一種同步實(shí)時(shí)多葉光柵控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種同步實(shí)時(shí)多葉光柵控制系統(tǒng)，特別是多葉光柵動(dòng)態(tài)調(diào)強(qiáng)模式中多路電機(jī)運(yùn)動(dòng)同步協(xié)調(diào)的控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]多葉光柵主要用在精確放療系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)適形和調(diào)強(qiáng)功能，同步實(shí)時(shí)多葉光柵控制系統(tǒng)的作用是通過(guò)控制電機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)多葉光柵葉片的高精度位置和速度控制。為提高治療精度，對(duì)多個(gè)葉片運(yùn)動(dòng)調(diào)節(jié)的實(shí)時(shí)性提出了很高的要求，電機(jī)控制單元之間的同步和協(xié)調(diào)問(wèn)題是多葉光柵控制需要解決的問(wèn)題。
[0003]近十年來(lái)，中國(guó)專利公開(kāi)號(hào)為:CN 201576191U(2010)的專利申請(qǐng)文件中；中國(guó)專利公開(kāi)號(hào)為:CN201741015U的專利申請(qǐng)文件中，所報(bào)道的技術(shù)方案，采用一個(gè)主控制單元、兩個(gè)或兩個(gè)以上的從控制單元，每個(gè)從控制單元分別與主控制單元控制輸出引腳連接并分別控制與其相連電機(jī);主控制單元與從控制單元采用RS485方式進(jìn)行通訊。主單片機(jī)負(fù)責(zé)與PC機(jī)進(jìn)行信息交互，通過(guò)串口將接收的信息下傳給多個(gè)從單片機(jī)，每個(gè)從單片機(jī)負(fù)責(zé)接收數(shù)據(jù)并執(zhí)行，分別控制各路電機(jī)的控制，這種控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)單個(gè)葉片位置和速度的控制，但受主從串口通信的時(shí)間限制，難以實(shí)現(xiàn)多個(gè)單片機(jī)的同步和協(xié)調(diào)工作，因此多路電機(jī)同步實(shí)時(shí)調(diào)速比較困難。
[0004]在國(guó)內(nèi)的論文刊物中“DMLC系統(tǒng)及數(shù)據(jù)傳輸設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)”；“電動(dòng)多葉光柵控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)”，“基于Sliding Window的電動(dòng)多葉光柵”；“電動(dòng)多葉光柵葉片位置和速度的智能控制”等公開(kāi)出版物所公開(kāi)報(bào)道的技術(shù)方案中，采用通信和控制DSP&FPGA實(shí)現(xiàn)電機(jī)控制。通信FPAG實(shí)現(xiàn)PC命令讀取、加速器門(mén)禁信號(hào)讀取、數(shù)據(jù)下傳，并做好與其它模塊的接口。通信DSP對(duì)通信FPGA下傳的數(shù)據(jù)解析，分析命令數(shù)據(jù)，將相應(yīng)命令數(shù)據(jù)傳送給控制DSP。控制DSP接收并解析通信DSP發(fā)的命令和控制參數(shù)，執(zhí)行相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)命令，動(dòng)態(tài)調(diào)整電機(jī)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的速度PID值，并向通信DSP發(fā)送運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的狀態(tài)參數(shù)?？刂艶PGA實(shí)現(xiàn)對(duì)各路電機(jī)的控制并采樣電機(jī)信號(hào)反饋給控制DSP。該系統(tǒng)特點(diǎn)是采用CPU較多，采用運(yùn)算速度快的DSP來(lái)提高計(jì)算和通信效率，每個(gè)CPU分工明確，能夠快速完成數(shù)據(jù)收發(fā)、解析、執(zhí)行等工作，各路電機(jī)的調(diào)速和控制仍然是串行的，各路電機(jī)參數(shù)的不是嚴(yán)格意義上的同步調(diào)節(jié)，此外該系統(tǒng)CPU較多，CPU間相互通信與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存會(huì)影響控制的實(shí)時(shí)性。
[0005]由此可見(jiàn)，上述公開(kāi)報(bào)道的技術(shù)方案或采用主從單片機(jī)控制模式，或采用通信和控制DSP&FPGA實(shí)現(xiàn)電機(jī)控制，其本質(zhì)上采用的是分時(shí)控制模式。與本發(fā)明申請(qǐng)的采用嵌入式FPGA為每一路電機(jī)配置單獨(dú)的驅(qū)動(dòng)控制模塊實(shí)現(xiàn)多路電機(jī)同步協(xié)調(diào)的控制模式有明顯的差異。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種同步實(shí)時(shí)多葉光柵控制系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)多個(gè)電機(jī)運(yùn)動(dòng)同步和協(xié)調(diào)，具有較強(qiáng)控制實(shí)時(shí)性的優(yōu)勢(shì)。
