CN103771280A

CN103771280A - 锥形转轮的调速控制方法及装置、以及医疗设备

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Publication number: CN103771280A
Application number: CN201210394032.5A
Authority: CN
Inventors: 钱士坤; 王云平; 俞峰
Original assignee: Siemens Shanghai Medical Equipment Ltd
Current assignee: Siemens Shanghai Medical Equipment Ltd
Priority date: 2012-10-17
Filing date: 2012-10-17
Publication date: 2014-05-07
Anticipated expiration: 2032-10-17
Also published as: CN103771280B

Abstract

本发明公开了一种锥形转轮的调速控制方法及装置。其中，方法包括：将锥形转轮沿旋转轴方向划分为复数个子段，并计算每个子段相对于选定的参考子段的速度变化系数；建立各子段、各子段的速度变化系数以及绕在所述锥形转轮上的悬吊绳垂下的各位置值的对应关系；规划使悬吊绳满足平滑运行要求的悬吊速度曲线；在开始运行及运行过程中的每个控制周期，确定与悬吊绳垂下的位置对应的当前子段，以及确定所述悬吊速度曲线上的当前速度值；根据所述对应关系确定所述当前子段的速度变化系数；根据所述当前速度值及所述当前子段的速度变化系数，确定锥形转轮的当前待驱动转速。本发明所公开的技术方案，能够使悬吊端的运行速度平缓。

Description

锥形转轮的调速控制方法及装置、以及医疗设备

技术领域

本发明涉及设备控制技术领域，特别是一种锥形转轮的调速控制方法及装置，以及一种医疗设备。

背景技术

在许多需要悬吊物体进行升降运动的应用中，如各种流水生产线，又如需要悬吊球管和束光器进行升降运动的X光机等，通常都会用到弹簧平衡器。弹簧平衡器内的转轮上绕有悬吊绳（例如钢丝绳），悬吊绳的自由端，即悬吊端，用于与待悬吊的物体（简称悬吊物体）相连。弹簧平衡器主要利用其内部卷簧积蓄的能量使悬吊绳的拉力与所悬吊的物体的重力相互抵消，使物体处于失重状态。这样，弹簧平衡器内的转轮在电机的驱动下进行正反转时，其上的悬吊绳便可以带动悬吊的物体进行升降运动。

在有些应用中，弹簧平衡器内的转轮为纵切面呈梯形的锥形结构，如图1中所示的一种X光机的弹簧平衡器转轮。在采用这种锥形结构并且电机在匀速运转时，如果不进行良好的控制，悬吊端的速度将不再匀速。并且，锥形斜度越大导致锥形两端悬吊绳的速度差越大，因此在加速启动和减速停止时会造成悬吊端的顿挫感或者滑行距离过长等。

发明内容

有鉴于此，本发明的实施例一方面提出了一种锥形转轮的调速控制方法，另一方面提出了一种锥形转轮的调速控制装置，用以使悬吊端的运行速度平缓。

根据本发明的一个实施例，提供了一种锥形转轮的调速控制方法，包括：

在开始运行及运行过程中的每个控制周期，确定与悬吊绳垂下的位置对应的当前子段，以及确定所述一悬吊速度曲线上的当前速度值，其中，所述子段沿锥形转轮的旋转轴方向划分；

根据各子段、各子段的速度变化系数以及绕在所述锥形转轮上的悬吊绳垂下的各位置值的对应关系，确定所述当前子段的速度变化系数；

根据所述当前速度值及所述当前子段的速度变化系数，确定锥形转轮的当前待驱动转速。

可选地，该方法还包括：

将锥形转轮沿旋转轴方向划分为复数个子段，并计算每个子段相对于选定的参考子段的速度变化系数；

建立各子段、各子段的速度变化系数以及绕在所述锥形转轮上的悬吊绳垂下的各位置值的对应关系；

规划使悬吊绳满足平滑运行要求的悬吊速度曲线。

可选地，该方法进一步包括：根据所述锥形转轮的当前待驱动转速、及电机与锥形转轮之间的传动比，确定电机的当前驱动速度。

可选地，按照每个软件扫描周期对应一个子段的原则划分所述子段。

可选地，按照如下公式计算每个子段相对于具有最大半径的子段的速度变化系数f_m：

f_m＝ω_m/ω_ref＝R_ref/R_m，其中，m=1,2，…，N，N为划分的子段总数；ω_ref为选定的参考子段的角速度，ω_m为第m子段的角速度，R_ref为选定的参考子段的半径，R_m为第m子段的半径。

可选地，所述规划使悬吊绳平滑运行的悬吊速度曲线包括：

规划包括加速段、恒速段和减速段的满速悬吊速度曲线；

其中，加速段包括加速度从零增大到恒定加速度的加速度增大段、加速度恒定段和加速度由恒定加速度减小到零的加速度减小段；规划所述满速悬吊速度曲线的减速段包括减速度从零增大到恒定减速度的减速度增大段、减速度恒定段和减速度由恒定减速度减小到零的减速度减小段。

根据一种实施方式，所述满速悬吊速度曲线为：

v (n) = v (n - 1) + A (n) t, A (n) t = \{\begin{matrix} a_{1} nt, & 0 \leq n \leq N_{1} \\ a_{1} N_{1} t, & N_{1} < n \leq N_{2} \\ a_{1} N_{1} t - a_{2} (n - N_{2}) t, & N_{2} < n \leq N_{3} \\ 0, & N_{3} < n \leq N_{x} \\ - a_{3} (n - N_{x}) t, & N_{x} < n \leq N_{x} + N^{'} \\ - a_{3} N^{'} t, & N_{x} + N^{'} < n \leq N_{x} + N^{''} \\ - a_{3} N^{'} t + a_{4} (n - N_{x} - N^{''}) t, & N_{x} + N^{''} < n {\leq N}_{x} + N^{'''} \end{matrix};

