[發明專利]一種基于模糊PID的多葉光柵雙閉環運動控制方法

在審

• 申請號: 201810687918.6
• 申請日: 2018-06-28
• 公開（公告）號: CN108628174A
• 公開（公告）日: 2018-10-09
• 發明（設計）人: 李興成;馬曉陽;孫鳳池
• 申請（專利權）人: 深圳市艾華聯盟科技有限公司
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 杜文茹

一種基于模糊PID的多葉光柵雙閉環運動控制方法，是在多葉光柵的控制過程中設置有位移環控制器和速度環控制器，所述位移環控制器的輸入是上位機給定的多葉光柵葉片電機的位移值與系統的實際運行的位移值之差，即系統初始位置差，所述位移環控制器根據系統初始位置差，輸出目標速度，所述目標速度與所述多葉光柵葉片電機的實際檢測速度的差值，即實時速度誤差，構成速度環控制器的輸入，所述的速度環控制器根據接收到的實時速度誤差調節多葉光柵葉片電機的運行速度，從而控制系統位移。本發明使多葉光柵的響應速度更快，穩態誤差更小，抗干擾能力更強，便于工程實現，提高了多葉光柵的工作精度。

技術領域

本發明涉及一種多葉光柵雙閉環運動控制方法。特別是涉及一種基于模糊PID的多葉光柵雙閉環運動控制方法。

背景技術

多葉光柵(MLC)是由若干對鎢金屬葉片組成的立體定向放射外科醫療設備，可配合直線加速器對腫瘤進行適形調強治療，能夠最大限度地將放射線的劑量集中到病變區域內，殺滅腫瘤細胞，而使周圍的正常組織和器官少受或免受不必要的照射，從而提高放射治療增益比。為提高放射治療精度，要求多葉光柵具備良好的運行速度和較高的位移精度。

在中國專利公開號CN105759763A中所報道的技術方案中，將速度和位移分別做為變量構成兩個單閉環系統。速度環中輸入變量為上位機發送的速度輸入控制信號，輸出變量為速度控制信號；位移環中輸入變量為上位機發送的位移輸入控制信號，輸出變量為位移控制信號。位移環和速度環之間沒有聯系，上下位機傳輸信號較多，計算量大，對位移和速度的綜合控制性能較差。

在國內論文刊物“電動多葉光柵控制設計系統與實現”、“新型電動光柵及軟件實現”和“電動多葉光柵控制系統的研究與設計”等公開報道的技術方案中，均采用固定參數的PID控制算法。該方法不依賴精確的數學模型，具備較好的控制性能，使用廣泛。但是多葉光柵在運行過程中容易受到重力、加速度的影響，并且隨著長時間的使用，多葉光柵的電氣參數會發生變化，這會對多葉光柵的運動控制造成影響。固定參數的PID控制方法難以保證控制系統的精度，容易發生“撞車”或運行距離不夠等問題。

由此可見，上述公開報道的技術方案采用以速度或位移為變量的單閉環系統，且采用固定參數的PID控制方法對多葉光柵進行運動控制，難以同時協調控制多葉光柵的運行速度和位移變化，運行速度較慢，且在重力、加速度等干擾影響下，工作精度難以保證。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，提供一種能夠提高多葉光柵的運行速度和位移精度，減少穩態誤差的基于模糊PID的多葉光柵雙閉環運動控制方法。

本發明所采用的技術方案是：一種基于模糊PID的多葉光柵雙閉環運動控制方法，是在多葉光柵的控制過程中設置有位移環控制器和速度環控制器，所述位移環控制器的輸入是上位機給定的多葉光柵葉片電機的位移值與系統的實際運行的位移值之差，即系統初始位置差，所述位移環控制器根據系統初始位置差，輸出目標速度，所述目標速度與所述多葉光柵葉片電機的實際檢測速度的差值，即實時速度誤差e(t)，構成速度環控制器的輸入，所述的速度環控制器根據接收到的實時速度誤差e(t)調節多葉光柵葉片電機的運行速度，從而控制系統位移。

設定系統以最大加速度運行使得速度從零至最大速度所需距離為加速距離，所述的位移環控制器的控制如下：

1)當系統初始位置差大于兩倍的加速距離時，系統先加速至最大速度，然后保持最大速度運行，直至系統位置差小于加速距離時，系統減速直至停止運動；

2)當系統初始位置差小于等于兩倍的加速距離時，系統前半程加速，后半程減速。

所述的位移環控制器的第1)種控制中的系統當前時刻的速度表達式為：

若Δx_s＞2Δx_a