CN105167792A - 一种多功能移动ct电机控制***及实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多功能移动CT电机控制***及实现方法，包括上位机，所述上位机与电机控制板连接，所述电机控制板与信号处理模块，水平电机驱动器，光电开关，限位开关和旋转电机驱动器连接，所述信号处理模块与数据采集模块连接，所述数据采集模块分别与第一传感器模块和第二传感器模块连接，所述水平驱动器与水平电机连接，所述水平电机与所述第一传感器模块连接，所述旋转电机驱动器与旋转电机连接，所述旋转电机与所述第二传感器模块连接。本发明流程清晰，结构合理，易于医生操作，安全性能高，电机运动误差小，两电机之间的同步误差较小，抗干扰能力强，并且实时反馈位置信息，提高了数据质量，对于后期的图像重建质量提高有较大帮助。

Description

一种多功能移动CT电机控制***及实现方法

技术领域

本发明涉及一种多功能移动CT电机控制***及实现方法。

背景技术

随着现代医学诊断技术的发展，CT扫描仪正得到越来越多的应用，对于CT扫描仪的要求也越来越高。为了方便扫描，快捷方便的完成扫描，医院对于移动式CT有了较大的需求，同时，对于一些在特定场合有着特殊需求的情况，比如要求在车载或者户外完成的情况，都要求CT扫描仪具有体积较小，质量轻，方便移动，扫描快速，成像准确等特点。对于上述需求，都要求多功能移动CT的电机控制***应该比一般大型CT有更好的定位精度，更快的响应速度、更低的同步误差和更强的抗干扰能力。

专利号为CN200810121354.6提出了一种硬件上采用运动控制卡外加补偿器模块的方法来实现对同一控制目标进行同步控制的方法。该方案的同步控制算法需要通过运动控制卡加上补偿器模块一起实现，结构比较复杂并且控制对象单一，采用运动控制卡进行电机控制又导致电机控制功能较少，不能完成定位精度检测与校正。本方案直接在电机控制板上完成算法的运算，所设计的电机控制板能够直接实现电机控制和电机补偿算法运算，完成对于不同控制目标的同步控制，并且直接通过电机控制板与上位机完成通信，提高通信速度，并且能够现实实时位置信息检测与校正，控制精度有较大提升。

专利号为CN201110273871.7提出了一种利用主从控制来实现同步控制的方案，但该方案仅能对负载相差过大的两电机进行同步控制，并且控制精度不高，有一定局限性。本方案采用了现代控制理论中的特征结构配置方法进行同步控制算法的设计，可以根据负载的需求选取较为灵活的选择同步控制方案（比如主从或者交叉耦合等），有较强的抗干扰能力，能够减少同步误差，提高了同步精度。

目前移动CT的电机控制基本都通过运动控制卡驱动电机实现，其同步控制大都通过单独的补偿器得到补偿参数后再通过运动控制卡传递给电机，这样结构较为复杂，并且单独的补偿器一般都采用经典控制PID补偿，具有一定的局限性，应用并不灵活，而且参数传递的过程会出现精度丢失。

本方案在一般移动CT的基础上，改进了电机控制的硬件结构，直接通过一块电机控制板完成电机控制的基本功能、同步控制算法运算、通信指令收发，减少了硬件环节，提高了通信效率，避免出现参数传递时的精度丢失。采用了现代控制理论中的特征结构配置方法进行了同步控制算法的设计，较经典控制算法的同步控制精度有所提高，并且能够加强***的抗干扰能力。同时，通过传感器反馈给电机控制板的实时位置信息，保证数据采集与曝光时刻的一致性，提高了投影数据的质量，进而提高图像重建的质量。另外，通过电机控制板上光电开关接口与限位开关一起实现了软硬件的双重保护模式，提高设备安全性。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的问题，提供一种多功能移动CT电机控制***及实现方法。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

一种多功能移动CT电机控制***，包括上位机，所述上位机与电机控制板连接，所述电机控制板与信号处理模块，水平电机驱动器，光电开关，限位开关和旋转电机驱动器连接，所述信号处理模块与数据采集模块连接，所述数据采集模块分别与第一传感器模块和第二传感器模块连接，所述水平驱动器与水平电机连接，所述水平电机与所述第一传感器模块连接，所述旋转电机驱动器与旋转电机连接，所述旋转电机与所述第二传感器模块连接。

