移动ct同步扫描控制系统及方法
【专利摘要】本发明涉及一种移动CT同步扫描控制系统，其中，所述主控器用于向同步控制模块发送运行命令信息；所述同步控制模块用于将该命令信息转换为各驱动器的控制量，并将该控制量分别发送给旋转机架旋转电机控制模块及旋转机架水平电机控制模块的驱动器；所述旋转机架旋转电机控制模块及旋转机架水平电机控制模块的驱动器用于分别根据所述控制量对各自电机进行驱动；所述旋转机架旋转电机控制模块及旋转机架水平电机控制模块的编码器用于将实际的位置、速度信息反馈给同步控制模块；所述同步控制模块还用于根据上述各电机实际的位置、速度信息计算上述双电机的同步误差及补偿量。本发明还涉及一种移动CT同步扫描控制方法。
【专利说明】移动CT同步扫描控制系统及方法
【【技术领域】】
[0001]本发明涉及一种移动CT同步扫描控制系统及方法。
【【背景技术】】
[0002]目前的CT螺旋扫描同步控制系统中，多采用机械传动链方式，这样内部件的数量的增加，不仅增加了成本压力，而且也违背了移动CT便携式设计的初衷，同时移动CT水平移动采用的步进电机固有的丢步问题又降低了螺旋同步的精度。
[0003]移动CT扫描仪有多种成像模式,其中一种为螺旋扫描。在这种模式下,搭载X射线球管、探测器、数据采集系统等影像链主要部件的旋转机架通过直驱电机带动，进行连续旋转，同时旋转机架进行水平移动。这两种运动具有一定的位置对应关系，以达到均匀的投影数据采集。实际上，无论是上述直驱电机还是交流电机，在运动过程中都很难保证绝对的匀速运动，速度存在波动是难以避免的。因此，在实施过程中需要采用一种同步控制技术，以实现均匀采样的目的。申请号为201110273871.7的专利申请提出了主从同步控制策略来实现双电机同步控制的方案，但主从同步控制方式固有的缺陷是当从电机受到干扰影响时，主电机不能感知并且跟随从电机的变化，同步精度差，有一定的局限性。
[0004]目前大型固定CT扫描仪在机械结构上，旋转机架和水平移动床是两个分开独立的组成部分，旋转机架和扫描床负载相差悬殊，这种结构所采用的主从同步控制方法，一旦从电机受到扰动时，主电机不能及时跟踪从电机的变化，同步精度差，局限性很大。
【
【发明内容】
】
[0005] 有鉴于此，本发明提供一种移动CT同步扫描控制系统，包括主控器、旋转机架旋转电机控制模块、旋转机架水平电机控制模块以及同步控制模块，其中，所述旋转机架旋转电机控制模块及所述旋转机架水平电机控制模块均包括各自的驱动器、电机及编码器。所述主控器用于向同步控制模块发送运行命令信息；所述同步控制模块用于接收主控器发送的运行命令信息，将该命令信息转换为旋转机架旋转电机控制模块、旋转机架水平电机控制模块中各驱动器当前时刻的控制量，并将该控制量分别发送给旋转机架旋转电机控制模块及旋转机架水平电机控制模块各自的驱动器；所述旋转机架旋转电机控制模块及旋转机架水平电机控制模块的驱动器用于分别根据所述控制量对各自电机进行驱动；所述旋转机架旋转电机控制模块及旋转机架水平电机控制模块的编码器用于分别收集上述各电机实际的位置、速度信息，并将所述实际的位置、速度信息反馈给同步控制模块；所述同步控制模块还用于根据上述各电机实际的位置、速度信息及同步误差传递函数计算上述双电机的同步误差，然后根据所述同步误差计算出补偿量，实时补偿给旋转机架旋转电机控制模块和旋转机架水平电机控制模块，以实现双电机的精确同步。
[0006]所述控制量包括:旋转机架旋转电机控制模块及旋转机架水平电机控制模块各电机的位置、速度信息。
[0007]所述同步误差传递函数定义为:[0008]^ =YT^-￡0 = I + = Gc￡°
a
[0009]其中，Ge为同步误差传递函数:
[0010]a = (I+GpyGy) (I+GpxGx)
[0011]J3 = CGC2 (l + G G ) + CGC2 (l + G G )
L」厂c y ypx X}cx X \py y J
[0012]G 二 GCl (I + GpxGx) + 吹(I + GpvGr)
Q
[0013]所述问步控制t吴块包括ARM问步控制板。
[0014]所述ARM同步控制板包括MCU单元、旋转机架旋转电机驱动器接口、旋转机架水平电机驱动器接口、数模转换单元、串口接口、JTAG接口以及CAN接口。
[0015]所述CAN接口用于实现ARM同步控制板和主控器之间的通信。
[0016]所述数模转换单元用于将所述命令信息转换成模拟信号。
[0017]有鉴于此，本发明还提供一种移动CT同步扫描控制的方法，包括:同步控制模块接收主控器发送的运行命令信息；同步控制模块将收到的所述运行命令信息转换成旋转机架旋转电机控制模块、旋转机架水平电机控制模块中各驱动器当前时刻的控制量，并将该控制量分别发送给旋转机架旋转电机控制模块及旋转机架水平电机控制模块各自的驱动器；所述旋转机架旋转电机控制模块及旋转机架水平电机控制模块的驱动器分别根据所述控制量对各自电机进行驱动；所述旋转机架旋转电机控制模块及旋转机架水平电机控制模块的编码器分别收集上述各电机实际的位置、速度信息，并将所述实际的位置、速度信息反馈给同步控制模块；所述同步控制模块根据上述各电机实际的位置、速度信息及同步误差传递函数计算上述双电机的同步误差，然后根据所述同步误差计算出补偿量，实时补偿给旋转机架旋转电机控制模块和旋转机架水平电机控制模块，以实现双电机的精确同步。
[0018]所述的控制量包括:旋转机架旋转电机控制模块及旋转机架水平电机控制模块各电机的位置、速度信息。
[0019]所述的同步误差传递函数定义为:
II
[0020]& = 771 ￡° = TTgq ￡° = G t0
a
