一种通用机架的控制驱动系统技术方案

本发明专利技术公开了一种通用机架的控制驱动系统。使用本发明专利技术能够实现稳定性、可靠性地进行机架旋转控制，且控制精度高。本发明专利技术将光电编码器和电位器分别安装在机架和电机上，通过角度校验模块分别对两个测量角度值进行校验，从而实现自校准功能；在自动控制时，当机架运动至目标角度附近时，根据当前角度和目标角度的差值大小给变频器发送不同的运转频率，使角度差值和运动速度之间的关系可以模拟阻尼运动曲线，使机架运动至目标角度时机架运动速度刚好达到0，从而实现零超调量控制，且旋转精度高；自动防碰控制单元和防碰防放过转控制模块通过实时检测治疗床的位置，自动防止机架和治疗床发生碰撞。

Control drive system of universal rack

The invention discloses a control drive system of a universal rack. With the invention, the rotation control of the frame can be realized with stability and reliability, and the control accuracy is high. The photoelectric encoder and the potentiometer are respectively installed on the machine frame and a motor, through the angle calibration module respectively on the two angle measurement verification, so as to realize the self calibration function; in automatic control, when in the vicinity of frame movement to the target angle, according to the difference between the size of the current angle and the angle to the target operating frequency converter to send different the relationship between the angle difference and velocity damping can simulate the motion curve, makes the frame movement to the target angle frame velocity just reached 0, in order to achieve zero overshoot control and high precision rotation; automatic anti-collision control unit and anti-collision anti slip control module pass through the real-time detection of the position of the bed treatment and automatically prevent and treatment bed frame collision.