其中，v(n)为当前控制周期的悬吊速度，v(n-1)为上一个控制周期的悬吊速度，A(n)t为当前控制周期的矢量加速度，t为控制周期时间，n为当前运行过程中的控制周期数；N₃为整个加速段的控制周期数，N₁为加速段中加速度增大段的控制周期数，N₂-N₁为加速段中加速度恒定段的控制周期数，N₃-N₂为加速段中加速度减小段的控制周期数；a₁为加速段的递增加速度常数，a₂为加速段的递减加速度常数；N_x为从恒速段开始减速时的控制周期数，N′为减速段中减速度增大段的控制周期数，N″为减速段中减速度恒定段的控制周期数，N″′为减速段中减速度减小段的控制周期数；a₃为减速段的递增减速度常数，a₄为减速段的递减减速度常数。

可选地，所述规划使悬吊平滑运行的悬吊速度曲线进一步包括：

规划在加速段接收到减速停止指令时的第一分支悬吊速度曲线，所述第一分支悬吊速度曲线包括：以当前加速度值为基点，减小加速度至0，再以运行过的各加速度值依次作为减速度值减速至0；和/或，

规划在减速段接收到加速指令时的第二分支悬吊速度曲线，所述第二分支悬吊速度曲线包括：以当前减速度值为基点，减小减速度至0，再以运行过的各减速度值依次作为加速度值加速至恒速。

在一种实施方式中，所述第一分支悬吊速度曲线包括：

v (n) = v (n - 1) + A (n) t, A (n) t = \{\begin{matrix} \{\begin{matrix} ant, & 0 \leq n \leq M \\ a (2 M - n) t, & M < N \leq 2 M \\ - a (4 M - n) t, & 2 M < N \leq 4 M \end{matrix} 0 < M \leq N_{1} \\ \{\begin{matrix} ant, & 0 \leq n \leq N_{1} \\ {aN}_{1} t, & N_{1} < n \leq M \\ a (M + N_{1} + 1 - n) t, & M < n \leq M + N_{1} + 1 \\ - a (2 M + 2 N_{1} + 2 - n) t, & M + N_{1} + 1 < n \leq 2 (M + N_{1} + 1) \end{matrix} N_{1} < M \leq N_{2} \\ \{\begin{matrix} ant, & 0 \leq n \leq N_{1} \\ a N_{1} t, & N_{1} < n \leq N_{2} \\ a N_{1} t - a (n - N_{2}) t, & N_{2} < n \leq N_{3} \\ - a (n - N_{3}) t, & N_{3} < n \leq 2 N_{3} - N_{2} \\ - a N_{1 t}, & 2 N_{3} - N_{2} < n \leq 2 N_{3} - N_{1} \\ - a N_{1} t + a (n - 2 N_{3} + N_{1}) t, & 2 N_{3} - N_{1} < n \leq 2 N_{3} \end{matrix} N_{2} < M \leq N_{3} \end{matrix}

所述第二分支悬吊速度曲线包括：

v (n) = v (n - 1) + A (n) t, A (n) t = \{\begin{matrix} \{\begin{matrix} ant, & 0 \leq n \leq N_{1} \\ a N_{1} t, & N_{1} < n \leq N_{2} \\ a N_{1} t - a (n - N_{2}) t, & N_{2} < n \leq N_{3} \\ 0 & N_{3} < n \leq N_{x} \\ - a (n - N_{x}) t, & N_{x} < n \leq M \\ - a (2 M - n) t & M < n \leq 2 M - N_{x} \\ a (4 M - N_{x} - n) t & 2 M - N_{x} < n \leq 4 M - N_{x} \end{matrix} N_{x} < M \leq N_{x} + N^{'} \\ \{\begin{matrix} ant, & 0 \leq n \leq N_{1} \\ a N_{1} t, & N_{1} < n \leq N_{2} \\ a N_{1} t - a (n - N_{2}) t, & N_{2} < n \leq N_{3} \\ 0 & N_{3} < n {\leq N}_{x} \\ - a (n - N_{x}) nt, & N_{x} < n \leq N_{x} + N^{'} \\ - a N_{1} t, & N_{x} + N^{'} < n \leq M \\ - a (M + N_{1} + 1 - n) t, & M < n \leq M + N_{1} - N_{x} + 1 \\ a (2 M + 2 N_{1} - 2 N_{X} + 2 - n) t, & M + N_{1} - N_{x} + 1 < n \leq 2 (M + N_{1} - N_{x} + 1) - N_{x} \end{matrix} N_{x} + N^{'} < M \leq \\ \{\begin{matrix} ant, & 0 \leq n \leq N_{1} \\ a N_{1} t, & N_{1} < n \leq N_{2} \\ a N_{1} t - a (n - N_{2}) t, & N_{2} < n \leq N_{3} \\ 0 & N_{3} < n \leq N_{x} \\ - a (n - N_{x}) nt, & N_{x} < n \leq N_{x} + N^{'} \\ - a N_{1} t, & N_{x} + N^{'} < n \leq N_{x} + N^{''} \\ - a N_{1} t + a (n - N_{x} - N_{3} + N_{1}) t, & N_{x} + N^{''} < n \leq 2 N_{x} - N_{1} \end{matrix} N_{x} + N^{''} < M \leq N_{x} + N^{'''} \end{matrix} N_{x} + N^{''}

