多电机同步控制策略在多叶准直器多叶片控制中的应用研究

发布时间：2020-09-04 20:57

　　在放射治疗的实施过程中,多叶准直器的使用目的是取代传统的人工操作的铅射野挡块,使透过多叶准直器叶片端面的射线在病灶靶区的投影轮廓与期望的射野形状的轮廓适形。为了满足该需求,需要对多叶准直器的叶片到位精度进行精确地控制。本文针对该问题,并且考虑到多叶准直器多叶片协同控制的情况,对多叶准直器叶片位置控制策略进行了研究。主要研究内容如下:1)描述了放射治疗终端设备中多叶准直器的基本结构,分析了多叶准直器控制系统的机构和组成。分别建立了多叶准直器叶片在静态调强放射治疗和动态调强放射治疗时的运动模型及控制策略。在此基础上,提出了对多叶准直器控制的要求。2)多叶准直器的每一个叶片都有一套独立的驱动装置,为了能够保证每个叶片的到位精度,针对多叶准直器的单叶片进行了位置控制策略的研究。首先,选取了多叶准直器叶片驱动单元为被控对象,对其建立了数学模型。随后针对该数学模型设计了多叶准直器单叶片位置PID控制器,以满足叶片到位精度的要求。为了解决控制器参数整定困难的问题,分别采取了模糊控制和粒子群算法(包括基本粒子群,加权粒子群算法和压缩因子粒子群算法)对设计的控制器参数进行了整定优化,以满足放射治疗时叶片需要精确到位的要求。3)为了避免由于机械结构引起叶片摩擦和碰撞,对叶片运动带来的干扰,增强叶片到位精度的抗干扰能力,并且考虑到PID控制器存在的积分环节会出现windup现象和使用粒子群算法优化求解时容易陷入局部最优解的问题。结合分数阶理论与anti-windup控制器设计了多叶准直器单叶片位置控制器,并采用量子粒子群算法对提出的分数阶anti-windup控制器参数进行了整定优化,达到放射治疗时叶片可以精确到位的目的。4)多叶准直器的叶片成对排列,在保证每个叶片独立位置控制精度的基础上,需要考虑多叶片之间的同步误差,以便能够更好的达到调强放射适形治疗的目的。采用交叉耦合控制方法,提出了多叶片同步位置误差的概念,定义了三种同步控制策略,并针对静态放射治疗的特性,研究了基于交叉耦合的多叶片PD同步控制策略,对控制策略的收敛性进行了证明。实验结果表明基于交叉耦合的多叶片PD同步控制策略可以减少多叶片之间的同步位置误差,提高了叶片的适形性能。5)针对动态调强放射治疗实施过程中,多叶准直器叶片的运动在时间域是一种重复运动的特性在基于交叉耦合的多叶片PD跟踪控制的基础上,提出了基于交叉耦合的多叶片迭代学习同步适形控制策略。随后,分析了采用多叶片同步控制策略产生叶片间累积同步误差的原因,提出了“虚拟主叶片”的概念以减少累积误差。最后,为了提高多叶片位置的控制精度,提出了基于位置域的主从交叉耦合迭代学习适形控制策略,以满足放射治疗的要求。
【学位单位】：兰州交通大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TH77
【部分图文】：

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图 1.1 外照射的终端设备放疗示意图按照使用的不同的技术和不同的设备代精确的放射治疗技术等两大类别治疗，是用常规的定位方法，在 x 光或重离子[22]放射治疗设备等，在二维

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图 2.3 MLC 叶片常见形状示意图及相关术效果，也有学者和厂商针对多叶准直具有多层的叶片，这种多层叶片的度。早期，多层叶片多叶准直器采取双层叶片结构的 MLC 是由西门子公司治疗过程中，每层叶片均是在垂直于叶片同样按照该方向重叠上下放置，出射方向为轴，侧向偏移一定的距离的间隙，因为透过上层 MLC 相邻叶层 MLC 相邻叶片间的空隙的射线由以避免治疗过程中治疗放射线从叶片产生的相邻叶片之间的摩擦与碰撞，力。Leaf 是另外一种具有双层叶片结构 M

【参考文献】