一种多功能移动CT电机控制***的实现方法，包括以下步骤：

步骤1）根据***性能要求选择旋转电机的特征值与特征向量；

步骤2）对旋转电机进行特征结构配置得到配置后的旋转电机的特征值与特征向量；

步骤3）选取水平电机期望特征值与特征向量与旋转电机在同一空间向量簇下；

步骤4）根据同步精度要求选取空间变换矩阵；

步骤5）得到水平电机的反馈矩阵。

进一步的，所述光电开关和所述限位开关还设在所述水平电机与所述传感器模块的连接处。

进一步的，所述上位机由触控屏和工控机组成。

优选的，所述水平电机驱动器和旋转电机驱动器都是配置参数的模块，通过接收到的参数驱动电机按照参数运行。

进一步的，所述限位开关是机械限位模块。

进一步的，所述第一传感器模块和所述第二传感器模块采用编码器。

进一步的，规划了完整有效的三种扫描模式的流程，便于医生操作执行。

本发明的有益效果:

采用本发明技术方案，所设计的电机控制***，流程清晰，结构合理，易于医生操作，安全性能较高，电机运动误差较小，两电机之间的同步误差较小，抗干扰能力较强，能够实现多种控制方案的同步算法，并且实时反馈位置信息，提高了数据质量，对于后期的图像重建质量提高有较大帮助。

附图说明

图1是本发明的电机控制结构图；

图2是本发明的轴向扫描流程图；

图3是本发明的定位扫描流程图；

图中标号说明：1、上位机，2、电机控制板，3、信号处理模块，4、数据采集模块，5、水平电机驱动器，6、水平电机，7、光电开关，8、限位开关，9、第一传感器模块，10、旋转电机驱动器，11、旋转电机，12、第二传感器模块。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本发明。

参照图1所示，一种多功能移动CT电机控制***，包括上位机1，所述上位机1与电机控制板2连接，所述电机控制板2与信号处理模块3，水平电机驱动器5，光电开关7，限位开关8和旋转电机驱动器10连接，所述信号处理模块3与数据采集模块4连接，所述数据采集模块4分别与第一传感器模块9和第二传感器模块12连接，所述水平驱动器5与水平电机6连接，所述水平电机6与所述第一传感器模块9连接，所述旋转电机驱动器10与旋转电机11连接，所述旋转电机11与所述第二传感器模块12连接。

