一種同步實時多葉光柵控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種同步實時多葉光柵控制系統(tǒng)，特別是多葉光柵動態(tài)調(diào)強模式中多路電機運動同步協(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)中實現(xiàn)適形和調(diào)強功能，同步實時多葉光柵控制系統(tǒng)的作用是通過控制電機來實現(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，對多個葉片運動調(diào)節(jié)的實時性提出了很高的要求，電機控制單元之間的同步和協(xié)調(diào)問題是多葉光柵控制需要解決的問題。
[0003]近十年來，中國專利公開號為:CN 201576191U(2010)的專利申請文件中；中國專利公開號為:CN201741015U的專利申請文件中，所報道的技術(shù)方案，采用一個主控制單元、兩個或兩個以上的從控制單元，每個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;主控制單元與從控制單元采用RS485方式進(jìn)行通訊。主單片機負(fù)責(zé)與PC機進(jìn)行信息交互，通過串口將接收的信息下傳給多個從單片機，每個從單片機負(fù)責(zé)接收數(shù)據(jù)并執(zhí)行，分別控制各路電機的控制，這種控制系統(tǒng)可實現(xiàn)單個葉片位置和速度的控制，但受主從串口通信的時間限制，難以實現(xiàn)多個單片機的同步和協(xié)調(diào)工作，因此多路電機同步實時調(diào)速比較困難。
[0004]在國內(nèi)的論文刊物中“DMLC系統(tǒng)及數(shù)據(jù)傳輸設(shè)計與實現(xiàn)”；“電動多葉光柵控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)”，“基于Sliding Window的電動多葉光柵”；“電動多葉光柵葉片位置和速度的智能控制”等公開出版物所公開報道的技術(shù)方案中，采用通信和控制DSP&FPGA實現(xiàn)電機控制。通信FPAG實現(xiàn)PC命令讀取、加速器門禁信號讀取、數(shù)據(jù)下傳，并做好與其它模塊的接口。通信DSP對通信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?？刂艱SP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)的運動命令，動態(tài)調(diào)整電機運動過程中的速度PID值，并向通信DSP發(fā)送運動過程中的狀態(tài)參數(shù)?？刂艶PGA實現(xiàn)對各路電機的控制并采樣電機信號反饋給控制DSP。該系統(tǒng)特點是采用CPU較多，采用運算速度快的DSP來提高計算和通信效率，每個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，各路電機的調(diào)速和控制仍然是串行的，各路電機參數(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)存會影響控制的實時性。
[0005]由此可見，上述公開報道的技術(shù)方案或采用主從單片機控制模式，或采用通信和控制DSP&FPGA實現(xiàn)電機控制，其本質(zhì)上采用的是分時控制模式。與本發(fā)明申請的采用嵌入式FPGA為每一路電機配置單獨的驅(qū)動控制模塊實現(xiàn)多路電機同步協(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時多葉光柵控制系統(tǒng)，可實現(xiàn)多個電機運動同步和協(xié)調(diào)，具有較強控制實時性的優(yōu)勢。
[0007]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為:一種同步實時多葉光柵控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括PC機、控制器與電機，PC機與控制器進(jìn)行信息交互，控制器驅(qū)動控制電機進(jìn)而控制多葉光柵葉片的位置與速度;控制器具有一個通信板，兩個驅(qū)動板;所述控制器的通信板與PC機進(jìn)行信息交互及數(shù)據(jù)下傳，兩個驅(qū)動板接收通信板下發(fā)數(shù)據(jù)，并實現(xiàn)多路電機運動的同步協(xié)調(diào)。
[0008]其中，所述驅(qū)動板采用CPU軟核和多個IP硬核的模式來控制電機，每個IP硬核作為每一路電機的驅(qū)動控制模塊，實現(xiàn)電機的速度運算與實時調(diào)節(jié)。
[0009]其中，所述驅(qū)動板的多個IP硬核，每個硬核功能相同，每個硬核使用硬件數(shù)字電路方式實現(xiàn)，可分別對每一路電機進(jìn)行運動調(diào)節(jié)，因此電機速度控制的實時性極高，可實現(xiàn)多路電機運動的同步協(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)動板采用多個相同IP硬核作為每一路電機驅(qū)動控制模塊處理每個電機的運動，每個IP硬核可同步獨立工作，解決多葉光柵多路電機同步和協(xié)調(diào)工作難的問題，該系統(tǒng)具有較強控制實時性的優(yōu)勢，可以達(dá)到普通單片機或DSP等軟件分時控制系統(tǒng)所不能達(dá)到的控速精度。
