OCT内窥探头中闭环马达转速控制系统的研究

发布时间：2020-05-09 18:38

【摘要】：光学相干断层扫描技术(Optical coherence tomography,OCT)是一种新型的高分辨率、非侵入式、高速成像的方法,在医学图像和临床诊断中发挥着日益重要的作用。其中,内窥式环形OCT扫描采用电机驱动内窥探头进行高速旋转,适用于人体管腔状器官组织的成像,如肠胃道、血管等,具有很高的临床价值。在圆周扫描的图像重建时,如何保证电机转速的精确性和稳定性成为了确保成像质量中的一个关键问题,具有重要的实际意义。无刷直流电机(Brushless DC Motor,BLDCM)是一种应用广泛的新型直流电机,它改进了传统有刷直流电机的诸多缺陷。本文使用BLDCM驱动OCT内窥探头旋转,设计了一种电机转速的控制系统,以实现快速、准确、超调量小的转速调节。本文首先搭建了转速控制的软硬件系统。该系统以MSP430F5529单片机为中央处理器,实现了转速数值A/D转换、脉宽调制波形(Pulse-Width Modulation,PWM)输出进行转速控制、上位机串口通信等功能。上位机软件基于Windows系统使用Python开发,实现了一个用于转速设置、停止、反馈的图形界面。在控制方法上,本文对PID控制和模糊自适应PID控制两种方法进行了参数调节和仿真对比。本文首先对BLDCM的结构进行了分析建模,得到了电机的数学模型,确定了其传递函数。然后基于被控对象的传递函数对两种控制方法进行了仿真对比。对于普通PID控制,本文利用Matlab PID Tuner进行了参数整定,使用Matlab Simulink进行了仿真;对于模糊自适应PID控制,本文进行了模糊控制器的设计,包括模糊化接口设计、模糊规则表建立、模糊决策方法的选择,然后使用Matlab Simulink进行了仿真。仿真结果表明了Fuzzy-PID控制方法具有调节时间快、零超调的优点,符合本系统中BLDCM的控制要求。本文基于MSP430F5529单片机实现了Fuzzy-PID算法,算法采用C语言进行编程。实验结果表明本系统可以对无刷直流电机实现较为精确、快速的转速控制。
【图文】：

结构图,眼科,拓普康,仪器

用非接触式的方法构建人体内部或器官组织的图像的物理学等相结合的交叉学科，，也是生物医学工程学科的重的展现人体内部器官组织结构图像的方法，供医生和研究的解剖和生理数据库，使识别人体异常病变更加高效可靠成像技术(Ultrasonography,US)、X 射线计算机断层扫描技振成像技术(MagneticResonanceImaging,MRI)和核医学成应用于各大医院临床诊断，但都存在着仪器体积庞大、成干光从光学散射介质（如生物组织）获取微米级分辨率、无损伤、非接触、高分辨率、高速成像等优点，正逐渐被域。光学相干断层扫描系统基于低相干干涉测量原理，通面的扫描成像。例如在眼科和验光中用于获得视网膜内图动脉疾病等，利用基于导管的技术进行人体脉管系统如血在皮肤病学领域上也初步展现出了改善诊断过程的潜力[熟的成像技术相结合，弥补其他成像方法的不足，具有广(a) (b)

系统原理图,横向扫描,系统原理,弱相干

第二章 OCT 系统原理和内窥探头横向扫描方式的研究系统原理和内窥探头横向扫描方式的研究分辨率逊干涉仪测量光反射，利用的是宽带光源的低相干特性：只有在度范围内的光才能创建干涉条纹。通过测量这种干涉光确定反射个光纤化的迈克尔逊干涉仪。光源发出的弱相干光经过 2 2 的射镜的参考端和放有被测样品的信号端。反射镜反射回的参考光光纤耦合器汇合产生干涉信号，信号强度反映了样品的反射强度其数据传输到计算机，由计算机完成对信号的解调和图像重构。O
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TP273;TM33

【参考文献】