[0087] 通过上述模糊化、模糊判据和去模糊化得到了检测量和控制量之间的数值关 系。但该数字还不能直接作用于控制器，因为观察前面的隶属函数我们可以看到各个模 糊值对应的数字量都是-3~3或者-6~6,而实际的监测量或者控制量很难完全在这 一范围内，这期间需要进行归一化和去归一化，归一化的基准值根据实际情况进行选取。 除了归一化，还可以看到实际上大部分的区域e和ec都同时满足两个模糊区域，这样相 当于该运行点有2*2 = 4种隶属情况，当然1*2和1*1也可以视为2*2的特殊情况。当 一个状态有符合4种判据时，其输出控制量就通过加权平均的方法得到，其公式如下：
式中的u(ΛKw)(j= 1、2、3......n表示规则条件语句的条数）是 根据量化后的对应隶属度求得的Λkp的隶属度，ΛKw就是Λkρ模糊子集的模糊论域的 加权平均中心值，然后再乘以比例因子就得到了PID参数的增量调整具体的数值。同理
?分别求得Λkp、Λh、Λkd参数调整值，然 后有公式kp=kρ+Λkpλρ，ki=k;+Λhλpkd=kd+Λkdλd式中，kp、kpkd为前一时刻 送入控制器的比例、积分、微分系数。Λkp、AkpAkd为该时刻比例、积分、微分系数需要 进行的调整量，λρ、λρ\,为八1^、八1^、八1^需要进行的反归一化值。新整定得到的控 制值kp、kpkd便可送入控制器当中，对应的增量输出为：
[0088] Δu(k) =kp[e(k)-e(k~l) ] +k；e(k) +kde(k)[e(k)~2e(k~l)+e(k~2) ] = (kp+ki+kd) e(k) - (kp+2kd)e(k-1)kde(k)e(k-2)增量PID的输出控制量即为各个时刻的增量值之和，大
[0089] u(k)的变化会改变图3中芯片AD5320的输出直流电压大小，即改变了相控整流的 相位角，最后对应于磁控管的输出功率值。
[0090] 具体使用时，通过人机界面在开始工作之前，设置所需要的微波功率值和治疗时 间，同时开机5S内灯丝电压会被预热，阳极电压先线性增加到1600V。之后进行反馈控制， 阳极电流测量装置4采集到阳极电流值以后经过数据转换、归一化处理、数字滤波后作为 模糊PID控制装置5的输入变量，同时结合设定的阳极电流值综合判断处理后输出控制信 号，控制信号经D/A转换为模拟信号送入电子调压器（电源1中的相控整流装置），调节相 位角实现功率调节，直到测量到的阳极电流值与设定值相似。当治疗时间到达后，切断磁控 管供电，治疗结束。
【主权项】
1. 一种微波肿瘤消融仪，包括微波发生装置（2)、驱动微波发生装置工作的电源（1)、 将微波能量导向消融组织的消融针（3)以及用于检测消融组织附近温度的测温装置（6)， 其特征在于，该微波肿瘤消融仪还包括： 阳极电流测量装置（4)，用于测量微波发生装置的阳极电流值；以及 模糊PID控制装置（5)，用于根据微波发生装置的阳极电流值产生控制信号，控制电源 中的相控整流装置的相位角，使微波发生装置的阳极电流等于或接近设定值。2. 根据权利要求1所述的微波肿瘤消融仪，其特征在于，所述模糊PID控制装置（5)包 括： 用于将微波发生装置的阳极电流值与设定值比较获取电流误差的模块（51); 用于计算所述电流误差的变化率的模块（52); 用于将电流误差以及电流误差的变化率转换成相应的模糊值的模块（53); 用于从模糊控制规则获取与电流误差的模糊值和电流误差变化率的模糊值相对应的Λkp、AkjPAkd的模糊值的模块（54); 用于将Λkp、AkJPAkd的模糊值转换成精确值的模块（55); 用Λkp、ΛkJPAkd的精确值计算整定参数值kp、kdPkd的模块（56);以及 用得到的整定参数值计算实际控制量u(k)的模块（57); 所述Λkp、AkjPAkd分别为该时刻比例系数、积分系数和微分系数需要进行的调整 量。