【附圖說明】
[0011]圖1為本發(fā)明一種同步實時多葉光柵控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012]圖2為同步實時多葉光柵控制系統(tǒng)的功能示意圖。
【具體實施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明的實施方式進(jìn)行進(jìn)一步描述:
[0014]參考圖1所示，本發(fā)明公開了一種同步實時多葉光柵的控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)由PC機1、控制器2與電機3組成。PC機1通過人機交換界面和串口實現(xiàn)命令的下傳，并接收多葉光柵控制器2上傳的數(shù)據(jù)。同步實時多葉光柵控制器2包括一個通信板4和兩個驅(qū)動板5，通信板4采用Xilinx的FPGA作為核心CPU實現(xiàn)與PC機1的信息交互、數(shù)據(jù)解析，并將數(shù)據(jù)下傳給兩個驅(qū)動板5。兩個驅(qū)動板5分別采用一個Xilinx的嵌入式FPGA作為核心CPU實現(xiàn)數(shù)據(jù)接收、電機的驅(qū)動和控制。
[0015]通信板4采用Xilinx的SPARTAN6系列的FPGA芯片作為核心CPU，通過RS422與PC機進(jìn)行通信。FPGA采用定制的Microblaze CPU軟核實現(xiàn)PC機1命令接收、數(shù)據(jù)解析，并下發(fā)給兩個驅(qū)動板5，同時匯集兩個驅(qū)動板5的電機狀態(tài)和葉片位置數(shù)據(jù)，上報給PC機1。驅(qū)動板5采用Xilinx的SPARTAN6系列的FPGA芯片作為核心CPU，采用Microblaze軟核6實現(xiàn)大部分功能，將30路電機的控制引腳配置到Microblaze軟核6，并在Microblaze軟核6配置基礎(chǔ)上，加入30路電機控制的IP硬核7，MicroblaZe軟核6實現(xiàn)與通信板的命令、數(shù)據(jù)的交互，并獲取IP硬核7檢測到的電機工作狀態(tài)，根據(jù)當(dāng)前工作狀態(tài)，控制電機目標(biāo)運行速度。每一個IP硬核7可作為一路電機的驅(qū)動控制模塊，實現(xiàn)多路電機速度的采集與控制。
【主權(quán)項】
1.一種同步實時多葉光柵控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括PC機(1)、控制器(2)與電機(3)，PC機(1)與控制器(2)進(jìn)行信息交互，控制器(2)驅(qū)動控制電機(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)具有一個通信板(4)，兩個驅(qū)動板(5);所述控制器的通信板(4)與PC機(1)進(jìn)行信息交互及數(shù)據(jù)下傳，兩個驅(qū)動板(5)接收通信板(4)下發(fā)數(shù)據(jù)，并實現(xiàn)多路電機(3)運動的同步協(xié)調(diào)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的同步實時多葉光柵控制系統(tǒng)，其特征在于:所述驅(qū)動板(5)，采用CPU軟核(6)和多個IP硬核(7)的模式來控制電機(3)，每個IP硬核(7)作為每一路電機(3)的驅(qū)動控制模塊，實現(xiàn)電機(3)的速度運算與實時調(diào)節(jié)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的同步實時多葉光柵控制系統(tǒng)，其特征在于:所述驅(qū)動板(5)的多個IP硬核(7)，每個硬核(7)功能相同，每個硬核(7)使用硬件數(shù)字電路方式實現(xiàn)，可分別對每一路電機(3)進(jìn)行運動調(diào)節(jié)，因此電機速度控制的實時性極高，可實現(xiàn)多路電機運動的同步協(xié)調(diào)。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種同步實時多葉光柵控制系統(tǒng)，特別是用于多葉光柵動態(tài)調(diào)強模式中電機運動同步協(xié)調(diào)的控制系統(tǒng)，同步實時多葉光柵控制系統(tǒng)由PC機(1)、控制器(2)與電機(3)組成。本發(fā)明可以解決多葉光柵動態(tài)調(diào)強模式中多個電機調(diào)速同步和協(xié)調(diào)工作難的問題。本發(fā)明中控制器具有一個通信板(4)，兩個電機驅(qū)動板(5)，兩個驅(qū)動板(5)均采用CPU軟核(6)和多個IP硬核(7)的模式控制電機運動，每個IP硬核(7)作為每一路電機的控制模塊，純粹使用硬件時序邏輯實現(xiàn)，具有較強控制實時性的優(yōu)勢，可以達(dá)到普通單片機或DSP等軟件分時控制系統(tǒng)所不能達(dá)到的控速精度。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)新穎，動態(tài)調(diào)強模式下實時性好，多葉光柵電機調(diào)速性能好等特點。
【IPC分類】G05B19/042
【公開號】CN105467899
【申請?zhí)枴緾N201511032928
【發(fā)明人】李雅男, 蔣潔瓊, 曹瑞芬, 裴曦, 吳宜燦
【申請人】中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院
【公開日】2016年4月6日
【申請日】2015年12月31日