本發(fā)明涉及高壓發(fā)生器技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種X射線管電流控制系統(tǒng)及其控制方法。

背景技術(shù)：

X射線管是一個(gè)具有陰陽(yáng)兩極的真空管，燈絲是陰極，一般是鎢絲，陽(yáng)極是金屬制成的靶。在陰陽(yáng)兩極之間加有很高的直流電壓(管電壓)，當(dāng)陰極加熱到白熾狀態(tài)時(shí)會(huì)釋放出大量的電子，這些電子在高壓電場(chǎng)中被加速，從陰極飛向陽(yáng)極(管電流)，最終以很大的速度撞擊在金屬靶上，失去所具有的動(dòng)能，這些動(dòng)能絕大部分轉(zhuǎn)換為熱能，僅有極少的一部分轉(zhuǎn)化為X射線。調(diào)節(jié)燈絲的電流即可改變燈絲發(fā)射的電子數(shù)量，燈絲電流與發(fā)射電子的數(shù)量關(guān)系是呈指數(shù)的非線性關(guān)系。因此燈絲電流的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性直接影響著管電流的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。

現(xiàn)有X射線機(jī)，部分設(shè)備僅以燈絲電流為反饋形成閉環(huán)，沒(méi)有直接與管電流形成閉環(huán)，難以滿足前沿要求，當(dāng)燈絲在冷態(tài)和熱態(tài)時(shí)電阻的差別導(dǎo)致管電流不穩(wěn)定，影響圖像質(zhì)量。還有一部分設(shè)備閉環(huán)系統(tǒng)采用模擬電路實(shí)現(xiàn)，一般采用運(yùn)放電路，存在擴(kuò)展性和更改性差，控制方式不靈活，器件差異對(duì)電路影響大和電路面積大等缺點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于上述存在的問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種混合控制管電流的系統(tǒng)及其控制方法，用以保證X射線管管電流的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性，同時(shí)部分采用數(shù)字技術(shù)解決模擬電路在系統(tǒng)中存在的缺點(diǎn)。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：一種混合控制管電流的系統(tǒng)，包括管電流控制系統(tǒng)和與其連接的燈絲電流控制系統(tǒng)；所述燈絲電流控制系統(tǒng)通過(guò)燈絲電流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與燈絲連接；

管電流控制系統(tǒng)，用于根據(jù)X射線球管反饋的管電流對(duì)管電流進(jìn)行控制，輸出燈絲電流設(shè)定值至燈絲電流控制系統(tǒng)；

燈絲電流控制系統(tǒng)，用于根據(jù)燈絲電流設(shè)定值以及燈絲電流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)反饋的燈絲電流值對(duì)燈絲電流進(jìn)行控制，輸出燈絲電流驅(qū)動(dòng)信號(hào)，通過(guò)控制燈絲電流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制燈絲電流。

所述管電流控制系統(tǒng)包括順序連接的AD模塊、管電流控制模塊、DA模塊，以及與管電流控制模塊連接的存儲(chǔ)器；X射線球管的管電流反饋至AD模塊，外部輸入管電流設(shè)定值至管電流控制模塊；DA模塊與燈絲電流控制系統(tǒng)連接；管電流控制模塊用于實(shí)現(xiàn)PID控制燈絲電流設(shè)定值的輸出。

所述燈絲電流控制系統(tǒng)包括順序連接的燈絲電流控制模塊、PWM模塊；所述燈絲電流控制模塊與DA模塊連接，PWM模塊與燈絲電流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)連接；燈絲電流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與燈絲電流控制模塊連接；燈絲電流控制模塊用于實(shí)現(xiàn)PID輸出模擬信號(hào)控制PWM模塊，PWM模塊生成PWM信號(hào)通過(guò)控制燈絲電流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制燈絲電流。

所述燈絲電流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括半橋逆變電路、變壓器與半波整流積分電路，半橋逆變電路的兩個(gè)輸出端與變壓器初級(jí)繞組兩端連接，變壓器次級(jí)繞組兩端連接燈絲；變壓器初級(jí)繞組的一端通過(guò)半波整流積分電路與燈絲電流控制模塊連接，半橋逆變電路中的兩個(gè)MOS管的柵極分別與PWM模塊的兩個(gè)輸出端連接。

所述半波整流積分電路包括順序連接的電流互感器、半波整流電路和積分電路；變壓器初級(jí)繞組的一端穿入電流互感器的圓環(huán)內(nèi)，積分電路輸出端與燈絲電流控制模塊連接。

