本文關(guān)鍵詞：1.5T-MRI梯度功率放大器控制系統(tǒng)設(shè)計與關(guān)鍵技術(shù)分析

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【摘要】：磁共振成像(Magnetic resonance imaging,MRI)技術(shù)在醫(yī)學(xué)影像領(lǐng)域中處于重要的地位,并且應(yīng)用越來越廣泛。梯度功率放大器作為MRI設(shè)備的核心部件,主要為成像過程提供一個線性度高、可快速開關(guān)和切換的梯度磁場,其性能與成像質(zhì)量密切相關(guān)。由于我國的高場MRI設(shè)備的研發(fā)處于初步階段,梯度功率放大器還需要從國外進(jìn)口,研究高性能的梯度功率放大器對MRI設(shè)備國產(chǎn)化有很大的推動作用。本文在分析國內(nèi)市場的需求和梯度功率放大器的各項指標(biāo)后,提出了一種適用于1.5T超導(dǎo)MRI設(shè)備的梯度功率放大器控制系統(tǒng)設(shè)計方法。模塊化的將控制系統(tǒng)分為控制算法、采樣濾波、調(diào)制策略、通信四個模塊,分別介紹各個模塊的功能和設(shè)計方法,最后給出了具體實施方案。主要研究內(nèi)容如下:1、分析了梯度功率放大器的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工作原理。研究高場MRI梯度功率放大器控制系統(tǒng)的特點,結(jié)合設(shè)計指標(biāo)提出了1.5T-MRI梯度功率放大器控制系統(tǒng)設(shè)計總方案。2、硬件電路分為控制單元、采樣濾波、梯度預(yù)加重和通信電路接口四部分。主控芯片選用TMS320F28335,輸出脈寬可調(diào)的PWM波作為控制量。使用16位的多通道模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片ADS8556對梯度信號和反饋電流信號進(jìn)行同步采樣,巴特沃斯濾波器對信號進(jìn)行低通濾波。在梯度信號的調(diào)理電路中,加入了梯度預(yù)加重電路來抑制渦流。設(shè)計了控制芯片與底板之間的SPI通信接口電路。3、軟件系統(tǒng)包括控制算法、SPI通信、采樣時序、數(shù)字濾波、調(diào)制策略等。為了提高控制系統(tǒng)響應(yīng)速度和控制精度,分別對動態(tài)期和穩(wěn)定期設(shè)計不同的控制算法。在動態(tài)期使用模糊控制算法,提高了系統(tǒng)的響應(yīng)速度。在穩(wěn)定期采用改進(jìn)后的PID算法,提高了系統(tǒng)的控制精度�？刂齐娐放c上位機(jī)之間采用SPI方式進(jìn)行通信,便于PID參數(shù)的在線調(diào)整。完成了DSP讀取AD芯片采樣數(shù)據(jù)的方法設(shè)計和程序?qū)崿F(xiàn),并在模擬濾波的基礎(chǔ)上增加了數(shù)字濾波器。針對雙H橋放大電路,使用PWM移相技術(shù)減小梯度電流紋波。4、完成了1.5T-MRI梯度功率放大器控制系統(tǒng)的設(shè)計,對系統(tǒng)進(jìn)行功能測試和性能調(diào)試。用梯度功率放大器樣機(jī)做成像實驗,得到了水模的MRI圖像。
【關(guān)鍵詞】：1.5T-MRI梯度功率放大器 控制系統(tǒng)設(shè)計 DSP Fuzzy-PID切換控制
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN722.75;TP273
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 緒論10-14
• 1.1 選題背景和研究意義10-11
• 1.2 MRI梯度功率放大器的研究現(xiàn)狀11-13
• 1.3 本文的主要工作和結(jié)構(gòu)安排13-14
• 第二章 1.5T-MRI梯度功率放大器控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計14-24
• 2.1 梯度功率放大器控制系統(tǒng)工作原理15-16
• 2.2 高場MRI梯度功率放大器控制系統(tǒng)的特點16-18
• 2.3 1.5T-MRI梯度功率放大器控制系統(tǒng)需求分析18-20
• 2.4 1.5T-MRI梯度功率放大器控制系統(tǒng)整體方案20-23
• 2.4.1 硬件電路總方案21-22
• 2.4.2 軟件系統(tǒng)總方案22-23
• 2.5 本章小結(jié)23-24
• 第三章 1.5T-MRI梯度功率放大器控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計24-41
• 3.1 硬件電路整體結(jié)構(gòu)設(shè)計24-26
• 3.2 梯度信號預(yù)加重電路設(shè)計26-31
• 3.3 信號采樣電路設(shè)計31-34
• 3.4 低通濾波電路設(shè)計34-38
• 3.5 SPI通信電路設(shè)計38-40
• 3.6 本章小結(jié)40-41
• 第四章 1.5T-MRI梯度功率放大器控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計41-61
• 4.1 采樣模塊設(shè)計41-44
• 4.1.1 低通數(shù)字濾波器設(shè)計41-43
• 4.1.2 ADS8556采樣控制43-44
• 4.2 PWM波控制策略44-49
• 4.2.1 梯度功率放大器中的IGBT器件特性分析45-46
• 4.2.2 雙H橋的PWM移相控制46-49
• 4.3 梯度功率放大器主控板與底板通信系統(tǒng)設(shè)計49-50
• 4.4 控制系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)分析50-60
• 4.4.1 系統(tǒng)的動態(tài)和穩(wěn)態(tài)過程分析50-52
• 4.4.2 Fuzzy-PID動態(tài)切換控制算法52-60
• 4.4.2.1 動態(tài)過程中的Fuzzy控制算法55-58
• 4.4.2.2 穩(wěn)態(tài)過程中的PID控制算法58-60
• 4.5 本章小結(jié)60-61
• 第五章 1.5T-MRI梯度功率放大器控制系統(tǒng)測試與分析61-70
• 5.1 控制系統(tǒng)的功能測試62-65
• 5.2 控制系統(tǒng)的性能測試和分析65-68
• 5.3 本章小結(jié)68-70
• 第六章 全文總結(jié)與展望70-72
• 6.1 全文總結(jié)70-71
• 6.2 展望71-72
• 致謝72-73
• 參考文獻(xiàn)73-76
• 附錄76-79

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：1080167