基于西门子840D的牙科CT扫描控制系统研究
发布时间：2021-02-25 11:07
随着医疗卫生体系的不断完善,牙科疾病的增多,现有牙科CT诊断设备已无法满足当前牙科医疗诊断的复杂性。为提高牙科疾病术前诊断率,需对牙科CT机进行研究与改进。本文主要针对牙科CT机扫描控制系统进行研究。通过对牙科CT机扫描控制系统的稳定性、安全性、容错性、图像清晰度、控制精度、X射线辐射量等性能要求的分析研究,基于西门子840D搭建了牙科CT控制实验平台。通过对各种加减速算法的分析研究,提出了一种新型S形加减速算法,并将其应用于牙科CT机,实现了C型臂的启停平稳、无冲击。针对本算法和传统S形加减速算法进行了振动信号采集试验,证明本算法可使C型臂运转时速度更加平滑、振荡更小。通过对C型臂非线性摩擦问题的分析,搭建了基于LuGre摩擦模型前馈补偿的模糊PID控制系统。该控制系统避免了位置跟踪平顶、速度跟踪过零时出现‘死区’等缺陷,且跟踪误差小、响应快、稳态稳定。经实验验证,该控制系统定位精度高,较好地解决了低速运转时非线性摩擦造成的爬行现象。依据牙科CT扫描控制流程,设计了上位机控制软件。在该软件控制下,调试扫描装置控制参数,在M2标准工作模式下,实现了X射线源、C型臂、平面探测器三者脉冲时...
【文章来源】：河南科技大学河南省
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
1.1 课题背景及研究意义
1.1.1 课题背景
1.1.2 理论意义及应用价值
1.2 国内外研究现状
1.2.1 牙科CT研究现状
1.2.2 西门子控制系统应用现状
1.3 主要研究内容
第2章 牙科CT机工作原理及控制
2.1 牙科CT机原理
2.2 牙科CT的机械结构和扫描方式
2.2.1 牙科CT机械结构
2.2.2 牙科CT扫描模式
2.3 牙科CT控制系统
2.3.1 牙科CT控制原理
2.3.2 牙科CT扫描控制问题
2.3.3 控制系统的选择
2.4 本章小结
第3章 基于西门子840D的牙科CT控制平台搭建
3.1 SINUMERIK840D概述
3.2 数控装置NCU
3.2.1 840D数控单元NCU
3.2.2 NCU控制板接口
3.3 HMI人机界面
3.3.1 PCU50
3.3.2 OP操作面板
3.3.3 控制面板MCP
3.4 西门子611D驱动系统
3.4.1 611D驱动系统概述
3.4.2 辅助模块
3.4.3 驱动控制模块
3.5 控制系统搭建
3.5.1 NCU的连接
3.5.2 驱动系统连接
3.5.3 工作流程
3.6 本章小结
第4章 基于牙科CT控制的新型S形加减速算法研究
4.1 加减速算法概述
4.1.1 梯形加减速算法
4.1.2 指数型加减速算法
4.1.3 S形加减速算法
4.2 新型S形加减速算法
4.2.1 加速段加减速函数
4.2.2 匀速段加减速函数
4.2.3 减速段加减速函数
4.3 新型加减速算法应用分析
4.4 新型加减速算法简化
4.5 加速段加减速算法仿真
4.6 实验验证
4.7 本章小结
第5章 基于LuGre摩擦模型前馈补偿的模糊PID控制系统设计
5.1 概述
5.2 基于LuGre摩擦模型的前馈补偿
5.2.1 LuGre摩擦模型
5.2.2 摩擦参数辨识
5.2.3 LuGre摩擦模型前馈补偿
5.3 模糊自适应PID控制系统
5.3.1 模糊自适应PID控制系统的设计
5.3.2 模糊自适应PID控制器Simulik建模
5.4 控制系统仿真
5.4.1 正弦信号跟踪仿真
5.4.2 阶跃信号动态响应仿真
5.5 定位精度实验验证
5.6 本章小结
第6章 扫描控制系统调试及成像
6.1 扫描控制程序设计
6.1.1 控制任务划分
6.1.2 上位机软件设计
6.2 扫描运动控制
6.2.1 牙科CT工作模式
6.2.2 C型臂伺服引脚配置
6.2.3 C型臂伺服电机控制参数设置
6.2.4 脉冲时序协调控制