一種混合控制管電流的控制方法，包括以下步驟：

管電流控制系統(tǒng)根據(jù)管電流設(shè)定值以及X射線球管反饋的管電流值對(duì)管電流進(jìn)行閉環(huán)控制，得到燈絲電流設(shè)定值；

燈絲電流控制系統(tǒng)根據(jù)燈絲電流設(shè)定值以及燈絲電流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)反饋的燈絲電流值對(duì)燈絲電流進(jìn)行閉環(huán)控制，輸出PWM信號(hào)通過(guò)控制燈絲電流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制燈絲電流。

所述管電流控制系統(tǒng)根據(jù)管電流設(shè)定值以及X射線球管反饋的管電流值對(duì)管電流進(jìn)行閉環(huán)控制，得到燈絲電流設(shè)定值包括以下步驟：

管電流控制模塊對(duì)設(shè)定時(shí)間內(nèi)多次采樣的管電流求取均值，將管電流設(shè)定值與管電流均值做差，輸入至PID得到燈絲電流偏差值；該偏差值與初始值求和后得到燈絲電流設(shè)定值，輸出至燈絲電流控制系統(tǒng)。

所述燈絲電流控制系統(tǒng)根據(jù)燈絲電流設(shè)定值以及燈絲電流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)反饋的燈絲電流值對(duì)燈絲電流進(jìn)行閉環(huán)控制通過(guò)硬件實(shí)現(xiàn)，燈絲電流控制模塊根據(jù)燈絲電流設(shè)定值以及燈絲電流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)反饋的燈絲電流值對(duì)燈絲電流進(jìn)行PID控制，輸出模擬信號(hào)控制PWM模塊，PWM模塊生成PWM信號(hào)通過(guò)控制燈絲電流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制燈絲電流。

所述PWM模塊生成PWM信號(hào)通過(guò)控制燈絲電流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制燈絲電流具體為：PWM模塊輸出A、B兩相PWM信號(hào)分別控制半橋逆變電路的上、下橋臂的開(kāi)閉，產(chǎn)生燈絲電流。

所述燈絲電流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)反饋的燈絲電流值通過(guò)以下步驟得到：

通過(guò)電流互感器對(duì)變壓器初級(jí)電流進(jìn)行比例變換與隔離，再通過(guò)半波整流電路對(duì)濾波電容充電，取電容電壓得到燈絲電流值

I(t)是經(jīng)電流互感器隔離變換后的電流值，C為半波整流積分電路中的積分電容容值，U_C為整流濾波后得到的電壓值。

本發(fā)明具有以下有益效果及優(yōu)點(diǎn)：

1.管電流控制模塊使用高性能的微控制器，并配合實(shí)時(shí)內(nèi)核，實(shí)現(xiàn)多線程處理，高速系統(tǒng)時(shí)鐘使其具備強(qiáng)大的處理能力和實(shí)時(shí)性，可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制。

2.本發(fā)明使用雙閉環(huán)控制，管電流閉環(huán)控制系統(tǒng)可保證管電流的準(zhǔn)確性，燈絲電流閉環(huán)控制系統(tǒng)可保證管電流的穩(wěn)定性和控制速度。

3.使用數(shù)字技術(shù)實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制可獲得更大的靈活性，更小的體積和更好的一致性。

4.本發(fā)明能夠精確控制管電流，提高其準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，解決模擬技術(shù)存在的器件老化問(wèn)題，使設(shè)計(jì)更靈活，減少體積，降低成本，提高系統(tǒng)一致性。

5.使用模擬技術(shù)實(shí)現(xiàn)燈絲電流的閉環(huán)控制可獲得更快的響應(yīng)速度，提高系統(tǒng)控制的實(shí)時(shí)性。

附圖說(shuō)明

圖1為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的一種混合控制管電流的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。

圖2為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的系統(tǒng)實(shí)施示意圖。

圖3為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的一種混合控制管電流的系統(tǒng)的微控制器軟件流程圖。

具體實(shí)施方式

以下將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述。

本發(fā)明提供一種采用數(shù)字技術(shù)和模擬技術(shù)混合的方式精確控制X射線球管管電流的系統(tǒng)，包括控制系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)；控制系統(tǒng)為雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，外環(huán)是管電流閉環(huán)控制系統(tǒng)，內(nèi)環(huán)是燈絲電流閉環(huán)控制系統(tǒng)。