[0007]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為:一種同步實(shí)時(shí)多葉光柵控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括PC機(jī)、控制器與電機(jī)，PC機(jī)與控制器進(jìn)行信息交互，控制器驅(qū)動(dòng)控制電機(jī)進(jìn)而控制多葉光柵葉片的位置與速度;控制器具有一個(gè)通信板，兩個(gè)驅(qū)動(dòng)板;所述控制器的通信板與PC機(jī)進(jìn)行信息交互及數(shù)據(jù)下傳，兩個(gè)驅(qū)動(dòng)板接收通信板下發(fā)數(shù)據(jù)，并實(shí)現(xiàn)多路電機(jī)運(yùn)動(dòng)的同步協(xié)調(diào)。
[0008]其中，所述驅(qū)動(dòng)板采用CPU軟核和多個(gè)IP硬核的模式來(lái)控制電機(jī)，每個(gè)IP硬核作為每一路電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制模塊，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的速度運(yùn)算與實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)。
[0009]其中，所述驅(qū)動(dòng)板的多個(gè)IP硬核，每個(gè)硬核功能相同，每個(gè)硬核使用硬件數(shù)字電路方式實(shí)現(xiàn)，可分別對(duì)每一路電機(jī)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)調(diào)節(jié)，因此電機(jī)速度控制的實(shí)時(shí)性極高，可實(shí)現(xiàn)多路電機(jī)運(yùn)動(dòng)的同步協(xié)調(diào)。
[0010]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:控制器驅(qū)動(dòng)板采用多個(gè)相同IP硬核作為每一路電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制模塊處理每個(gè)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)，每個(gè)IP硬核可同步獨(dú)立工作，解決多葉光柵多路電機(jī)同步和協(xié)調(diào)工作難的問(wèn)題，該系統(tǒng)具有較強(qiáng)控制實(shí)時(shí)性的優(yōu)勢(shì)，可以達(dá)到普通單片機(jī)或DSP等軟件分時(shí)控制系統(tǒng)所不能達(dá)到的控速精度。
【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1為本發(fā)明一種同步實(shí)時(shí)多葉光柵控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012]圖2為同步實(shí)時(shí)多葉光柵控制系統(tǒng)的功能示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行進(jìn)一步描述:
[0014]參考圖1所示，本發(fā)明公開(kāi)了一種同步實(shí)時(shí)多葉光柵的控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)由PC機(jī)1、控制器2與電機(jī)3組成。PC機(jī)1通過(guò)人機(jī)交換界面和串口實(shí)現(xiàn)命令的下傳，并接收多葉光柵控制器2上傳的數(shù)據(jù)。同步實(shí)時(shí)多葉光柵控制器2包括一個(gè)通信板4和兩個(gè)驅(qū)動(dòng)板5，通信板4采用Xilinx的FPGA作為核心CPU實(shí)現(xiàn)與PC機(jī)1的信息交互、數(shù)據(jù)解析，并將數(shù)據(jù)下傳給兩個(gè)驅(qū)動(dòng)板5。兩個(gè)驅(qū)動(dòng)板5分別采用一個(gè)Xilinx的嵌入式FPGA作為核心CPU實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)接收、電機(jī)的驅(qū)動(dòng)和控制。
