級剎車，同理由于運(yùn)動(dòng)慣性，機(jī)架的旋轉(zhuǎn)到位 精度為〇°左右，方差為〇.〇1°。所以實(shí)際上機(jī)架的旋轉(zhuǎn)到位精度為0.06°左右，方差為 0.01。。
【附圖說明】
[0021] 圖1為本發(fā)明的醫(yī)用加速器機(jī)架的控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)示意圖；
[0022] 圖2為本發(fā)明的醫(yī)用加速器機(jī)架的控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)架旋轉(zhuǎn)精確控制模塊的流 程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023] 下面結(jié)合附圖并舉實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0024] 如圖1所示，本發(fā)明的醫(yī)用加速器機(jī)架的控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其包括：主控機(jī)、RS485串 口通訊模塊、變頻器、電機(jī)、光電編碼器、光電編碼器解析模塊、電機(jī)剎車模塊和機(jī)架旋轉(zhuǎn)精 確控制模塊，被控對象為機(jī)架；
[0025] 所述RS485串口通訊模塊，其包括：第一RS485標(biāo)準(zhǔn)串口和第二RS485標(biāo)準(zhǔn)串口。
[0026] 所述主控機(jī)，通過第一RS485標(biāo)準(zhǔn)串口與機(jī)架旋轉(zhuǎn)精確控制模塊進(jìn)行通訊，發(fā)送 機(jī)架的旋轉(zhuǎn)控制指令，接收并實(shí)時(shí)顯示機(jī)架的角度信息；
[0027] 所述機(jī)架旋轉(zhuǎn)精確控制模塊，包括判斷單元、機(jī)架標(biāo)零單元、變頻單元、剎車單元、 主機(jī)命令響應(yīng)單元和V/F輸出單元，其中，主機(jī)命令響應(yīng)單元通過第一RS485標(biāo)準(zhǔn)串口接收 主控機(jī)的旋轉(zhuǎn)控制指令，并根據(jù)該旋轉(zhuǎn)控制指令產(chǎn)生實(shí)現(xiàn)機(jī)架旋轉(zhuǎn)所需的機(jī)架標(biāo)零指令、 旋轉(zhuǎn)指令和剎車指令，分別將其發(fā)送給相應(yīng)的機(jī)架標(biāo)零單元、變頻單元和剎車單元；機(jī)架標(biāo) 零單元根據(jù)所述機(jī)架標(biāo)零指令將機(jī)架當(dāng)前角度作為初始角度位置以實(shí)現(xiàn)機(jī)架標(biāo)零操作，BP 實(shí)現(xiàn)機(jī)架0°的設(shè)置工作；變頻單元根據(jù)所述旋轉(zhuǎn)指令通過第二RS485標(biāo)準(zhǔn)串口實(shí)現(xiàn)變頻 器對電機(jī)的驅(qū)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)架旋轉(zhuǎn)的高中低速三級變速控制；判斷單元根據(jù)主控機(jī)發(fā)送 的機(jī)架旋轉(zhuǎn)設(shè)定角度和機(jī)架當(dāng)前角度位置自動(dòng)判斷機(jī)架到位時(shí)產(chǎn)生剎車指令；剎車單元根 據(jù)從主機(jī)命令響應(yīng)單元或判斷單元接收的剎車指令啟動(dòng)電機(jī)剎車模塊實(shí)現(xiàn)電機(jī)的抱閘，從 而實(shí)現(xiàn)機(jī)架的停止；V/F輸出單元將光電編碼器解析模塊獲得的機(jī)架角度信息轉(zhuǎn)換為頻率 值后通過第一RS485標(biāo)準(zhǔn)串口實(shí)時(shí)輸出給主控機(jī)；