其中，v(n)为当前控制周期的悬吊速度，v(n-1)为上一个控制周期的悬吊速度，A(n)t为当前控制周期的矢量加速度，t为控制周期时间，n为当前运行过程中的控制周期数；N₃为整个加速段的控制周期数，N₁为加速段中加速度增大段的控制周期数，N₂-N₁为加速段中加速度恒定段的控制周期数，N₃-N₂为加速段中加速度减小段的控制周期数；a为加速段的加速度常数；N_x为从恒速段开始减速时的控制周期数，N′为减速段中减速度增大段的控制周期数，N″为减速段中减速度恒定段的控制周期数，N″′为减速段中减速度减小段的控制周期数，M为在加速段或减速段开始减速时的控制周期数。

可选地，所述规划使悬吊平滑运行的悬吊速度曲线进一步包括：规划第三分支悬吊速度曲线，所述第三分支悬吊速度曲线包括：在悬吊绳到达极限位置前的设定距离内，或到达极限位置前的设定控制周期数内，或到达目标位置前的设定距离内，或到达目标位置前的设定控制周期数内时，减速运行至设定低速后，以所述设定低速匀速运行，并在达到所述极限位置或目标位置时停止。

可选地，该方法进一步包括：在运行过程中的每个控制周期，根据所述对应关系确定所述当前子段对应的悬吊绳垂下的位置值，根据所述位置值判断悬吊绳是否达到极限位置前的设定距离内，或达到极限位置前设定控制周期数内，或达到目标位置前的设定距离内，或达到目标位置前的设定控制周期数内。

可选地，所述在开始运行时确定与悬吊绳垂下的位置对应的当前子段包括：获取悬吊端的绝对位置传感器测量的悬吊绳垂下的绝对位置值，根据所述绝对位置值及所述对应关系，确定与悬吊绳垂下的位置对应的当前子段。

可选地，所述在运行过程中的每个控制周期确定与悬吊绳垂下的位置对应的当前子段包括：将开始运行时确定的与悬吊绳垂下的位置对应的当前子段作为本次运行的初始子段；根据开始运行后电机端的增量编码器测量的增量值确定锥形转轮的新增子段数；将所述初始子段与所述新增子段数相加得到当前子段。

根据本发明另一实施例，提供了一种锥形转轮的调速控制装置，包括：

一个存储模块，用于存储各子段、各子段的速度变化系数以及绕在所述锥形转轮上的悬吊绳垂下的各位置值的对应关系，其中所述子段沿锥形转轮的旋转轴方向划分；以及存储预先规划的使悬吊绳满足平滑运行要求的悬吊速度曲线；

一个安装在悬吊端的绝对位置传感器，用于测量悬吊绳垂下的绝对位置值；

一个安装在电机侧的增量编码器，用于在运行过程中输出增量值；

一个初始位置确定模块，用于在开始运行时，根据所述绝对位置传感器测量到的绝对位置值及所述存储模块中存储的对应关系，确定与悬吊绳垂下的位置对应的锥形转轮的当前子段；

一个运行位置确定模块，用于在运行过程中的每个控制周期根据所述增量编码器测量的增量值确定锥形转轮的新增子段数，将所述新增子段数与开始运行时确定的锥形转轮的子段相加，得到与悬吊绳垂下的位置对应的当前子段；

一个速度变化系数确定模块，用于根据所述存储模块中存储的对应关系确定所述当前子段的速度变化系数；

一个速度值确定模块，用于在开始运行及运行过程中根据所述存储模块中的悬吊速度曲线确定所述悬吊速度曲线上的当前速度值；

一个驱动速度确定模块，用于根据所述速度值确定模块确定的当前速度值及所述速度变化系数确定模块确定的当前子段的速度变化系数，确定锥形转轮的当前待驱动转速。

可选地，该装置进一步包括：一个速度变化系数计算模块，用于计算将锥形转轮沿旋转轴方向划分为复数个子段后，每个子段相对于选定的参考子段的速度变化系数；

可选地，所述驱动速度确定模块进一步用于根据所述锥形转轮的当前待驱动转速，及电机与锥形转轮之间的传动比，确定电机的当前驱动速度。

根据本发明的再一实施例，还提供了一种医疗设备，包括上述任意一种锥形转轮的调速控制装置。

从上述方案中可以看出，由于本发明中预先规划了使悬吊绳平滑运行的悬吊速度曲线，并且将锥形转轮划分为多个子段并计算各子段的速度变化系数，开始运行时或运行过程中按照悬吊速度曲线确定悬吊绳的当前预期速度值以及悬吊绳垂下的锥形转轮子段的速度变化系数可得到电机的相应驱动速度，进而通过对电机的驱动速度进行控制，可使得悬吊绳按照规划的悬吊速度曲线运行，从而实现了悬吊绳的平滑运行。

