[發(fā)明專利]一種負(fù)載自適應(yīng)控制的數(shù)字可變頻PWM梯度放大器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110357805.8
• 申請(qǐng)日: 2011-11-11
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102508183A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-06-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孔祥林;吳繼峰;施金泉;張丙春;盧廣
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 遼寧開(kāi)普醫(yī)療系統(tǒng)有限公司
• 主分類號(hào): G01R33/385
• 分類號(hào): G01R33/385
• 代理公司: 沈陽(yáng)科苑專利商標(biāo)代理有限公司 21002
• 代理人: 許宗富

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種特別用于磁共振成像系統(tǒng)的一種梯度放大器。該梯度放大器，用于產(chǎn)生和控制磁共振成像系統(tǒng)內(nèi)的梯度線圈中的脈沖電流。

背景技術(shù)

梯度系統(tǒng)是指與梯度磁場(chǎng)有關(guān)的一切電路單元。它的功能是為系統(tǒng)提供線性度和精度滿足要求的、可快速開(kāi)關(guān)的梯度場(chǎng)，以便動(dòng)態(tài)地修改主磁場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)成像體素的空間定位。梯度系統(tǒng)由梯度波形發(fā)生器產(chǎn)生控制信號(hào)作為梯度放大器的輸入，梯度放大器的電流輸出驅(qū)動(dòng)三組梯度線圈，在成像空間內(nèi)產(chǎn)生梯度場(chǎng)，給出成像部位的空間坐標(biāo)，使圖像中各像素與人體成像部位一一對(duì)應(yīng)。

梯度系統(tǒng)包括梯度波形發(fā)生器、梯度放大器和負(fù)載(梯度線圈)三部分。現(xiàn)階段普遍使用的梯度放大器，都采用模擬量進(jìn)行處理和控制。在負(fù)載(梯度線圈)識(shí)別和對(duì)應(yīng)的PID參數(shù)控制上，根據(jù)約定的負(fù)載情況，采用相對(duì)固定的控制參數(shù)。這種控制實(shí)現(xiàn)方式，無(wú)法最大程度優(yōu)化梯度系統(tǒng)的性能，無(wú)法使系統(tǒng)的性能發(fā)揮到極致。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種負(fù)載自適應(yīng)控制的數(shù)字可變頻PWM梯度放大器，采用的技術(shù)方案是：

一種負(fù)載自適應(yīng)控制的數(shù)字可變頻PWM梯度放大器包括：

數(shù)字控制及處理部分(1-1)，用于對(duì)梯度控制數(shù)據(jù)和反饋信號(hào)的處理，并根據(jù)負(fù)載特征自動(dòng)調(diào)節(jié)和優(yōu)化相應(yīng)的PID參數(shù)，實(shí)現(xiàn)不同的PWM控制信號(hào)；輸入端連接梯度波形發(fā)生器，接收數(shù)字信號(hào)的梯度控制數(shù)據(jù)；輸入端連接輸出信號(hào)檢測(cè)部分(1-3)，接收反饋信號(hào)；輸出PWM控制信號(hào)到功率部分(1-2)；

功率部分(1-2)，用于完成電壓源到電流源的功率轉(zhuǎn)換；輸入端連接數(shù)字控制及處理部分(1-1)，接收PWM控制信號(hào)；輸出電流至負(fù)載；

輸出信號(hào)檢測(cè)部分(1-3)，用于檢測(cè)輸出電流對(duì)應(yīng)梯度線圈內(nèi)的目標(biāo)電流，或檢測(cè)電磁場(chǎng)對(duì)應(yīng)目標(biāo)梯度場(chǎng)；獲取負(fù)載的電流或電磁場(chǎng)信號(hào)反饋到數(shù)字控制及處理部分(1-1)。

所述數(shù)字控制及處理部分(1-1)由以下幾部分組成：

輸入數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊(2-1)，用于對(duì)梯度控制數(shù)據(jù)進(jìn)行波形整定、預(yù)加重處理；輸入端接收來(lái)自梯度波形發(fā)生器的梯度控制數(shù)據(jù)；將輸入數(shù)據(jù)輸出到自適應(yīng)控制及數(shù)字PID處理模塊和輸出波形特征甄別及處理模塊(2-3)；將前饋數(shù)據(jù)輸出到自適應(yīng)控制及數(shù)字PID處理模塊(2-4)；

