一种基于交叉耦合的多叶准直器叶片协同工作的控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于交叉耦合的多叶准直器叶片协同工作的控制方法，包括以下几个步骤：S1、建立单个叶片驱动电机的数学模型；S2、建立驱动电机与叶片间传动机构的模型；S3、单个叶片位置控制器设计及参数优化：采用分数阶PID控制器，并采用粒子群算法对分数阶PID控制器的参数进行优化；S4、采用交叉耦合控制方法实现多叶片协同控制；S5、交叉耦合控制器各参数的优化。采用交叉耦合控制算法实现多个叶片之间的协同控制，在实现单个叶片到位精度的基础上，考虑各叶片之间由于结构设计造成的接触摩擦，使得每个叶片在走位时会出现偏差，利用交叉耦合控制器，弥补偏差，实现多叶片在不同给定输入时的协同工作，以提高叶片到位精度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于交叉耦合的多叶准直器叶片协同工作的控制方法
本专利技术涉及一种多电机同步控制技术，具体指利用交叉耦合算法对多叶准直器叶片协同工作的控制方法。
技术介绍
随着国内外学者和机构对放射治疗技术不断的深入研究，放射治疗装置的也取得了长足的发展。放射治疗过程中，放射治疗装置对病灶靶区的精确定位和剂量矫正显得尤为关键，其中多叶光栅(Multi-leafCollimator，简称MLC)的主要作用就是为了实现适形放疗，即通过改变多叶光栅的叶片位置使其开口形状与病灶靶区形状相似，从而实现适形放射治疗。因而，对多叶光栅叶片的位置精度控制研究具有一定的现实意义。按照国际电工委员会(InternationalElectrotechnicalCommission,IEC)1217号标准规定，多叶准直器叶片衍射沿坐标系的X轴方向运动，叶片对的编号从Y轴负方向开始，依次为1、2、…、n-1、n，安装在X轴负方向侧的叶片位置坐标以此表示为X11、X12、…、X1(n-1)、X1n，安装在X轴正方向侧的叶片位置坐标以此表示为X21、X22、…、X2(n-1)、X2n，当一个叶片位于X轴正方向侧时，叶片位置为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于交叉耦合的多叶准直器叶片协同工作的控制方法，其特征在于，包括以下几个步骤：S1、建立单个叶片驱动电机的数学模型；S2、建立驱动电机与叶片间传动机构的数学模型；S3、单个叶片位置控制器设计及控制器参数优化：采用分数阶PID控制器作为每个叶片驱动电机的控制器，并采用粒子群算法对分数阶PID控制器的参数进行优化；S4、多叶片协同控制方法设计：采用交叉耦合控制方法实现多叶片协同控制；交叉耦合控制系统模型为:

【技术特征摘要】
1.一种基于交叉耦合的多叶准直器叶片协同工作的控制方法，其特征在于，包括以下几个步骤：S1、建立单个叶片驱动电机的数学模型；S2、建立驱动电机与叶片间传动机构的数学模型；S3、单个叶片位置控制器设计及控制器参数优化：采用分数阶PID控制器作为每个叶片驱动电机的控制器，并采用粒子群算法对分数阶PID控制器的参数进行优化；S4、多叶片协同控制方法设计：采用交叉耦合控制方法实现多叶片协同控制；交叉耦合控制系统模型为:其中τ为n×1维控制输入，x为n×1维的坐标向量，M为正定惯性矩阵，C为哥氏力向量，F为n×1维摩擦力扰动向量；根据编码器反馈得到每个电机的运行状态，得到每个叶片的位置误差，把每个叶片的位值误差作为交叉耦合控制器的输入，产生交叉耦合控制器的输出，以弥补偏差，满足叶片到位精度；位置误差与控制系统中控制输入τ的关系描述为：其中，e为跟踪误差，E为耦合位置误差，(I+αT)为对角矩阵；S5、交叉耦合控制器各参数的整定优化：采用粒子群算法对交叉耦合控制器的各参数进行优化。2.根据权利要求1所述的基于交叉耦合的多叶准直器叶片协同工作的控制方法，其特征在于：上述步骤4中，在不影响控制精度的前提下，为了简化交叉耦合控制器的设计，对得到的耦合位置误差分别求一阶导数和二阶导数，然后再作为交叉耦合控制器的输入；具体地，定义第i个电机的驱动叶片到达期望位置的耦合位置误差：式中，Ci是同步系数，β是恒定的对角正定矩阵，其值决定了耦合误差中同步误差的权重，ε为同步误差；对Ei分别求一阶导数和二阶导数得：Ei′＝C′iei+Cie′i+β(εi-εi-1)，E″i＝C″iei+2C′ie′i+Cie″i+β(ε′i-ε′i-...

【专利技术属性】
技术研发人员：张鑫，党建武，闵永智，张振海，王海涌，林俊亭，张雁鹏，左静，
申请(专利权)人：兰州交通大学，
类型：发明
国别省市：甘肃,62