此外，通过规划悬吊绳各种可能的速度曲线，可以使实现过程更加灵活。通过将加速段和减速段设置为S形的速度曲线，可以使悬吊绳的运行更加平滑。

附图说明

下面将通过参照附图详细描述本发明的优选实施例，使本领域的普通技术人员更清楚本发明的上述及其它特征和优点，附图中：

图1为一种X光机的弹簧平衡器转轮的结构示意图。

图2为本发明实施例中锥形转轮的调速控制方法的示例性流程图。

图3a和图3b为本发明实施例中锥形转轮的子段划分示意图。

图4为本发明实施例中满速悬吊速度曲线的加/减速度曲线示意图。

图5为本发明实施例中满速悬吊速度曲线的一个示例图。

图6为本发明实施例中基于图5所示满速悬吊速度曲线的第一分支悬吊速度曲线的一个示例图。

图7为本发明实施例中基于图5所示满速悬吊速度曲线的第二分支悬吊速度曲线的一个示例图。

图8为本发明实施例中基于图5所示满速悬吊速度曲线的第三分支悬吊速度曲线的一个示例图。

图9为本发明实施例中速度变化曲线的一个示例图。

图10为本发明实施例中的电机驱动速度曲线的一个示例图。

图11为本发明实施例中锥形转轮的调速控制装置的示例性结构图。

其中，附图标记如下：

201-划分锥形转轮子段，计算每个子段的速度变化系数

202-建立子段、速度变化系数以及悬吊绳垂下的位置值的对应关系

203-规划使悬吊绳平滑运行的悬吊速度曲线

204-在开始运行及运行过程中确定当前子段以及当前速度值

205-根据所述对应关系确定当前子段的速度变化系数

206-根据当前速度值及当前子段的速度变化系数，确定电机的当前驱动速度

1101-速度变化系数计算模块 1102-存储模块

1103-绝对位置传感器 1104-增量编码器

1105-初始位置确定模块 1106-运行位置确定模块

1107-速度变化系数确定模块 1108-速度值确定模块

1109-驱动速度确定模块

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下举实施例对本发明进一步详细说明。

图2为本发明实施例中锥形转轮的调速控制方法的示例性流程图。如图2所示，该方法包括如下步骤：

步骤201，将锥形转轮沿旋转轴方向划分为复数个子段，并计算每个子段相对于选定的参考子段的速度变化系数。

图3a和图3b示出了锥形转轮的子段划分示意图。具体划分时，可根据精度需要进行划分。例如，可按照每个软件扫描周期对应一个子段的原则，将锥形转轮沿旋转轴方向均匀划分为若干个子段。其中，软件扫描周期指的是设定的计算机执行扫描程序的时间周期（如50ms等)。

其中，理论上可以根据需要选取任意一个子段作为参考子段。例如，可以选取具有最大半径的子段作为参考子段，也可以选取具有最小半径的子段作为参考子段，还可以选取中间位置的子段作为参考子段等。

相应地，每个子段相对于选定的参考子段的速度变化系数可以按照公式f_m=ω_m/ω_ref=R_ref/R_m计算。其中，m=1,2，…，N，N为划分的子段总数；ω_ref为选定的参考子段的角速度，ω_m为第m子段的角速度，R_ref为选定的参考子段的半径，R_m为第m子段的半径。

下面以选取具有最大半径的子段作为参考子段的情况为例，给出一个计算速度变化系数的示例，记线速度v、角速度ω、子段数m、两子段间的半径差ΔR、软件扫描周期的时间T，且设曳引钢丝绳绕线理想无倾角：

R_max：v=2πR_max/T_max，T_max=2πR_max/v，ω_max=1T_max=v2πR_max；

R₁：v=2πR₁/T₁，T₁=2πR₁/v，ω₁=1T₁=v2πR₁=v2π(R_max-ΔR)；

R₂：v=2πR₂/T₂，T₂=2πR₂/v，ω₂=1T2=v2πR₂=v2π(R_max-2ΔR)；…

R_m：v=2πR_m/T_m，T_m=2πR_m/v，ω_m=1T_m=v2πR_m=v2π(R_max-mΔR)；…

若设全程线速度v相同，则可得出速度变化系数f_m为：

f_m=ω_m/ω_max=R_max/R_m=R_max/(R_max-mΔR)

由于曳引钢丝绳绕线有倾角α，因此实际速度则会提高f=1/cosα。

其中，R_max为最大半径，T_max为具有最大半径的子段旋转一周所需要的时间，ω_m为具有最大半径的子段的角速度；R₁，R₂，…，R_m，…为各个子段的半径；ΔR为相邻两个子段之间的半径差。

步骤202，建立锥形转轮各子段、各子段的速度变化系数以及绕在所述锥形转轮上的悬吊绳垂下的各位置值的对应关系。

该对应关系可存储在一存储器中。

步骤203，规划使悬吊绳满足平滑运行要求的悬吊速度曲线。

悬吊端的运行过程一般包括：启动时的加速运行过程、加速到预定速度后的匀速运行过程、以及停止时的减速运行过程。为此，本实施例中，可首先规划一条包括加速段、恒速段和减速段的满速悬吊速度曲线。该曲线相当于在匀速运行过程中接收到减速停止指令，并进行减速停止。

为了使悬吊绳能够平滑运行，即减少悬吊绳的顿挫感或滑行距离过长等现象，并尽量使其在匀速段保持匀速运行等，本实施例中可将加速段和减速段分开成若干段，例如，可规划加速段包括加速度从零增大到恒定加速度的加速度增大段、加速度保持不变的加速度恒定段和加速度由恒定加速度减小到零的加速度减小段；并且可规划减速段包括减速度从零增大到恒定减速度的减速度增大段、减速度保持不变的减速度恒定段和减速度由恒定减速度减小到零的减速度减小段。