一种多功能移动CT电机控制***的实现方法，包括以下步骤：

步骤1）根据***性能要求选择旋转电机11的特征值与特征向量；

步骤2）对旋转电机11进行特征结构配置得到配置后的旋转电机的特征值与特征向量；

步骤3）选取水平电机6期望特征值与特征向量与旋转电机11在同一空间向量簇下；

步骤4）根据同步精度要求选取空间变换矩阵；

步骤5）得到水平电机6的反馈矩阵。

进一步的，所述光电开关7和所述限位开关8还设在所述水平电机6与所述传感器模块9的连接处。

进一步的，所述上位机1由触控屏和工控机组成。

优选的，所述水平电机驱动器5和旋转电机驱动器10都是配置参数的模块，通过接收到的参数驱动电机按照参数运行。

进一步的，所述限位开关8是机械限位模块。

进一步的，所述第一传感器模块9和所述第二传感器模块12采用编码器。

进一步的，规划了完整有效的三种扫描模式的流程，便于医生操作执行。

实施例：

上位机1由触控屏和工控机组成，其中触控屏为方便医生操作，装在CT扫描仪外壳上，通过点击屏幕选择扫描模式和参数编辑等，工控机用来接收触控屏操作指令，并按照所选扫描模式和参数，发送指令给电机控制板2。电机控制板2用来接收上位机1的通讯指令，根据指令将相应参数配置给两个电机驱动器，同时回复给上位机1动作执行状态；检测光电开关7信号，若信号触发，则通过板上程序发送停止指令，实现软件限位保护；检测限位开关8信号，若扫描床撞到限位开关8，则直接拉低电平，给电机断电，实现硬件限位保护；接收经过处理的实时位置信息的数字信号，进行位置的校正，同时将实时位置反馈给上位机1；若进行螺旋扫描，则电机控制板2上根据指令参数和实时反馈回来的位置信息，运行基于特征结构配置方法的同步控制算法，将运算出的参数发给两个驱动器，使之按照同步比例运动。水平电机驱动器5为配置电机参数的模块，通过接受到的参数驱动电机按照参数运行。水平电机6用于驱动扫描床在导轨上运动。旋转电机驱动器10为配置电机参数的模块，通过接受到的参数驱动电机按照参数运行。旋转电机11用于驱动搭载有探测器于射线源的转盘转动。光电开关7为一个光电传感器，若有挡片挡住，则会发送信号给电机控制板2，用于实现软件限位保护。限位开关8为机械限位保护模块，若其上的弹片被压住，则直接断开控制板上给驱动的输出供电，实现机械限位。第一传感器模块9和第二传感器模块12采用编码器，用来检测实时位置信息。数据采集模块4和信号处理模块3对第一传感器模块9和第二传感器模块12上输出的实时位置信息进行处理并发送给电机控制板。整个***的通信可以采用CAN总线通信，来保证实时性和通信稳定性。

螺旋扫描时所采用的同步控制算法说明如下：特征结构配置不仅配置闭环***的极点,而且还配置闭环特征向量,因此可以更加准确地掌握***的性能。它可以作为线性***设计的一种基本的参数优化方法。在实际应用中,通过选择合适的设计参数就可以完成***所希望的设计要求。对于螺旋扫描下的同步控制需求，可以通过配置水平床的特征值，选取特征向量与旋转电机11特征向量在为同一空间向量簇下，进而使得床电机与旋转电机11有相同的输出响应，这样就能使得两电机同步性很好，并且使得床电机能够跟踪到旋转电机11的周期性扰动，非常适合本设计方案。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种多功能移动CT电机控制***，其特征在于，包括上位机（1），所述上位机（1）与电机控制板（2）连接，所述电机控制板（2）与信号处理模块（3），水平电机驱动器（5），光电开关（7），限位开关（8）和旋转电机驱动器（10）连接，所述信号处理模块（3）与数据采集模块（4）连接，所述数据采集模块（4）分别与第一传感器模块（9）和第二传感器模块（12）连接，所述水平驱动器（5）与水平电机（6）连接，所述水平电机（6）与所述第一传感器模块（9）连接，所述旋转电机驱动器（10）与旋转电机（11）连接，所述旋转电机（11）与所述第二传感器模块（12）连接。

2.一种多功能移动CT电机控制***的实现方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1）根据***性能要求选择旋转电机的特征值与特征向量；

步骤2）对旋转电机进行特征结构配置得到配置后的旋转电机的特征值与特征向量；

步骤3）选取水平电机期望特征值与特征向量与旋转电机在同一空间向量簇下；

步骤4）根据同步精度要求选取空间变换矩阵；

步骤5）得到水平电机的反馈矩阵。

3.根据权利要求1所述的多功能移动CT电机控制***，其特征在于，所述光电开关（7）和所述限位开关（8）还设在所述水平电机（6）与所述传感器模块（9）的连接处。

4.根据权利要求1所述的多功能移动CT电机控制***，其特征在于，所述上位机（1）由触控屏和工控机组成。

5.根据权利要求1所述的多功能移动CT电机控制***，其特征在于，所述水平电机驱动器（5）和旋转电机驱动器（10）都是配置参数的模块，通过接收到的参数驱动电机按照参数运行。

6.根据权利要求1所述的多功能移动CT电机控制***，其特征在于，所述限位开关（8）是机械限位模块。

7.根据权利要求1所述的多功能移动CT电机控制***，其特征在于，所述第一传感器模块（9）和所述第二传感器模块（12）采用编码器。

8.根据权利要求1所述的多功能移动CT电机控制***，其特征在于，规划了完整有效的三种扫描模式的流程，便于医生操作执行。