[0021]其中，Ge为同步误差传递函数:
[0022]a = (I+GpyGy) (I+GpxGx)
[0023]P = CGCl (I + Gp Gy) + Cfif\ (I + Gp Gr)
[0024]G = GCl (I + GPA) + GxCl (1 + GPA)
O
[0025]所述问步控制I旲块包括ARM问步控制板。
[0026]本发明移动CT同步扫描控制系统及方法，能够实现移动CT螺旋同步扫描方式下双电机的精确同步，提高CT螺旋扫描模式下成像质量。
【【专利附图】
【附图说明】】[0027]图1是旋转机架旋转电机(电机I)、旋转机架水平电机(电机2)在空间的扫描轨迹示意图。
[0028]图2是电机I和电机2耦合后的直线轮廓示意图。
[0029]图3是双电机同步控制系统非交叉耦合控制系统结构框图。
[0030]图4是双电机同步控制系统交叉耦合控制系统结构框图。
[0031]图5是移动CT螺旋同步扫描控制系统硬件架构图。
[0032]图6是ARM同步控制板硬件电路示意图。
[0033]图7是本发明移动CT同步扫描控制系统及方法的作业流程图。
【【具体实施方式】】
[0034]下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
[0035]为更好地解释本发明，首先对同步误差和交叉耦合同步误差传递函数进行定义。
[0036]同步误差:
[0037]在移动CT双电机螺旋线运动同步控制系统中，旋转机架旋转电机(电机I)沿垂直面做连续匀速旋转运动，旋转机架水平电机(电机2 )在水平面同步匀速直线运动，这样两电机在空间的扫描轨迹呈螺旋状前进。如图1所示。两台电机在各自平面做连续匀速运动，二者的同步关系可用如下公式表达:
【权利要求】
1.一种移动CT同步扫描控制系统，其特征在于，该系统包括主控器、旋转机架旋转电机控制模块、旋转机架水平电机控制模块以及同步控制模块，所述旋转机架旋转电机控制模块及所述旋转机架水平电机控制模块均包括各自的驱动器、电机及编码器，其中: 所述主控器用于向同步控制模块发送运行命令信息； 所述同步控制模块用于接收主控器发送的运行命令信息，将该命令信息转换为旋转机架旋转电机控制模块、旋转机架水平电机控制模块中各驱动器当前时刻的控制量，并将该控制量分别发送给旋转机架旋转电机控制模块及旋转机架水平电机控制模块各自的驱动器； 所述旋转机架旋转电机控制模块及旋转机架水平电机控制模块的驱动器用于分别根据所述控制量对各自电机进行驱动； 所述旋转机架旋转电机控制模块及旋转机架水平电机控制模块的编码器用于分别收集上述各电机实际的位置、速度信息，并将所述实际的位置、速度信息反馈给同步控制模块； 所述同步控制模块还用于根据上述各电机实际的位置、速度信息及同步误差传递函数计算上述双电机的同步误差，然后根据所述同步误差计算出补偿量，实时补偿给旋转机架旋转电机控制模块和旋转机架水平电机控制模块，以实现双电机的精确同步。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述的控制量包括:旋转机架旋转电机控制模块及旋转机架水平电机控制模块各电机的位置、速度信息。
3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述的同步误差传递函数定义为:
4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述同步控制模块包括ARM同步控制板。
5.根据权利要求4所述的系统，其中，所述ARM同步控制板包括MCU单元、旋转机架旋转电机驱动器接口、旋转机架水平电机驱动器接口、数模转换单元、串口接口、JTAG接口以及CAN接口。
6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述的CAN接口用于实现ARM同步控制板和主控器之间的通信。
7.根据权利要求5所述的系统，其中，所述的数模转换单元用于将所述命令信息转换成模拟信号。
8.—种移动CT同步扫描控制的方法，包括: 同步控制模块接收主控器发送的运行命令信息； 同步控制模块将收到的所述运行命令信息转换成旋转机架旋转电机控制模块、旋转机架水平电机控制模块中各驱动器当前时刻的控制量，并将该控制量分别发送给旋转机架旋转电机控制模块及旋转机架水平电机控制模块各自的驱动器； 所述旋转机架旋转电机控制模块及旋转机架水平电机控制模块的驱动器分别根据所述控制量对各自电机进行驱动； 所述旋转机架旋转电机控制模块及旋转机架水平电机控制模块的编码器分别收集上述各电机实际的位置、速度信息，并将所述实际的位置、速度信息反馈给同步控制模块；所述同步控制模块根据上述各电机实际的位置、速度信息及同步误差传递函数计算上述双电机的同步误差，然后根据所述同步误差计算出补偿量，实时补偿给旋转机架旋转电机控制模块和旋转机架水平电机控制模块，以实现双电机的精确同步。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述的控制量包括:旋转机架旋转电机控制模块及旋转机架水平电机控制模块各电机的位置、速度信息。
10.根据权利要求8所述的方法，其中，所述的同步误差传递函数定义为:
11.根据权利要求8所述的方法，其中，所述同步控制模块包括ARM同步控制板。
【文档编号】H02P5/00GK103746616SQ201310399962
【公开日】2014年4月23日 申请日期:2013年9月5日 优先权日:2013年9月5日
【发明者】梁永, 周哲, 张寅
申请人:中国科学院苏州生物医学工程技术研究所