例如，可规划如图4所示的满速悬吊速度曲线的加/减速度曲线，并得到如式(1)所示的满速悬吊速度曲线：

v (n) = v (n - 1) + A (n) t, A (n) t = \{\begin{matrix} a_{1} nt, & 0 \leq n \leq N_{1} \\ a_{1} N_{1} t, & N_{1} < n \leq N_{2} \\ a_{1} N_{1} t - a_{2} (n - N_{2}) t, & N_{2} < n \leq N_{3} \\ 0, & N_{3} < n \leq N_{x} \\ - a_{3} (n - N_{x}) t, & N_{x} < n \leq N_{x} + N^{'} \\ - a_{3} N^{'} t, & N_{x} + N^{'} < n \leq N_{x} + N^{''} \\ - a_{3} N^{'} t + a_{4} (n - N_{x} - N^{''}) t, & N_{x} + N^{''} < n {\leq N}_{x} + N^{'''} \end{matrix} - - - (1)

其中，a₁、a₂、a₃、a₄、N₁、N₂、N₃、N′、N″、N″′为预先设定的值，N_x为在恒速段接收到减速指令后记录的当前控制周期数。

基于上述满速悬吊速度曲线，可使悬吊端从零速启动时首先增大加速度到恒定加速度，保持恒定加速度，由恒定加速度再减小加速度，加速到期限悬吊速度值；在减速停止时，从期限悬吊速度值通过增大减速度到恒定减速度，保持恒定减速度，由恒定减速度再减小减速度，减速到零停止。

图5中示出了满速悬吊速度曲线的一个示例。该示例中，以a₁=a₂=a₃=a₄，N₁=3，N₂=6，N₃=9，N_x=12，N_x+N′=15，N_x+N″=18，N_x+N″′=21为例。可见，该满速悬吊速度曲线在加速段和减速段均为S形曲线，该S形曲线可实现悬吊绳的平滑运行。

除了上述的满速悬吊速度曲线，也可能存在在上述加速段接收到减速停止指令的情况，为此，本实施例中，可进一步规划在满速悬吊速度曲线的加速段接收到减速停止指令时的第一分支悬吊速度曲线。为了使悬吊绳平滑运行，本实施例中，可规划在加速段接收到减速停止指令时，以当前加速度值为基点，减小加速度至0，再以运行过的各加速度值依次作为减速度值减速至0的第一分支悬吊速度曲线。

其中，在加速段的不同分段内接收到减速停止指令时，其相应的曲线也不同，下面以a₁=a₂=a₃=a₄，N₁=N₃-N₂的情况为例，给出本实施例中基于式(1)所示满速悬吊曲线的一个第一分支悬吊速度曲线的示例，该示例的曲线如式(2)所示：

v (n) = v (n - 1) + A (n) t, A (n) t = \{\begin{matrix} \{\begin{matrix} ant, & 0 \leq n \leq M \\ a (2 M - n) t, & M < N \leq 2 M \\ - a (4 M - n) t, & 2 M < N \leq 4 M \end{matrix} 0 < M \leq N_{1} \\ \{\begin{matrix} ant, & 0 \leq n \leq N_{1} \\ {aN}_{1} t, & N_{1} < n \leq M \\ a (M + N_{1} + 1 - n) t, & M < n \leq M + N_{1} + 1 \\ - a (2 M + 2 N_{1} + 2 - n) t, & M + N_{1} + 1 < n \leq 2 (M + N_{1} + 1) \end{matrix} N_{1} < M \leq N_{2} \\ \{\begin{matrix} ant, & 0 \leq n \leq N_{1} \\ a N_{1} t, & N_{1} < n \leq N_{2} \\ a N_{1} t - a (n - N_{2}) t, & N_{2} < n \leq N_{3} \\ - a (n - N_{3}) t, & N_{3} < n \leq 2 N_{3} - N_{2} \\ - a N_{1 t}, & 2 N_{3} - N_{2} < n \leq 2 N_{3} - N_{1} \\ - a N_{1} t + a (n - 2 N_{3} + N_{1}) t, & 2 N_{3} - N_{1} < n \leq 2 N_{3} \end{matrix} N_{2} < M \leq N_{3} \end{matrix} - - - (2)

其中，M为接收到减速停止指令时记录的当前控制周期数，即开始减速时的控制周期数。其中，0<M≤N₁对应的表达式表示在加速度增大段接收到减速停止指令时的第一分支悬吊速度曲线；N₁<M≤N₂对应的表达式表示在加速度恒定段接收到减速停止指令时的第一分支悬吊速度曲线；N₂<M≤N₃对应的表达式表示在加速度减小段接收到减速停止指令时的第一分支悬吊速度曲线。

其中，v(n)为当前控制周期的悬吊速度，v(n-1)为上一个控制周期的悬吊速度，A(n)t为当前控制周期的矢量加速度，t为控制周期时间，n为当前运行过程中的控制周期数；N₃为整个加速段的控制周期数，N₁为加速段中加速度增大段的控制周期数，N₂-N₁为加速段中加速度恒定段的控制周期数，N₃-N₂为加速段中加速度减小段的控制周期数；a为加速段的加速度常数。

图6中示出了基于图4所示满速悬吊速度曲线的第一分支悬吊速度曲线的一个示例。该示例中，以M=3为例。图5中满足：A[4]=A[2]；A[5]=A[1]；A[6]=A[0]；A[7]=-A[1]；A[8]=-A[2]；A[9]=-A[3]；A[10]=-A[2]；A[11]=-V[1]。可见，该第一分支悬吊速度曲线在加速段和减速段也为S形曲线，该S形曲线同样可实现悬吊绳的平滑运行。