【技术实现步骤摘要】
一种通用机架的控制驱动系统
本专利技术涉及医疗和工业辐照应用的电子直线加速器
，具体涉及一种通用机架的控制驱动系统。
技术介绍
在中高能医用电子直线加速器应用中，自动弧度治疗功能是系统的重要和特色功能之一。为了保证自动弧度治疗功能的实现，需要对机架旋转实现精确的控制，保证机架旋转的到位精度高，达到系统指标。在治疗的过程中可随时调整机架的运行速度，机架的旋转速度应能在规定的速度范围内可控。机架旋转要求有刹车的功能，能够在紧急的情况下在极短的时间内停止机架的运动。目前医用加速器机架控制驱动系统结构比较复杂，机架的到位精度较差，容易受到干扰，工作不稳定，异常状态下保护措施不完善，无法高质量地完成自动弧度治疗任务。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种通用机架的控制驱动系统，具有稳定性好、可靠性强、机架旋转控制精度高等优势。本专利技术的通用机架的控制驱动系统，包括：主控机、旋转精度控制模块、光电编码器、电位器、变频器、电机、刹车模块和按键模块，被控对象为机架；其中，主控机接收旋转精度控制模块发送的频率差分信号，解析出机架位置角度信息并进行显示；向旋转精度控制模块发送治疗床的三维位置、机架目标角度和标零指令；光电编码器和电位器均为机架旋转角度测量仪；旋转精度控制模块包括从机执行模块、标零保护模块、变频单元、刹车控制单元、光电编码器信息采集解析模块、电位器信息采集解析模块、差分信号输出模块、角度值校验单元、按键检测模块和防碰防过转控制模块；其中，光电编码器信息采集解析模块和电位器信息采集解析模块分别采集光电编码器信号和电位器信号并将其转化为角度值，并将该2个测量角度值均发送至差分信号输出模块和角度校验单元；差分信号输出模块将机架角度转化为频率差分信号并输出至主控机；角度值校验模块接收2个测量角度值，并将2个测量角度值分别与根据机架的运动方向和速度计算得到的机架计算角度值进行对比，判断2个测量角度值与计算角度值之差是否均在允许的误差范围内，如果均在，则以两个测量角度值的均值作为当前的机架角度值，将当前的机架角度值发送至防碰防过转控制模块和从机执行模块的角度控制单元，否则，向主控机报警；从机执行模块包括机架标零单元、角度控制单元和自动防碰控制单元；其中，机架标零单元接收到主控机发出的标零指令后，在标零保护模块开启时，将当前角度设置为0°位置；角度控制单元一方面在机架启动前，根据初始机架角度和目标角度之间的差值，计算初始机架角度到目标角度所需的时间，并在机架启动时开始计时，当机架运动时间超过该所需时间时，控制机架停止运转；另一方面接收角度校验单元发送的当前机架角度，利用当前机架角度和目标角度的差值形成机架运动控制指令，并将机架运动控制指令发送至自动防碰控制单元；自动防碰控制单元接收主控机发送的治疗床的三维位置以及角度控制单元发送的机架角度信息、运转速度信息，计算机架可能会和治疗床发生碰撞的位置，如果不存在则将角度控制单元发送的机架运动控制指令转发至变频单元，控制机架运动，否则，发送刹车信号至刹车控制单元，并向主控机报警；防碰防过转控制模块接收角度值校验单元发送的当前机架角度，并与机架所允许的最大旋转角度进行比较，当两者之差接近0时，向刹车控制单元发送刹车信号；变频单元接收角度控制单元发送的机架运动控制指令，经变频器实现对机架电机的运动控制；刹车控制单元接收自动防碰控制单元和防碰防过转控制模块发送的刹车信号，经刹车模块实现机架的停止。进一步地，所述标零保护模块采用检测按键状态的方式，手动长按标零按键时，标零保护模块开启。进一步地，机架标零单元进行标零后，采用软件保护措施将零点位置进行保护，即：将零点位置写入EEPROM，并在写入过程中加入校验函数，系统开机读取存储在EEPROM上的零点位置时，先进行校验，校验成功后读取零点位置。进一步地，所述角度控制单元采用如下方式控制机架的运转速度：机架的运转速度与当前机架角度和目标角度差值大小成正比，所述差值越大，机架的运转速度越大；当机架运动至目标角度附近时，根据当前机架角度和目标角度的差值大小向变频器发送不同的运转频率，使角度差值和运动速度之间的关系呈现阻尼运动曲线，使机架运动至目标角度时机架运动速度刚好达到0。进一步地，所述差分信号输出模块将机架角度-180°～180°转化为70kHz～430kHz的差分信号。进一步地，在机架的最大旋转角度处设置限位按钮，所述限位按钮和防碰防过转控制模块相接，当机架运动至最大角度位置时会触碰限位按钮，限位按钮发送限位信号至防碰防过转控制模块，防碰防过转控制模块控制机架停止运转。有益效果：(1)本专利技术控制驱动系统可同时采用光电编码器和电位器两种角度信息采集方法，不同于常规的将两个编码器或电位器都直接采集机架的旋转角度，并通过简单的对比两个角度信息判断是否有其中一个编码器或电位器出现故障，本专利技术在机架和电机位置分别安装编码器或电位器，通过角度校验模块对比两个角度值，可以判断机架齿轮和编码器齿轮之间是否在运动过程中出现齿轮错位引起的角度值采集不准确，如果出现上述情况，则根据两个齿轮的差值重新计算当前角度位置，以及零点位置对应的编码器的值，从而实现自校准功能，这是常规的直接对比两个角度信息所不能达到的效果。(2)本专利技术控制驱动系统具有一定的角度容错功能，可以实时根据机架的运动方向和速度来计算机架所在的角度值，通过和编码器或电位器采集的角度进行对比，判断编码器/电位器是否出现出现故障，并且判断该故障是否需要立即停止运转，比如编码器实时采集角度，偶尔一个角度出错时，因为不影响后续的控制，不立即停止机架运转，而是对该角度值进行自校准，并对该错误进行记录，另外在有益效果1中提到的齿轮错位自校准中，也会记录齿轮错位自校准的次数，并且根据记录的情况系统自动提醒使用人该系统的故障频率，使用人可以根据情况选择更换编码器、检查齿轮是否出现问题等。但是如果发现编码器/电位器本身出现真正的不可自校准的故障，则机架停止运转，然后需人工对编码器进行检查、维修或更换等，并对机架进行重新标零。(3)本专利技术控制驱动系统具有对不同机架的自适应功能，由于不同的机架的重量不同，会导致运动的惯性不同，甚至由于配重问题可能会导致发送停止指令甚至断电之后机架往回运转的情况，该控制系统可以通过几次运转之后自动对机架的减速时间和发送指令的时间进行调整，从而可以避免由于机架重量或配重问题引起的降低精度的问题。(4)在自动控制时，当机架运动至目标角度附近时，根据当前角度和目标角度的差值大小给变频器发送不同的运转频率，不同于普通的PID控制方式，该专利技术使角度差值和运动速度之间的关系可以模拟阻尼运动曲线，使机架运动至目标角度时机架运动速度刚好达到0，从而实现零超调量控制；(5)在手动控制或自动控制的非到位停止的情况下，采取先给变频器发送停止指令，然后锁紧刹车的方式，可以避免由于过大的惯性对电机、刹车和机架造成的损害，但是在自动控制到位停止时，由于电机运转速度已经等于或接近零，所以采取先刹车后发送停止指令的方式，这样可以避免由于常规方式刹车不及时影响控制精度的情况。其中角度值校验模块可以通过实时检测角度反馈情况判断编码器和电位器是否正常工作，从而可以避免由于角度采集错误使系统出现失控。(6)自动控本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种通用机架的控制驱动系统，其特征在于，包括：主控机、旋转精度控制模块、光电编码器、电位器、变频器、电机、刹车模块和按键模块，被控对象为机架；其中，主控机接收旋转精度控制模块发送的频率差分信号，解析出机架位置角度信息并进行显示；向旋转精度控制模块发送治疗床的三维位置、机架目标角度和标零指令；光电编码器和电位器均为机架旋转角度测量仪；其中，光电编码器和电位器分别安装在机架和电机上；旋转精度控制模块包括从机执行模块、标零保护模块、变频单元、刹车控制单元、光电编码器信息采集解析模块、电位器信息采集解析模块、差分信号输出模块、角度值校验单元、按键检测模块和防碰防过转控制模块；其中，光电编码器信息采集解析模块和电位器信息采集解析模块分别采集光电编码器信号和电位器信号并将其转化为角度值，并将该2个测量角度值均发送至差分信号输出模块和角度校验单元；差分信号输出模块将机架角度转化为频率差分信号并输出至主控机；角度值校验模块接收2个测量角度值，并将2个测量角度值分别与根据机架的运动方向和速度计算得到的机架计算角度值进行对比，判断2个测量角度值与计算角度值之差是否均在允许的误差范围内，如果均在，则以两个测量角度值的均值作为当前的机架角度值，将当前的机架角度值发送至防碰防过转控制模块和从机执行模块的角度控制单元，否则，向主控机报警；从机执行模块包括机架标零单元、角度控制单元和自动防碰控制单元；其中，机架标零单元接收到主控机发出的标零指令后，在标零保护模块开启时，将当前角度设置为0°位置；角度控制单元一方面在机架启动前，根据初始机架角度和目标角度之间的差值，计算初始机架角度到目标角度所需的时间，并在机架启动时开始计时，当机架运动时间超过该所需时间时，控制机架停止运转；另一方面接收角度校验单元发送的当前机架角度，利用当前机架角度和目标角度的差值形成机架运动控制指令，并将机架运动控制指令发送至自动防碰控制单元；自动防碰控制单元接收主控机发送的治疗床的三维位置以及角度控制单元发送的机架角度信息、运转速度信息，计算机架可能会和治疗床发生碰撞的位置，如果不存在则将角度控制单元发送的机架运动控制指令转发至变频单元，控制机架运动，否则，发送刹车信号至刹车控制单元，并向主控机报警；防碰防过转控制模块接收角度值校验单元发送的当前机架角度，并与机架所允许的最大旋转角度进行比较，当两者之差接近0时，向刹车控制单元发送刹车信号；变频单元接收角度控制单元发送的机架运动控制指令，经变频器实现对机架电机的运动控制；刹车控制单元接收自动防碰控制单元和防碰防过转控制模块发送的刹车信号，经刹车模块实现机架的停止。...