[0015]通信板4采用Xilinx的SPARTAN6系列的FPGA芯片作為核心CPU，通過(guò)RS422與PC機(jī)進(jìn)行通信。FPGA采用定制的Microblaze CPU軟核實(shí)現(xiàn)PC機(jī)1命令接收、數(shù)據(jù)解析，并下發(fā)給兩個(gè)驅(qū)動(dòng)板5，同時(shí)匯集兩個(gè)驅(qū)動(dòng)板5的電機(jī)狀態(tài)和葉片位置數(shù)據(jù)，上報(bào)給PC機(jī)1。驅(qū)動(dòng)板5采用Xilinx的SPARTAN6系列的FPGA芯片作為核心CPU，采用Microblaze軟核6實(shí)現(xiàn)大部分功能，將30路電機(jī)的控制引腳配置到Microblaze軟核6，并在Microblaze軟核6配置基礎(chǔ)上，加入30路電機(jī)控制的IP硬核7，MicroblaZe軟核6實(shí)現(xiàn)與通信板的命令、數(shù)據(jù)的交互，并獲取IP硬核7檢測(cè)到的電機(jī)工作狀態(tài)，根據(jù)當(dāng)前工作狀態(tài)，控制電機(jī)目標(biāo)運(yùn)行速度。每一個(gè)IP硬核7可作為一路電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制模塊，實(shí)現(xiàn)多路電機(jī)速度的采集與控制。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種同步實(shí)時(shí)多葉光柵控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括PC機(jī)(1)、控制器(2)與電機(jī)(3)，PC機(jī)(1)與控制器(2)進(jìn)行信息交互，控制器(2)驅(qū)動(dòng)控制電機(jī)(3)進(jìn)而控制多葉光柵葉片的位置與速度;其特征在于:控制器(2)具有一個(gè)通信板(4)，兩個(gè)驅(qū)動(dòng)板(5);所述控制器的通信板(4)與PC機(jī)(1)進(jìn)行信息交互及數(shù)據(jù)下傳，兩個(gè)驅(qū)動(dòng)板(5)接收通信板(4)下發(fā)數(shù)據(jù)，并實(shí)現(xiàn)多路電機(jī)(3)運(yùn)動(dòng)的同步協(xié)調(diào)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的同步實(shí)時(shí)多葉光柵控制系統(tǒng)，其特征在于:所述驅(qū)動(dòng)板(5)，采用CPU軟核(6)和多個(gè)IP硬核(7)的模式來(lái)控制電機(jī)(3)，每個(gè)IP硬核(7)作為每一路電機(jī)(3)的驅(qū)動(dòng)控制模塊，實(shí)現(xiàn)電機(jī)(3)的速度運(yùn)算與實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的同步實(shí)時(shí)多葉光柵控制系統(tǒng)，其特征在于:所述驅(qū)動(dòng)板(5)的多個(gè)IP硬核(7)，每個(gè)硬核(7)功能相同，每個(gè)硬核(7)使用硬件數(shù)字電路方式實(shí)現(xiàn)，可分別對(duì)每一路電機(jī)(3)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)調(diào)節(jié)，因此電機(jī)速度控制的實(shí)時(shí)性極高，可實(shí)現(xiàn)多路電機(jī)運(yùn)動(dòng)的同步協(xié)調(diào)。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種同步實(shí)時(shí)多葉光柵控制系統(tǒng)，特別是用于多葉光柵動(dòng)態(tài)調(diào)強(qiáng)模式中電機(jī)運(yùn)動(dòng)同步協(xié)調(diào)的控制系統(tǒng)，同步實(shí)時(shí)多葉光柵控制系統(tǒng)由PC機(jī)(1)、控制器(2)與電機(jī)(3)組成。本發(fā)明可以解決多葉光柵動(dòng)態(tài)調(diào)強(qiáng)模式中多個(gè)電機(jī)調(diào)速同步和協(xié)調(diào)工作難的問(wèn)題。本發(fā)明中控制器具有一個(gè)通信板(4)，兩個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)板(5)，兩個(gè)驅(qū)動(dòng)板(5)均采用CPU軟核(6)和多個(gè)IP硬核(7)的模式控制電機(jī)運(yùn)動(dòng)，每個(gè)IP硬核(7)作為每一路電機(jī)的控制模塊，純粹使用硬件時(shí)序邏輯實(shí)現(xiàn)，具有較強(qiáng)控制實(shí)時(shí)性的優(yōu)勢(shì)，可以達(dá)到普通單片機(jī)或DSP等軟件分時(shí)控制系統(tǒng)所不能達(dá)到的控速精度。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)新穎，動(dòng)態(tài)調(diào)強(qiáng)模式下實(shí)時(shí)性好，多葉光柵電機(jī)調(diào)速性能好等特點(diǎn)。
【IPC分類】G05B19/042
【公開(kāi)號(hào)】CN105467899
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201511032928
【發(fā)明人】李雅男, 蔣潔瓊, 曹瑞芬, 裴曦, 吳宜燦
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院
【公開(kāi)日】2016年4月6日
【申請(qǐng)日】2015年12月31日