管電流閉環(huán)控制使用數(shù)字技術(shù)，以微控制器為核心，配合系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)管電流的精準(zhǔn)控制，其對(duì)管電流進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣，并與管電流設(shè)定進(jìn)行比較，通過(guò)運(yùn)算得到燈絲電流設(shè)定值，輸出到燈絲電流閉環(huán)控制系統(tǒng)。

管電流閉環(huán)控制系統(tǒng)包括管電流控制模塊、存儲(chǔ)器、AD轉(zhuǎn)換模塊和DA轉(zhuǎn)換模塊；AD轉(zhuǎn)換模塊用于對(duì)外界的管電流反饋進(jìn)行采樣，將有效值讀入微控制器芯片，供系統(tǒng)軟件使用；存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)著系統(tǒng)預(yù)設(shè)的曝光參數(shù)表(包括一些組曝光參數(shù)中X射線球管的球管電壓和球管電流電流及與其對(duì)應(yīng)的燈絲電流初始值)；管電流控制模塊采用CPU，用于實(shí)現(xiàn)數(shù)字PID功能以及計(jì)算獲取燈絲電流設(shè)定值，經(jīng)高壓油箱取回的X射線球管電流輸入至AD轉(zhuǎn)換模塊，將AD轉(zhuǎn)換模塊采樣得到的管電流有效值與管電流設(shè)定值求差，進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，得到燈絲電流的偏差值，同時(shí)從存儲(chǔ)器讀取曝光參數(shù)表，通過(guò)插值計(jì)算獲取燈絲電流設(shè)定初始值，將燈絲電流初始值與偏差值疊加，得到調(diào)節(jié)后的燈絲電流設(shè)定，控制燈絲電流的輸出；DA轉(zhuǎn)換模塊用于將管電流控制模塊得到的燈絲電流設(shè)定轉(zhuǎn)換為模擬值輸出。

燈絲電流閉環(huán)控制系統(tǒng)使用模擬技術(shù)，以模擬電路為核心，使用高精度電子元器件實(shí)現(xiàn)燈絲電流的精準(zhǔn)控制；燈絲電流閉環(huán)控制系統(tǒng)主要包括燈絲電流控制模塊和PWM模塊；燈絲電流控制模塊實(shí)現(xiàn)模擬PID功能，其將管電流閉環(huán)控制系統(tǒng)輸出的燈絲電流設(shè)定與驅(qū)動(dòng)模塊得到的燈絲電流反饋求差，進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，輸出模擬信號(hào)控制PWM模塊；PWM模塊采用PWM芯片，將燈絲電流控制模塊輸出的模擬信號(hào)與PWM芯片配合外圍電路生成的三角波進(jìn)行比較，得到PWM信號(hào)，輸出到燈絲電流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)；管電流控制模塊、存儲(chǔ)器、AD轉(zhuǎn)換模塊、DA轉(zhuǎn)換模塊、燈絲電流控制模塊和PWM模塊組合共同實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的雙閉環(huán)控制；燈絲電流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用半橋逆變結(jié)構(gòu)，半橋逆變電路接收PWM模塊輸出的兩路PWM信號(hào)A和B，分別控制其上下橋臂的導(dǎo)通和關(guān)閉，產(chǎn)生燈絲驅(qū)動(dòng)信號(hào)，輸出到變壓器初級(jí)，變壓器次級(jí)連接到燈絲負(fù)載，驅(qū)動(dòng)燈絲工作，同時(shí)在變壓器初級(jí)使用電流互感器對(duì)燈絲電流進(jìn)行隔離變換，再通過(guò)半波整流積分電路，得到燈絲電流反饋信號(hào)。半波整流積分電路包括順序連接的電流互感器、半波整流電路和積分電路；變壓器初級(jí)繞組的一端連出導(dǎo)線穿入電流互感器的輸入端即圓環(huán)內(nèi)，積分電路輸出端與燈絲電流控制模塊連接。

采用數(shù)字技術(shù)的管電流閉環(huán)控制系統(tǒng)，其中，所述實(shí)現(xiàn)數(shù)字PID功能為每1ms實(shí)現(xiàn)一次PID調(diào)整；高壓發(fā)生器開(kāi)始曝光后，每100us對(duì)管電流進(jìn)行一次采樣，每1ms計(jì)算得到10次采樣的管電流反饋均值，將管電流反饋與管電流設(shè)定做差，計(jì)算出誤差值，再將誤差進(jìn)行PID計(jì)算；其中，在實(shí)現(xiàn)數(shù)字PID功能的過(guò)程中采用經(jīng)典的位置型控制，模型如下式：

