伺服控制器为医疗影像系统提供性能优势 - 科尔摩根.pdf

伺服控制器为医疗影像系统 提供性能优势 Lee Stephens ，资深运动控制工程师 科尔摩根 400 666 1802 sales.china@ 近年来，医疗影像技术飞速发展，影像系统产生图像的速度 以及图像的解析度都有相应的提升。由于医疗影像技术的进 步，完成扫描所需时间和生成影像的质量的限制因素已经不 再是影像技术，而是运动控制系统。因此，医疗影像设备的 原始设备制造商 (OEM) 开始寻求用于定位扫描架的传统的交 流感应电机的替代方案。 伺服电机比感应电机定位更迅速和精确。但是，由于医疗扫 伺服技术的进步使伺服系统比感 描架产生的惯性载荷较高，因此以前伺服电机很难在此种应 应传动系统定位更快更精确。医 疗影像原始设备制造商 (OEM) 可 用下工作。但是最近，采用数字双二次滤波器的新一代驱动 以提供扫描更快速和产生影像质 技术使伺服电机能够按照高达1000:1的惯性荷载成功地应用 量更高的设备。 到扫描架，同时解决了相关的共振难题。因此，运动更加精 确，加速和减速更迅速，产生更高的生产能力和更清晰的影 像。 感应电机与伺服电机 开环和闭环交流感应电机已经主导了影像设备扫描架定位市 场，这些影像设备包括计算机断层扫描设备 (CT) ，电子发射 断层扫描-计算机断层扫描设备 (PET-CT) 和X光机等。交流感应 电机的高惯性减少了电机和载荷之间的不匹配。但是，由于 医疗设备制造商想要提高设备的生产能力和影像质量，他们 通常受到这类电机固有的性能局限性的限制。 配备双二次滤波器的伺服系统 在许多需要快速和精确定位的应用领域，感应电机已经被永 在扫描架应用方面具有显著优 磁式伺服电机取代，后者可以提供极高的峰值转矩和连续转 势。这类伺服系统可以提供更 精确的传动以及更快的加速和 矩，从而产生较高的加速率和减速率，显著提高精密定位系 减速，因此与感应传动相比， 统的性能。这类电机的主要优势是转矩与输入电流成正比， 生产能力得到提高，所产生的 同时速度与输入电压相关。 影像也更清晰。 低惯性结构是许多永磁式伺服电机的固有设计。因此，需要考虑扫描架的高惯性载荷与伺服电 机的低载荷之间的较大不匹配比。伺服电机控制系统可以经过整定以应对惯性不匹配的情况， 但是一旦整定后，由于惯性载荷增加或减少，伺服电机响应性能下降。对于大多数医疗应用， 载荷很少变化；但是这些装置中通常使用的皮带传动导致电机和载荷之间产生相容性或空转问 题，进而改变反射惯性。 优化控制系统 为了使伺服系统有效地运转，需要整定伺服放大器以 m 优化系统的响应性能。提高系统的响应性能通常需要 提高增益。但是，增益过大将导致不稳定，有时会无 法控制振动。因此，系统整定的目标是获得最大响应 性同时尽量减少不稳定性。就电机接受速度整定指令 而言，不稳定性会导致动作过头。 通过特定系数在900 Hz点产生节点函数， 例如，提高控制系统的惯性值可能导致电机过度执行 900 Hz 的频率可以显著减少。该图显示进 指令。一方面，随着惯性的增加，不稳定性的频率降 入滤波器的900 Hz输入频率，由于陷波滤 低并且需要更长的校正时间。另一方面，随着惯性相 波器的作用，滤波器输出振幅明显降低。 对于给定整定值的增加，电机变得不稳