6.3 扫描成像结果
6.4 本章小结
第7章 结论与展望
7.1 结论
7.2 展望
参考文献
致谢
攻读学位期间的研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种CT旋转运动控制系统[J]. 刘政浩,于晓东. 中国医疗器械杂志. 2018(06)
[2]基于LuGre摩擦模型的转台伺服系统自适应摩擦补偿研究[J]. 郭远韬,闵斌,陈斌. 上海航天. 2017(06)
[3]高速平滑S曲线加减速速度控制算法研究[J]. 许光彬,余道洋. 控制工程. 2017(10)
[4]基于SIEMENS 840D的无屑切管机控制系统的设计[J]. 梁媛,孙建业,魏成峰. 新技术新工艺. 2017(03)
[5]基于扰动观测器的光电稳定平台摩擦补偿策略[J]. 晋超琼,张葆,李贤涛,申帅,朱枫. 吉林大学学报(工学版). 2017(06)
[6]基于Lugre模型的直线电机摩擦参数辨识和补偿[J]. 赵金生,张帆,刘品宽. 机电一体化. 2016(10)
[7]梯形加减速算法在伺服系统中的应用研究[J]. 李庆华. 无线电工程. 2016(07)
[8]三次S曲线加减速算法研究[J]. 赵翔宇,蔡慧林. 机械科学与技术. 2016(05)
[9]超声速进气道加速/减速过程起动/不起动现象研究[J]. 赵昊,谢旅荣,郭荣伟,滕瑜琳,张骏. 航空动力学报. 2015(08)
[10]西门子840D伺服系统参数优化与研究[J]. 阎树田,李文涛,李彦彬. 制造技术与机床. 2015(05)
硕士论文
[1]口腔CT成像的迭代重建算法研究[D]. 曹涵.成都理工大学 2014
[2]基于ARM的齿科CT控制系统的设计与实现[D]. 马少华.东北大学 2014
[3]齿科CT中平板探测器校正与评估方法研究[D]. 蔡鹏飞.东北大学 2014
[4]口腔CT控制系统的设计[D]. 骆毅斌.南方医科大学 2013
[5]工业CT伺服驱动器模型的分析及控制优化[D]. 吕欧.重庆大学 2013
[6]工业CT多轴运动控制系统设计与实现[D]. 姚必计.重庆大学 2013
[7]工业CT多轴同步运动控制系统研究[D]. 王开开.重庆大学 2013
[8]基于μC/OS-Ⅱ的齿科CT控制系统的研究与实现[D]. 邱红伟.东北大学 2012
[9]工业CT多轴联动运动控制器的设计与实现[D]. 叶兆虹.重庆大学 2011
[10]通用数控平台的工业CT控制技术研究[D]. 汪洋.重庆大学 2011
本文编号：3050875
【文章来源】：河南科技大学河南省
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
1.1 课题背景及研究意义
1.1.1 课题背景
1.1.2 理论意义及应用价值
1.2 国内外研究现状
1.2.1 牙科CT研究现状
1.2.2 西门子控制系统应用现状
1.3 主要研究内容
第2章 牙科CT机工作原理及控制
2.1 牙科CT机原理
2.2 牙科CT的机械结构和扫描方式
2.2.1 牙科CT机械结构
2.2.2 牙科CT扫描模式
2.3 牙科CT控制系统
2.3.1 牙科CT控制原理
2.3.2 牙科CT扫描控制问题
2.3.3 控制系统的选择
2.4 本章小结
第3章 基于西门子840D的牙科CT控制平台搭建
3.1 SINUMERIK840D概述
3.2 数控装置NCU
3.2.1 840D数控单元NCU
3.2.2 NCU控制板接口
3.3 HMI人机界面
3.3.1 PCU50
3.3.2 OP操作面板
3.3.3 控制面板MCP
3.4 西门子611D驱动系统
3.4.1 611D驱动系统概述
3.4.2 辅助模块
3.4.3 驱动控制模块
3.5 控制系统搭建
3.5.1 NCU的连接
3.5.2 驱动系统连接
3.5.3 工作流程
3.6 本章小结
第4章 基于牙科CT控制的新型S形加减速算法研究