$u_{\left(k\right)}=K_p{E}_{\left(k\right)}+K_p\frac{T}{T_I}{\mathrm{\Σ}}_{j=0}^k{E}_{\left(j\right)}+K_p\frac{T_D}{T}\[E_{\left(k\right)}-E_{(k-1)}\]$

上式中E_(k)是每個(gè)周期的管電流的誤差值，K_p比例系數(shù)，T_I積分時(shí)間常數(shù)，T_D微分時(shí)間常數(shù)，T為調(diào)整周期，u_(k)是每個(gè)周期計(jì)算的結(jié)果，該結(jié)果與燈絲電流初始設(shè)定值相加求和，得到最終的燈絲電流設(shè)定值，輸出到燈絲電流閉環(huán)控制系統(tǒng)。k＝1、2、3…，表示采樣個(gè)數(shù)。

采用模擬技術(shù)的燈絲電流閉環(huán)控制系統(tǒng)，其中，將管電流閉環(huán)控制系統(tǒng)輸出的燈絲電流設(shè)定模擬量與驅(qū)動(dòng)模塊獲得的燈絲電流有效值模擬量求差，計(jì)算出誤差，進(jìn)行模擬PID調(diào)節(jié)；其中，PID調(diào)節(jié)由高精度的運(yùn)算放大電路實(shí)現(xiàn)，其數(shù)學(xué)模型如下：

$u_{\left(t\right)}=K_p{e}_{\left(t\right)}+K_p\frac{1}{T_I}{\∫}_0^T{e}_{\left(t\right)}dt+K_p{T}_D\frac{{\mathrm{de}}_{\left(t\right)}}{dt}$

上式中e_(t)是燈絲電流的誤差值輸入，K_p比例系數(shù)，T_I積分時(shí)間常數(shù)，T_D微分時(shí)間常數(shù)，T為調(diào)整周期，u_(t)是PID調(diào)節(jié)的輸出結(jié)果，該結(jié)果輸出到PWM模塊。

燈絲電流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)為半橋逆變結(jié)構(gòu)，其接收PWM模塊輸出的PWM信號(hào)分別控制其上下橋臂開(kāi)通與關(guān)閉，產(chǎn)生燈絲電流。

驅(qū)動(dòng)模塊的燈絲電流反饋有效值的獲取方法為：用交流互感器對(duì)燈絲電流進(jìn)行比例變換與隔離，在通過(guò)整流電路對(duì)電容充電，取電容電壓得到燈絲電流的有效值，相應(yīng)的公式如下：

$U_C=\frac{1}{C}\∫I\left(t\right)dt$

上式中I(t)是經(jīng)交流互感器隔離變換后的電流值，C為半波整理積分電路中的積分電容容值，U_C整流濾波后得到的電壓值，U_C值即為燈絲電流值。

圖1為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的一種混合控制管電流的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。如圖1所示，本發(fā)明提供的一種混合控制管電流的系統(tǒng)，包括控制系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，控制系統(tǒng)采用雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，包括管電流閉環(huán)控制系統(tǒng)和燈絲電流閉環(huán)控制系統(tǒng)。

管電流閉環(huán)控制系統(tǒng)是控制系統(tǒng)外環(huán)，使用數(shù)字技術(shù)，以微控制器為核心，配合系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)管電流的精準(zhǔn)控制，其對(duì)管電流進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣，并與管電流設(shè)定進(jìn)行比較，通過(guò)運(yùn)算得到燈絲電流設(shè)定值，輸出到燈絲電流閉環(huán)控制系統(tǒng)。

管電流閉環(huán)控制系統(tǒng)包括管電流控制模塊、存儲(chǔ)器、AD轉(zhuǎn)換模塊和DA轉(zhuǎn)換模塊。

AD轉(zhuǎn)換模塊用于將外界的管電流反饋的有效值讀入微控制器芯片，供系統(tǒng)軟件使用。

存儲(chǔ)器及數(shù)據(jù)處理模塊用于通過(guò)系統(tǒng)預(yù)設(shè)的曝光參數(shù)得到燈絲電流設(shè)定的初始值。

管電流控制模塊用于實(shí)現(xiàn)數(shù)字PID功能，將AD轉(zhuǎn)換模塊采樣得到的管電流有效值與管電流設(shè)定值求差，進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，得到燈絲電流的偏差值，與燈絲電流設(shè)定初始值疊加，得到調(diào)節(jié)后的燈絲電流設(shè)定，控制燈絲電流的輸出。