【技术特征摘要】
1.一种通用机架的控制驱动系统，其特征在于，包括：主控机、旋转精度控制模块、光电编码器、电位器、变频器、电机、刹车模块和按键模块，被控对象为机架；其中，主控机接收旋转精度控制模块发送的频率差分信号，解析出机架位置角度信息并进行显示；向旋转精度控制模块发送治疗床的三维位置、机架目标角度和标零指令；光电编码器和电位器均为机架旋转角度测量仪；其中，光电编码器和电位器分别安装在机架和电机上；旋转精度控制模块包括从机执行模块、标零保护模块、变频单元、刹车控制单元、光电编码器信息采集解析模块、电位器信息采集解析模块、差分信号输出模块、角度值校验单元、按键检测模块和防碰防过转控制模块；其中，光电编码器信息采集解析模块和电位器信息采集解析模块分别采集光电编码器信号和电位器信号并将其转化为角度值，并将该2个测量角度值均发送至差分信号输出模块和角度校验单元；差分信号输出模块将机架角度转化为频率差分信号并输出至主控机；角度值校验模块接收2个测量角度值，并将2个测量角度值分别与根据机架的运动方向和速度计算得到的机架计算角度值进行对比，判断2个测量角度值与计算角度值之差是否均在允许的误差范围内，如果均在，则以两个测量角度值的均值作为当前的机架角度值，将当前的机架角度值发送至防碰防过转控制模块和从机执行模块的角度控制单元，否则，向主控机报警；从机执行模块包括机架标零单元、角度控制单元和自动防碰控制单元；其中，机架标零单元接收到主控机发出的标零指令后，在标零保护模块开启时，将当前角度设置为0°位置；角度控制单元一方面在机架启动前，根据初始机架角度和目标角度之间的差值，计算初始机架角度到目标角度所需的时间，并在机架启动时开始计时，当机架运动时间超过该所需时间时，控制机架停止运转；另一方面接收角度校验单元发送的当前机架角度，利用当前机架角度和目标角度的差值形成机架运动控制指令，并将机架运动控制指令发送至自动防碰控制单元；自动防碰控制单元接收主控机发送的治疗床的三维位置以及角度控制单元发送的机架...

【专利技术属性】
技术研发人员：李兵，吴建兴，吴君军，沙亮，刘曙光，蔡星文，刘平，
申请(专利权)人：江苏海明医疗器械有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32