4.1 加减速算法概述
4.1.1 梯形加减速算法
4.1.2 指数型加减速算法
4.1.3 S形加减速算法
4.2 新型S形加减速算法
4.2.1 加速段加减速函数
4.2.2 匀速段加减速函数
4.2.3 减速段加减速函数
4.3 新型加减速算法应用分析
4.4 新型加减速算法简化
4.5 加速段加减速算法仿真
4.6 实验验证
4.7 本章小结
第5章 基于LuGre摩擦模型前馈补偿的模糊PID控制系统设计
5.1 概述
5.2 基于LuGre摩擦模型的前馈补偿
5.2.1 LuGre摩擦模型
5.2.2 摩擦参数辨识
5.2.3 LuGre摩擦模型前馈补偿
5.3 模糊自适应PID控制系统
5.3.1 模糊自适应PID控制系统的设计
5.3.2 模糊自适应PID控制器Simulik建模
5.4 控制系统仿真
5.4.1 正弦信号跟踪仿真
5.4.2 阶跃信号动态响应仿真
5.5 定位精度实验验证
5.6 本章小结
第6章 扫描控制系统调试及成像
6.1 扫描控制程序设计
6.1.1 控制任务划分
6.1.2 上位机软件设计
6.2 扫描运动控制
6.2.1 牙科CT工作模式
6.2.2 C型臂伺服引脚配置
6.2.3 C型臂伺服电机控制参数设置
6.2.4 脉冲时序协调控制
6.3 扫描成像结果
6.4 本章小结
第7章 结论与展望
7.1 结论
7.2 展望
参考文献
致谢
攻读学位期间的研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种CT旋转运动控制系统[J]. 刘政浩,于晓东. 中国医疗器械杂志. 2018(06)
[2]基于LuGre摩擦模型的转台伺服系统自适应摩擦补偿研究[J]. 郭远韬,闵斌,陈斌. 上海航天. 2017(06)
[3]高速平滑S曲线加减速速度控制算法研究[J]. 许光彬,余道洋. 控制工程. 2017(10)
[4]基于SIEMENS 840D的无屑切管机控制系统的设计[J]. 梁媛,孙建业,魏成峰. 新技术新工艺. 2017(03)
[5]基于扰动观测器的光电稳定平台摩擦补偿策略[J]. 晋超琼,张葆,李贤涛,申帅,朱枫. 吉林大学学报(工学版). 2017(06)
[6]基于Lugre模型的直线电机摩擦参数辨识和补偿[J]. 赵金生,张帆,刘品宽. 机电一体化. 2016(10)
[7]梯形加减速算法在伺服系统中的应用研究[J]. 李庆华. 无线电工程. 2016(07)
[8]三次S曲线加减速算法研究[J]. 赵翔宇,蔡慧林. 机械科学与技术. 2016(05)
[9]超声速进气道加速/减速过程起动/不起动现象研究[J]. 赵昊,谢旅荣,郭荣伟,滕瑜琳,张骏. 航空动力学报. 2015(08)
[10]西门子840D伺服系统参数优化与研究[J]. 阎树田,李文涛,李彦彬. 制造技术与机床. 2015(05)
硕士论文
[1]口腔CT成像的迭代重建算法研究[D]. 曹涵.成都理工大学 2014
[2]基于ARM的齿科CT控制系统的设计与实现[D]. 马少华.东北大学 2014
[3]齿科CT中平板探测器校正与评估方法研究[D]. 蔡鹏飞.东北大学 2014
[4]口腔CT控制系统的设计[D]. 骆毅斌.南方医科大学 2013
[5]工业CT伺服驱动器模型的分析及控制优化[D]. 吕欧.重庆大学 2013
[6]工业CT多轴运动控制系统设计与实现[D]. 姚必计.重庆大学 2013
[7]工业CT多轴同步运动控制系统研究[D]. 王开开.重庆大学 2013
[8]基于μC/OS-Ⅱ的齿科CT控制系统的研究与实现[D]. 邱红伟.东北大学 2012
[9]工业CT多轴联动运动控制器的设计与实现[D]. 叶兆虹.重庆大学 2011
[10]通用数控平台的工业CT控制技术研究[D]. 汪洋.重庆大学 2011
本文编号：3050875
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