此外，还可能存在在满速悬吊速度曲线的减速段接收到加速指令的情况，为此，本实施例中，可进一步规划在满速悬吊速度曲线的减速段接收到加速指令时的第二分支悬吊速度曲线。为了使悬吊绳平滑运行，本实施例中，可规划在减速段接收到加速指令时，以当前减速度值为基点，减小减速度至0，再以运行过的各减速度值依次作为加速度值加速至恒速的第二分支悬吊速度曲线。

其中，在减速段的不同分段内接收到加速指令时，其相应的曲线也不同，下面以a₁=a₂=a₃=a₄，N₁=N₃-N₂=N′=N″′-N″的情况为例，给出本实施例中基于式(1)所示满速悬吊曲线的一个第二分支悬吊速度曲线的示例，该示例的曲线如式(3)所示：

v (n) = v (n - 1) + A (n) t, A (n) t = \{\begin{matrix} \{\begin{matrix} ant, & 0 \leq n \leq N_{1} \\ a N_{1} t, & N_{1} < n \leq N_{2} \\ a N_{1} t - a (n - N_{2}) t, & N_{2} < n \leq N_{3} \\ 0 & N_{3} < n \leq N_{x} \\ - a (n - N_{x}) t, & N_{x} < n \leq M \\ - a (2 M - n) t & M < n \leq 2 M - N_{x} \\ a (4 M - N_{x} - n) t & 2 M - N_{x} < n \leq 4 M - N_{x} \end{matrix} N_{x} < M \leq N_{x} + N^{'} \\ \{\begin{matrix} ant, & 0 \leq n \leq N_{1} \\ a N_{1} t, & N_{1} < n \leq N_{2} \\ a N_{1} t - a (n - N_{2}) t, & N_{2} < n \leq N_{3} \\ 0 & N_{3} < n {\leq N}_{x} \\ - a (n - N_{x}) nt, & N_{x} < n \leq N_{x} + N^{'} \\ - a N_{1} t, & N_{x} + N^{'} < n \leq M \\ - a (M + N_{1} + 1 - n) t, & M < n \leq M + N_{1} - N_{x} + 1 \\ a (2 M + 2 N_{1} - 2 N_{X} + 2 - n) t, & M + N_{1} - N_{x} + 1 < n \leq 2 (M + N_{1} - N_{x} + 1) - N_{x} \end{matrix} N_{x} + N^{'} < M \leq \\ \{\begin{matrix} ant, & 0 \leq n \leq N_{1} \\ a N_{1} t, & N_{1} < n \leq N_{2} \\ a N_{1} t - a (n - N_{2}) t, & N_{2} < n \leq N_{3} \\ 0 & N_{3} < n \leq N_{x} \\ - a (n - N_{x}) nt, & N_{x} < n \leq N_{x} + N^{'} \\ - a N_{1} t, & N_{x} + N^{'} < n \leq N_{x} + N^{''} \\ - a N_{1} t + a (n - N_{x} - N_{3} + N_{1}) t, & N_{x} + N^{''} < n \leq 2 N_{x} - N_{1} \end{matrix} N_{x} + N^{''} < M \leq N_{x} + N^{'''} \end{matrix} N_{x} + N^{''} - - - (3)

其中，M为接收到减速停止指令时记录的当前控制周期数，即开始减速时的控制周期数。其中，N_x<M≤N_x+N′对应的表达式表示在减速度增大段接收到加速指令时的第一分支悬吊速度曲线；N_x+N′<M≤N_x+N″对应的表达式表示在减速度恒定段接收到加速指令时的第一分支悬吊速度曲线；N_x+N″<M≤N_x+N″′对应的表达式表示在减速度减小段接收到加速指令时的第一分支悬吊速度曲线。

其中，v(n)为当前控制周期的悬吊速度，v(n-1)为上一个控制周期的悬吊速度，A(n)t为当前控制周期的矢量加速度，t为控制周期时间，n为当前运行过程中的控制周期数；N₃为整个加速段的控制周期数，N₁为加速段中加速度增大段的控制周期数，N₂-N₁为加速段中加速度恒定段的控制周期数，N₃-N₂为加速段中加速度减小段的控制周期数；a为加速段的加速度常数；N_x为从恒速段开始减速时的控制周期数，N′为减速段中减速度增大段的控制周期数，N″为减速段中减速度恒定段的控制周期数，N″′为减速段中减速度减小段的控制周期数。

图7中示出了基于图4所示满速悬吊速度曲线的第二分支悬吊速度曲线的一个示例。该示例中，以M=14为例。图6中满足：A[15]=-A[1]；A[16]=A[0]；A[17]=A[1]；A[18]=A[2]；A[19]=A[1]；V[20]=A[0]。可见，该第一分支悬吊速度曲线在加速段和减速段也为S形曲线，该S形曲线同样可实现悬吊绳的平滑运行。

此外，悬吊绳可能在应用场景中具有至少一个极限位置，又或者设置了悬吊绳的目标位置，则本实施例中，可进一步规划第三分支悬吊速度曲线，即在悬吊绳到达极限位置或目标位置前的设定距离内，或悬吊绳到达极限位置或目标位置前的设定控制周期数内时，减速运行至设定低速后，以所述设定低速匀速运行，并在达到所述极限位置或目标位置时停止的第三分支悬吊速度曲线。

