MRI梯度放大器控制系统设计与关键技术分析

发布时间：2017-03-22 19:15

  本文关键词：MRI梯度放大器控制系统设计与关键技术分析，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging,MRI)作为一种新兴的医学影像诊断方法,已经得到了广泛应用,并显示出广阔的发展前景。但是我国的MRI研究水平远落后于发达国家,MRI设备一直依赖国外进口,研制出高性能的MRI设备对我国医疗水平的提高具有重要作用。梯度放大器作为MRI系统的核心部件,提供梯度磁场进行空间定位和梯度回波的产生,其性能直接影响成像的质量和速度。随着磁共振成像的要求越来越高,设计出高性能的梯度放大器就显得尤为重要。本文在分析梯度放大器控制系统需求的基础上,通过数字控制方法设计了一套高性能的控制系统。该系统分为主控系统和监控系统,本文分别对其进行硬件电路和软件编程的设计。主要研究内容如下:1、研究了梯度放大器的功能和系统结构,介绍了控制系统主电路的拓扑结构,并基于梯度放大器的性能指标完成了控制系统的整体方案设计。2、本文设计了控制系统各模块的硬件电路,主要包括AD7656模数转换电路、滤波电路、使能报警电路、监控信号采集电路等。采用TMS320F28335作为主控芯片,利用外拓ADC芯片AD7656对三路调理信号进行同步采集,实现了对三个方向梯度磁场的同步控制;比较不同滤波器性能,选择Sallen-Key滤波器对采样信号进行低通滤波;利用光耦TP521实现了使能和报警的功能;通过线性光耦HCNR200设计模拟量信号隔离电路完成对监控信号的采集。最后根据设计的原理图完成了电路板的制作,并对布局布线和电磁兼容进行了详细的分析。3、在实现硬件电路的基础上,本文分别完成了梯度放大器主控系统和监控系统的软件设计。主控系统采用增量式PID算法作为基础的控制算法。监控系统利用DSP集成的ADC模块进行监控信号的采集,并通过MODBUS协议完成了通讯模块的开发。为了使梯度线圈驱动电流纹波含量更少,本文采用倍频控制技术,使纹波和控制频率达到开关频率的两倍,有效的抑制了输出电流纹波。由于传统的控制算法并不能满足系统的需求,本文结合控制要求设计了自适应PID算法,根据偏差的变化实时改变PID控制参数,使得控制系统兼顾了快速性和稳定性。4、经过反复的调试和验证,本文最终完成了梯度放大器控制系统的设计,并在MRI系统中进行了完整的序列扫描,得到了满足成像要求的水模图像。
【关键词】：梯度放大器 控制系统设计 DSP 自适应PID
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH776
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-15
• 1.1 研究工作的背景与意义10-11
• 1.2 MRI梯度放大器控制系统研究现状11-13
• 1.3 本文的主要工作和结构安排13-15
• 第二章 MRI梯度放大器原理与控制系统总体方案设计15-25
• 2.1 MRI梯度放大器介绍15-18
• 2.1.1 梯度放大器的功能16-17
• 2.1.2 梯度放大器的组成17-18
• 2.2 梯度放大器控制系统需求分析18-20
• 2.3 梯度放大器控制系统方案设计20-24
• 2.3.1 控制系统主电路20-22
• 2.3.2 硬件电路整体方案22-23
• 2.3.3 软件系统整体方案23-24
• 2.4 本章小结24-25
• 第三章 MRI梯度放大器控制系统硬件设计25-51
• 3.1 梯度放大器控制系统硬件框图结构25-27
• 3.2 主控电路设计27-41
• 3.2.1 控制芯片的选择27-29
• 3.2.2 DSP外围电路的设计29-30
• 3.2.3 AD7656模数转换电路实现30-34
• 3.2.4 AD7656采样逻辑设计34-35
• 3.2.5 信号滤波与调理电路35-41
• 3.2.5.1 调理电路设计35-37
• 3.2.5.2 滤波电路设计37-41
• 3.3 通信监控底板电路设计41-44
• 3.3.1 使能电路设计42
• 3.3.2 温度报警及驱动报警电路设计42-44
• 3.4 外围监控电路的设计44-47
• 3.5 电路板与电磁兼容的设计47-50
• 3.5.1 印制电路板及布局布线47-49
• 3.5.2 主控制板电源和地层分割49-50
• 3.6 本章小结50-51
• 第四章 MRI梯度放大器控制系统软件设计51-68
• 4.1 梯度放大器主控系统软件设计51-57
• 4.1.1 AD7656同步采样模块软件设计52-53
• 4.1.2 梯度放大器控制算法设计53-57
• 4.1.2.1 PID调节器原理53-54
• 4.1.2.2 增量型数字PID控制器的设计54-57
• 4.2 梯度放大器监控系统软件设计57-62
• 4.2.1 监控信号采集软件设计58-60
• 4.2.2 串.通信模块的软件设计60-62
• 4.3 控制系统关键技术分析62-66
• 4.3.1 倍频控制技术62-64
• 4.3.2 自适应PID算法64-66
• 4.4 本章小结66-68
• 第五章 MRI梯度放大器控制系统测试与分析68-77
• 5.1 控制系统功能调试68-71
• 5.2 控制系统整体调试与验证71-76
• 5.2.1 控制系统性能测试72-75
• 5.2.2 MRI梯度放大器系统调试75-76
• 5.3 本章小结76-77
• 第六章 全文总结与展望77-79
• 6.1 全文总结77-78
• 6.2 展望78-79
• 致谢79-80
• 参考文献80-83
• 附录83-85

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 曹彬;李思奇;毕大强;蒋晓华;;梯度放大器高性能控制系统的开发[J];电力电子技术;2008年02期

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本文编号：262053