DA轉(zhuǎn)換模塊用于輸出燈絲電流設(shè)定的模擬值。

燈絲電流閉環(huán)控制系統(tǒng)是控制系統(tǒng)內(nèi)環(huán)，使用模擬技術(shù)，以模擬電路為核心，使用高精度電子元器件實(shí)現(xiàn)燈絲電流的精準(zhǔn)控制。燈絲電流閉環(huán)控制系統(tǒng)主要包括燈絲電流控制模塊和PWM模塊。燈絲電流控制模塊實(shí)現(xiàn)模擬PID功能，其將管電流閉環(huán)控制系統(tǒng)輸出的燈絲電流設(shè)定與驅(qū)動(dòng)模塊得到的燈絲電流反饋求差，進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，輸出模擬信號(hào)控制PWM模塊。PWM模塊將燈絲電流控制模塊輸出的模擬信號(hào)與三角波進(jìn)行比較，得到PWM信號(hào)，輸出到燈絲電流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。

燈絲電流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用半橋逆變結(jié)構(gòu)，接收PWM模塊輸出的PWM信號(hào)，控制橋臂的導(dǎo)通和關(guān)閉，產(chǎn)生燈絲電流，同時(shí)在燈絲電流回路中進(jìn)行隔離采樣，提供燈絲電流反饋信號(hào)。

圖2為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的一種混合控制管電流的系統(tǒng)的系統(tǒng)實(shí)施示意圖。由圖2所示，微控制器部分對(duì)應(yīng)圖1中的管電流閉環(huán)控制系統(tǒng)，可以看到，管電流反饋的模擬信號(hào)首先進(jìn)入到AD模塊，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，該反饋信號(hào)值與系統(tǒng)的管電流設(shè)定值求差，得到誤差值，將該值送入PID調(diào)整模塊，完成數(shù)字PID運(yùn)算，數(shù)字PID運(yùn)算采用位置型控制，其模型如下：

$u_{\left(k\right)}=K_p{E}_{\left(k\right)}+K_p\frac{T}{T_I}{\mathrm{\Σ}}_{j=0}^k{E}_{\left(j\right)}+K_p\frac{T_D}{T}\[E_{\left(k\right)}-E_{(k-1)}\]$

上式中E_(k)是每個(gè)周期的管電流的誤差值，K_p比例系數(shù)，T_I積分時(shí)間常數(shù)，T_D微分時(shí)間常數(shù)，T為調(diào)整周期，u_(k)是每個(gè)周期計(jì)算的結(jié)果，即燈絲電流設(shè)定2。同時(shí)，微控制器存儲(chǔ)器中一組數(shù)據(jù)表，內(nèi)容為部分曝光參數(shù)對(duì)應(yīng)的燈絲電流設(shè)定值，讀取該表內(nèi)容，并根據(jù)實(shí)際的曝光參數(shù)，通過(guò)比例和插值等運(yùn)算，得到燈絲電流設(shè)定的初始值，即燈絲電流設(shè)定1。將燈絲電流設(shè)定1和燈絲電流設(shè)定2求和，輸出到DA模塊，轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)輸出燈絲電流設(shè)定。

圖3為微控制器的軟件流程圖。如流程圖所示，在曝光準(zhǔn)備階段，首先讀取曝光參數(shù)，包括管電壓和管電流等值，然后根據(jù)曝光參數(shù)計(jì)算得到燈絲電流設(shè)定1；置位曝光信號(hào)，啟動(dòng)曝光；查詢定時(shí)器1是否被觸發(fā)，定時(shí)器1為100us觸發(fā)一次，用于讀取管電流AD反饋值和記錄曝光時(shí)間，如果定時(shí)器1被觸發(fā)，則讀取管電流反饋AD值并累加，啟動(dòng)一次新的AD轉(zhuǎn)換，然后查詢定時(shí)器2是否被觸發(fā)，如果定時(shí)器1未被觸發(fā)則直接查詢定時(shí)器2；定時(shí)器2為1ms觸發(fā)一次，如果定時(shí)器2未觸發(fā)，則查詢曝光是否結(jié)束；如果定時(shí)器2觸發(fā)，則用定時(shí)器1得到的管電流反饋的累加值計(jì)算管電流反饋均值并清零，然后進(jìn)行PID運(yùn)算得到燈絲電流設(shè)定值2，再將燈絲電流設(shè)定值1和燈絲電流設(shè)定值2求和，其結(jié)果送入DA寄存器，執(zhí)行DA轉(zhuǎn)換，最后查詢曝光是否結(jié)束；如曝光時(shí)間到，則復(fù)位曝光信號(hào)結(jié)束曝光，退出，否者重新查詢定時(shí)器1，如此循環(huán)，直到曝光結(jié)束。