图8中示出了一个基于图4所示满速悬吊速度曲线的第三分支悬吊速度曲线的示例。该示例中，以设定的周期数为12的情况为例。

步骤204，在开始运行及运行过程中的每个控制周期，确定与悬吊绳垂下的位置对应的当前子段，以及确定所述悬吊速度曲线上的当前速度值。

其中，若按照每个软件扫描周期对应一个子段的原则，将锥形转轮沿旋转轴方向划分为复数个子段的话，则这里的一个控制周期便对应一个软件扫描周期。

本实施例中可在悬吊端安装一个绝对位置传感器，用于测量悬吊绳垂下的绝对位置值。此外，还可在电机侧安装一个增量编码器，用于在运行过程中输出增量值。则本步骤中，可在开始运行时，根据所述绝对位置传感器测量到的绝对位置值及步骤202中的所述对应关系，确定与悬吊绳垂下的位置对应的锥形转轮的当前子段。在运行过程中的每个控制周期可根据所述增量编码器测量的增量值确定锥形转轮的新增子段数，将所述新增子段数与开始运行时确定的锥形转轮的子段相加，得到与悬吊绳垂下的位置对应的锥形转轮的当前子段。

本实施例中，在开始运行时，可默认按照满速悬吊速度曲线确定悬吊速度曲线上的当前速度值，若在满速悬吊速度曲线的恒速段接收到减速停止指令，则可仍按照满速悬吊速度曲线确定当前速度值；若在满速悬吊速度曲线的加速段接收到减速停止指令，则可按照第一分支悬吊速度曲线确定当前速度值；若在满速悬吊速度曲线的减速段接收到加速指令，则可按照第二分支悬吊速度曲线确定当前速度值。

此外，本实施例中可进一步在未接到减速停止指令之前，确定当前子段后，根据步骤202中的所述对应关系，确定所述当前子段对应的悬吊绳垂下的位置值，根据所述位置值判断是否达到极限位置或目标位置前的设定距离或设定控制周期数内，如果是，则可按照第三分支悬吊速度曲线确定当前速度值。

步骤205，根据步骤202中的所述对应关系确定所述当前子段的速度变化系数。

步骤206，根据所述当前速度值及所述当前子段的速度变化系数，确定锥形转轮的当前待驱动转速。进一步地，可根据所述锥形转轮的当前待驱动转速，及电机与锥形转轮之间的传动比，确定电机的当前驱动速度。

假设确定的当前子段的速度变化系数为f_m，悬吊速度曲线上的当前速度值为v_n，则电机的当前驱动速度v_mn=v_n*f_m。

假设悬吊绳整个运行过程中的速度曲线满足图5所示的满速悬吊曲线，且假设悬吊绳整个运行过程中确定的锥形转轮各子段的速度变化系数满足图9所示的速度变化曲线示例图，则悬吊绳整个运行过程中输出给电机的驱动速度曲线则如图10中所示。可见，通过按照规划的使悬吊绳平滑运行的悬吊速度曲线及锥形转轮各子段的速度变化系数，可得到对电机的相应驱动速度，进而通过对电机的驱动速度进行控制，可使得悬吊绳按照规划的悬吊速度曲线运行，从而实现了悬吊绳的平滑运行。

之后，可利用该电机的当前驱动速度控制电机进行相应的速度驱动。具体控制过程可根据实际需要确定。例如，可直接将所确定的电机的当前驱动速度输出给电机驱动器；或者，也可根据增量编码器计算出电机的当前实际速度，将当前实际速度与步骤206中计算出的当前驱动速度进行比较，之后通过调整脉冲宽度调制（PWM）的占空比输出，来调整电机的驱动速度。

以上对本发明实施例中的锥形转轮的调速控制方法进行了详细描述，下面再对应用上述方法的一种锥形转轮的调速控制装置进行详细描述。

图11为本发明实施例中一种锥形转轮的调速控制装置的结构示意图。如图11所示，该装置包括：速度变化系数计算模块1101、存储模块1102、绝对位置传感器1103、增量编码器1104、初始位置确定模块1105、运行位置确定模块1106、速度变化系数确定模块1107、速度值确定模块1108和驱动速度确定模块1109。

其中，速度变化系数计算模块1101用于计算将锥形转轮纵向沿旋转轴方向划分为复数个子段后，每个子段相对于选定的参考子段的速度变化系数。

存储模块1102用于存储锥形转轮各子段、各子段的速度变化系数以及绕在所述锥形转轮上的悬吊绳垂下的各位置值的对应关系；以及存储预先规划的使悬吊绳满足平滑运行要求的悬吊速度曲线。

绝对位置传感器1103安装在悬吊端，用于测量悬吊绳垂下的绝对位置值。

增量编码器1104安装在电机侧，用于在运行过程中输出增量值。

初始位置确定模块1105用于在开始运行时，根据所述绝对位置传感器测量到的绝对位置值及所述存储模块中存储的对应关系，确定与悬吊绳垂下的位置对应的锥形转轮的当前子段。

运行位置确定模块1106用于在运行过程中的每个控制周期根据所述增量编码器测量的增量值确定锥形转轮的新增子段数，将所述新增子段数与开始运行时确定的锥形转轮的子段相加，得到与悬吊绳垂下的位置对应的锥形转轮的当前子段。

速度变化系数确定模块1107用于根据所述存储模块中存储的对应关系确定所述当前子段的速度变化系数。

速度值确定模块1108用于在开始运行及运行过程中根据所述存储模块中的悬吊速度曲线确定所述悬吊速度曲线上的当前速度值。

驱动速度确定模块1109用于根据所述速度值确定模块确定的当前速度值及所述速度变化系数确定模块确定的当前子段的速度变化系数，确定锥形转轮的当前待驱动转速。进一步地，可根据所述锥形转轮的当前待驱动转速，及电机与锥形转轮之间的传动比，确定电机的当前驱动速度。