[0028] 所述光電編碼器，采用絕對值光電碼盤實(shí)時(shí)采樣機(jī)架角度信息，并將該機(jī)架角度 信息編碼后發(fā)送至光電編碼器解析模塊；
[0029] 所述光電編碼器解析模塊，用于解析光電編碼器的機(jī)架角度信息，完成機(jī)架角度 信息對應(yīng)25bit絕對編碼數(shù)字量的映射，獲得機(jī)架角度信息并將其發(fā)送給V/F輸出單元和 判斷單元。
[0030] 所述電機(jī)剎車模塊收到第一剎車指令信號、第二剎車指令信號或第一剎車指令信 號和第二剎車指令信號時(shí)，均產(chǎn)生電機(jī)的剎車信號，使電機(jī)抱閘。
[0031] 所述判斷單元產(chǎn)生的剎車指令包括第一剎車指令和第二剎車指令：
[0032] 所述判斷單元內(nèi)設(shè)第一門限閾值和第二門限閾值，且第一門限閾值大于第二門限 閾值，并與實(shí)時(shí)接收的機(jī)架角度進(jìn)行比較：若主控機(jī)設(shè)定角度位置與機(jī)架當(dāng)前角度位置之 差的絕對值小于或等于第一門限閾值時(shí)，產(chǎn)生第一剎車指令信號給剎車單元；若是主控機(jī) 設(shè)定角度位置與機(jī)架當(dāng)前角度位置之差的絕對值小于或等于第二門限閾值時(shí)，產(chǎn)生第二剎 車指令信號給剎車單元；
[0033] 所述電機(jī)剎車模塊收到第一剎車指令和第二剎車指令中的任意一個(gè)時(shí)，均產(chǎn)生電 機(jī)的剎車信號。
[0034] 第一RS485標(biāo)準(zhǔn)串口的通信波特率為9600bit/s，第二RS485標(biāo)準(zhǔn)串口的通信波特 率為19200bit/s。第一門限閾值1\=0. 1°，第二門限閾值T2=0. 04°。
[0035] 光電編碼器輸出的差分時(shí)鐘clock土和差分串行數(shù)據(jù)線data土輸入到光電編 碼器解析模塊，光電編碼器解析模塊根據(jù)時(shí)序要求完成編碼采樣數(shù)據(jù)的串并轉(zhuǎn)換，提取出 25bit絕對編碼數(shù)字量信息（其中高13bit為圈數(shù)，低12bit為每圈分辨率，即1-4096)，完 成機(jī)架位置信息對應(yīng)編碼數(shù)字量的映射。
[0036] 因?yàn)闄C(jī)架旋轉(zhuǎn)角度值與機(jī)架位置信息的絕對編碼值是成線性關(guān)系，稱之為機(jī)架運(yùn) 動(dòng)換算公式，用下面式子（1)來描述。
[0037] y=k?x+b(1)
[0038] 上面式子中，y為機(jī)架旋轉(zhuǎn)角度值，單位是度（° ) ;x為機(jī)架位置信息的絕對編碼 值；k為常數(shù)，是斜率；b為常數(shù)，是截距。
[0039] 首先，在對機(jī)架旋轉(zhuǎn)進(jìn)行控制之前，要通過測試多組采樣點(diǎn)值（Xl，yi)計(jì)算出機(jī)架 運(yùn)動(dòng)換算公式中的斜率值k。按以下公式（2)計(jì)算斜率值k:
[0040] km= (y「y.) / (Xi-Xj)，i乒j，i，j= 1，2,…，n，（n彡 2)
[0041] (2)
[0042]k= (k1+k2+-^+km)/m,rn--C~
[0043] 上面式子中，yi，y]為機(jī)架旋轉(zhuǎn)角度值，單位是度（° ) ;Xl，X]為機(jī)架位置信息的 絕對編碼值；k"為常數(shù)，是斜率，是得到的第m個(gè)斜率值。mG，是n個(gè)測試采樣點(diǎn)中取 2個(gè)的組合數(shù)。k是上述斜率值k"的均值。另外，在沒有對機(jī)架進(jìn)行標(biāo)零