根據(jù)圖2，微控制器部分輸出的燈絲電流設(shè)定輸出后，與燈絲驅(qū)動(dòng)部分的燈絲電流反饋求差，得到誤差值，送入模擬PID模塊，其模塊主要有高精度的運(yùn)算放大器和電阻電容等元器件組成，其數(shù)學(xué)模型如下：

$u_{\left(t\right)}=K_p{e}_{\left(t\right)}+K_p\frac{1}{T_I}{\∫}_0^T{e}_{\left(t\right)}dt+K_p{T}_D\frac{{\mathrm{de}}_{\left(t\right)}}{dt}$

上式中e_(t)是燈絲電流的誤差值輸入，K_p比例系數(shù)，T_I積分時(shí)間常數(shù)，T_D微分時(shí)間常數(shù)，T為調(diào)整周期，u_(t)是PID調(diào)節(jié)的輸出結(jié)果，該結(jié)果輸出到PWM模塊。PWM模塊由集成電路配合模擬元器件組成，采用調(diào)制法，根據(jù)電路配置，生成固定頻路及幅值的三角波，該三角波與PID調(diào)節(jié)輸出的電壓值比較，生成脈寬信號(hào)，相鄰兩個(gè)周期的脈寬信號(hào)分別送到A和B的輸出端，用于分別控制逆變電路的上下橋臂。

根據(jù)圖2所示，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)電路為半橋逆變結(jié)構(gòu)。直流母線電壓經(jīng)過(guò)電源濾波后，得到一個(gè)穩(wěn)定的低紋波直流源，PWM模塊輸出的A和B信號(hào)分別控制驅(qū)動(dòng)電路的上下橋臂，即MOSFET-A和MOSFET-B，得到逆變后的交流電源，通過(guò)電容隔離交流電源的直流成分后，送入隔離變壓器，用于驅(qū)動(dòng)燈絲負(fù)載。同時(shí)在變壓器原邊串入交流互感器，并經(jīng)過(guò)整流濾波，得到燈絲電流反饋的直流值，其數(shù)學(xué)模型如下：

$U_C=\frac{1}{C}\∫I\left(t\right)dt$

上式中I(t是經(jīng)交流互感器隔離變換后的電流值，C為濾波電容容值，U_C整流濾波后得到的電壓值，通過(guò)U_C值可得到燈絲電流值。

根據(jù)上述實(shí)施方式可以看出，本發(fā)明所述的一種混合控制管電流的系統(tǒng)，采用數(shù)字技術(shù)和模擬技術(shù)混合控制的方法，數(shù)字控制部分使用高性能的微控制器，并配合實(shí)時(shí)內(nèi)核，實(shí)現(xiàn)多線程處理，高速系統(tǒng)時(shí)鐘使其具備強(qiáng)大的處理能力和實(shí)時(shí)性，可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制，并獲得更大的靈活性，更小的體積和更好的一致性。使用雙閉環(huán)控制，管電流閉環(huán)控制系統(tǒng)可保證管電流的準(zhǔn)確性，燈絲電流閉環(huán)控制系統(tǒng)使用模擬技術(shù)可保證管電流的穩(wěn)定性和控制速度。

如上參照附圖以示例的方式描述了根據(jù)本發(fā)明提出的一種混合控制管電流的系統(tǒng)。但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，對(duì)于上述本發(fā)明所提出的一種混合控制管電流的系統(tǒng)，還可以在不脫離本發(fā)明內(nèi)容的基礎(chǔ)上做出各種改進(jìn)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)由所附的權(quán)利要求書(shū)的內(nèi)容確定。