之后，可利用该驱动速度确定模块1109确定的电机的当前驱动速度控制电机进行相应的速度驱动。具体控制过程可根据实际需要确定。例如，可直接将所确定的电机的当前驱动速度输出给电机驱动器；或者，也可根据增量编码器计算出电机的当前实际速度，将当前实际速度与步骤206中计算出的当前驱动速度进行比较，之后通过调整PWM的占空比输出，来调整电机的驱动速度。

上述各功能模块的具体操作过程可与图1所示方法中相应步骤的具体操作过程一致，此处不再一一赘述。

通过以上的实施例的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现上述实施例，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案可以全部或部分以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行上述实施例所述的方法。

本领域技术人员可以理解上述实例中的装置中的模块可以按照实施例描述分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。

基于上述各个实施例所提供的技术方案，这里还提出了一种机器可读的存储介质，存储用于使一机器执行如本文所述的锥形转轮的调速控制方法的指令。具体地，可以提供配有存储介质的系统或者装置，在该存储介质上存储着实现上述实施例中任一实现方式的功能的软件程序代码，且使该系统或者装置的计算机（或CPU或MPU）读出并执行存储在存储介质中的程序代码。

在这种情况下，从存储介质读取的程序代码本身可实现上述实例中任何一项实例的功能，因此程序代码和存储程序代码的存储介质构成了实现上述映射管理技术方案的一部分。

用于提供程序代码的存储介质实施例包括软盘、硬盘、磁光盘、光盘（如CD-ROM、CD-R、CD-RW、DVD-ROM、DVD-RAM、DVD-RW、DVD+RW）、磁带、非易失性存储卡和ROM。可选择地，可以由通信网络从服务器计算机上下载程序代码。

此外，应该清楚的是，不仅可以通过执行计算机所读出的程序代码，而且可以通过基于程序代码的指令使计算机上操作的操作系统等来完成部分或者全部的实际操作，从而实现上述实施例中的功能。

此外，可以理解的是，将由存储介质读出的程序代码写到插入计算机内的扩展板中所设置的存储器中或者写到与计算机相连接的扩展单元中设置的存储器中，随后基于程序代码的指令使安装在扩展板或者扩展单元上的CPU等来执行部分和全部实际操作，从而实现上述实例中任一实例的功能。

根据本发明的再一实施例，还提供了一种医疗设备，包括上述任意一种锥形转轮的调速控制装置。该医疗设备例如是X光机、磁共振成像设备、计算机断层扫描设备等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种锥形转轮的调速控制方法，包括：

在开始运行及运行过程中的每个控制周期，确定与悬吊绳垂下的位置对应的当前子段，以及确定当前速度值，其中，所述子段沿锥形转轮的旋转轴方向划分；

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法还包括：

规划使悬吊绳满足平滑运行要求的悬吊速度曲线。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括：根据所述锥形转轮的当前待驱动转速、及电机与锥形转轮之间的传动比，确定电机的当前驱动速度。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，按照每个软件扫描周期对应一个子段的原则划分所述子段。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，按照如下公式计算每个子段相对于具有最大半径的子段的速度变化系数f_m：

f_m=ω_m/ω_ref=R_ref/R_m，其中，m=1,2，…，N，N为划分的子段总数；ω_ref为选定的参考子段的角速度，ω_m为第m子段的角速度，R_ref为选定的参考子段的半径，R_m为第m子段的半径。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述规划使悬吊绳平滑运行的悬吊速度曲线包括：

规划包括加速段、恒速段和减速段的满速悬吊速度曲线；

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述规划使悬吊平滑运行的悬吊速度曲线进一步包括：

8.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述规划使悬吊平滑运行的悬吊速度曲线进一步包括：

规划第三分支悬吊速度曲线，所述第三分支悬吊速度曲线包括：在悬吊绳到达极限位置前的设定距离内，或到达极限位置前的设定控制周期数内，或到达目标位置前的设定距离内，或到达目标位置前的设定控制周期数内时，减速运行至设定低速后，以所述设定低速匀速运行，并在达到所述极限位置或目标位置时停止。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括：在运行过程中的每个控制周期，根据所述对应关系确定所述当前子段对应的悬吊绳垂下的位置值，根据所述位置值判断悬吊绳是否达到极限位置前的设定距离内，或达到极限位置前设定控制周期数内，或达到目标位置前的设定距离内，或达到目标位置前的设定控制周期数内。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在开始运行时确定与悬吊绳垂下的位置对应的当前子段包括：

获取悬吊端的绝对位置传感器测量的悬吊绳垂下的绝对位置值，根据所述绝对位置值及所述对应关系，确定与悬吊绳垂下的位置对应的当前子段。

11.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述在运行过程中的每个控制周期确定与悬吊绳垂下的位置对应的当前子段包括：

将开始运行时确定的与悬吊绳垂下的位置对应的当前子段作为本次运行的初始子段；

根据开始运行后电机端的增量编码器测量的增量值确定锥形转轮的新增子段数；

将所述初始子段与所述新增子段数相加得到当前子段。

12.一种锥形转轮的调速控制装置，包括：

13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述驱动速度确定模块进一步用于根据所述锥形转轮的当前待驱动转速，及电机与锥形转轮之间的传动比，确定电机的当前驱动速度。

14.一种医疗设备，包括上述权利要求12或13所述的锥形转轮的调速控制装置。