反饋處理及AD轉(zhuǎn)換模塊(2-2)，用于完成將來(lái)自電流或電磁場(chǎng)傳感器的信號(hào)轉(zhuǎn)換成和經(jīng)過(guò)輸入數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊(2-1)后的輸入數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)形式的信號(hào)波形；輸出反饋數(shù)據(jù)到自適應(yīng)控制及數(shù)字PID處理模塊(2-4)和輸出波形特征甄別及處理模塊(2-3)；

輸出波形特征甄別及處理模塊(2-3)，用于完成反饋數(shù)據(jù)波形與輸入數(shù)據(jù)波形的特征對(duì)比，甄別出反饋數(shù)據(jù)波形的響應(yīng)特征與預(yù)期的輸入數(shù)據(jù)波形響應(yīng)特征的差別，并將這個(gè)差別提取出來(lái)形成甄別數(shù)據(jù)，作為主要控制參數(shù)，輸出至自適應(yīng)控制及數(shù)字PID處理模塊(2-4)中；輸入端接收來(lái)自輸入數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊(2-1)的輸入數(shù)據(jù)和反饋處理及AD轉(zhuǎn)換模塊(2-2)的反饋數(shù)據(jù)；

自適應(yīng)控制及數(shù)字PID處理模塊(2-4)，完成針對(duì)不同負(fù)載情況下的數(shù)字PID控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)負(fù)載自適應(yīng)控制；輸入端接收來(lái)自輸入數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊(2-1)的前饋數(shù)據(jù)和輸入數(shù)據(jù)；輸入端接收來(lái)自輸出波形特征甄別及處理模塊(2-3)的甄別數(shù)據(jù)；輸入端接收來(lái)自反饋處理及AD轉(zhuǎn)換模塊(2-2)的反饋數(shù)據(jù)；輸出PID數(shù)據(jù)至數(shù)字可變頻PWM模塊(2-5)；

數(shù)字可變頻PWM模塊(2-5)，用于根據(jù)甄別數(shù)據(jù)的觸發(fā)控制實(shí)現(xiàn)不同響應(yīng)階段時(shí)不同頻率的PWM控制；輸入端接收來(lái)自自適應(yīng)控制及數(shù)字PID處理模塊(2-4)的PID數(shù)據(jù)；輸入端接收來(lái)自輸出波形特征甄別及處理模塊(2-3)的甄別數(shù)據(jù)；輸出可變頻的PWM控制信號(hào)至功率部分(1-2)。

所述梯度控制數(shù)據(jù)是來(lái)自于梯度波形發(fā)生器的數(shù)字控制數(shù)據(jù)；所述反饋信號(hào)是來(lái)自電流傳感器和電磁場(chǎng)傳感器的模擬信號(hào)。所述不同的PWM控制信號(hào)是不同頻率和不同占空比時(shí)的PWM控制信號(hào)。所述負(fù)載特征指連接負(fù)載的電感、電阻及電容的阻抗網(wǎng)絡(luò)特征。

所述自動(dòng)調(diào)節(jié)和優(yōu)化相應(yīng)的PID參數(shù)，具體為根據(jù)磁共振成像系統(tǒng)的掃描需要，可以增加固定上升時(shí)間參數(shù)響應(yīng)、固定上升斜率參數(shù)響應(yīng)、多階段階躍響應(yīng)的不同類型響應(yīng)，從而得到所需的最優(yōu)化PID控制參數(shù)。所述自動(dòng)調(diào)節(jié)和優(yōu)化相應(yīng)的PID參數(shù)，具體為將實(shí)時(shí)響應(yīng)與響應(yīng)模型比對(duì)，根據(jù)誤差幅值、時(shí)間常數(shù)、超調(diào)欠調(diào)情況，實(shí)時(shí)形成控制PID參數(shù)。所述自動(dòng)調(diào)節(jié)和優(yōu)化相應(yīng)的PID參數(shù)，具體為引入了前饋數(shù)據(jù)進(jìn)行前饋控制。