3. 根据权利要求2所述的微波肿瘤消融仪，其特征在于：所述模糊控制规则中，电流误 差以及电流误差的变化率分别包括NB、NM、NS、ZO、PS、PM和PB七种模糊值，NB表示负大， 匪表示负中，NS表示负小，Z0表示近零，PS表示正小，PM表示正中，PB表示正大。4. 根据权利要求2所述的微波肿瘤消融仪，其特征在于：所述模糊控制规则中，Λkp、 Λh和Λk3分别包括NB、NM、NS、ZO、PS、PM和PB七种模糊值，NB表示负大，NM表示负中， NS表示负小，Z0表示近零，PS表示正小，PM表示正中，PB表示正大。5. 根据权利要求1所述的微波肿瘤消融仪，其特征在于：所述电源（1)的相控整流装 置（11)包括降压变压器（111)、第一电压比较电路（112)、积分电路（113)和第二电压比较 电路（114)，220V市电首先通过降压变压器降压到9V，9V的交流电通过第一电压比较电路 与0V电压比较得到±12V的矩形波，该矩形波通过积分电路变成锯齿波，该锯齿波通过第 二电压比较电路与一个给定的直流电平比较，输出一个相位可调的矩形波，所述给定的直 流电平随所述模糊PID控制装置产生的控制信号的变化而变化。6. 根据权利要求1所述的微波肿瘤消融仪，其特征在于：所述电源的阳极高压电路采 用全桥变换结构和串联谐振软开关电路，在开关回路中串联有由晶闸管和大电阻并联构成 的并联支路，所述晶闸管与开关变压器的一个绕阻连接以控制电源启动时晶闸管处于关断 状态电流通过所述大电阻流动、而电源工作稳定后晶闸管处于导通状态电流通过晶闸管流 动。7. 根据权利要求1所述的微波肿瘤消融仪，其特征在于：所述电源的阳极高压电路采 用芯片SG3525驱动控制，芯片SG3525的第2脚与微控制器连接以调节PWM波的占空比，芯 片SG3525的第7脚和第8脚之间连接由电阻和电容构成的充放电电路以调节PWM波的频 率。8. 根据权利要求1所述的微波肿瘤消融仪，其特征在于：所述电源的灯丝控制电路采 用芯片L6599,在芯片L6599输出的两个PWM波之间插入了一个固定大小的死区时间，PWM 波的占空比和死区时间固定，根据反馈信号改变PWM波的频率使输出电压稳定在3. 3V。9. 根据权利要求1所述的微波肿瘤消融仪，其特征在于：所述测温装置包括K型热电 偶和芯片MAX6675。10. 根据权利要求1所述的微波肿瘤消融仪，其特征在于：所述阳极电流测量装置包括 由光耦芯片LOC211和两个运放芯片LM358构成的隔离电路。
【专利摘要】本发明提供了一种微波肿瘤消融仪，其包括微波发生装置、驱动微波发生装置工作的电源、将微波能量导向消融组织的消融针以及用于检测消融组织附近温度的测温装置，其进一步还包括：阳极电流测量装置，用于测量微波发生装置的阳极电流值；以及模糊PID控制装置，用于根据微波发生装置的阳极电流值产生控制信号，控制电源中的相控整流装置的相位角，使微波发生装置的阳极电流等于或接近设定值。其有效克服了现有微波肿瘤消融仪存在的输出的平均功率一致性差和/或相同平均功率下瞬时功率一致性差的技术问题。
【IPC分类】A61B18/18
【公开号】CN105310770
【申请号】CN201510836927
【发明人】关添, 秦文超, 朱凯, 杨木群, 魏子昆, 姜宇程
【申请人】清华大学深圳研究生院
【公开日】2016年2月10日
【申请日】2015年11月25日