CN105467899B - 一种同步实时多叶光栅控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种同步实时多叶光栅控制系统，特别是用于多叶光栅动态调强模式中电机运动同步协调的控制系统，同步实时多叶光栅控制系统由PC机(1)、控制器(2)与电机(3)组成。本发明可以解决多叶光栅动态调强模式中多个电机调速同步和协调工作难的问题。本发明中控制器具有一个通信板(4)，两个电机驱动板(5)，两个驱动板(5)均采用CPU软核(6)和多个IP硬核(7)的模式控制电机运动，每个IP硬核(7)作为每一路电机的控制模块，纯粹使用硬件时序逻辑实现，具有较强控制实时性的优势，可以达到普通单片机或DSP等软件分时控制系统所不能达到的控速精度。本发明具有结构新颖，动态调强模式下实时性好，多叶光栅电机调速性能好等特点。

Description

一种同步实时多叶光栅控制系统
技术领域
本发明涉及一种同步实时多叶光栅控制系统，特别是多叶光栅动态调强模式中多路电机运动同步协调的控制系统。
背景技术
多叶光栅主要用在精确放疗系统中实现适形和调强功能，同步实时多叶光栅控制系统的作用是通过控制电机来实现多叶光栅叶片的高精度位置和速度控制。为提高治疗精度，对多个叶片运动调节的实时性提出了很高的要求，电机控制单元之间的同步和协调问题是多叶光栅控制需要解决的问题。
近十年来，中国专利公开号为：CN 201576191U(2010)的专利申请文件中；中国专利公开号为：CN201741015U的专利申请文件中，所报道的技术方案，采用一个主控制单元、两个或两个以上的从控制单元，每个从控制单元分别与主控制单元控制输出引脚连接并分别控制与其相连电机；主控制单元与从控制单元采用RS485方式进行通讯。主单片机负责与PC机进行信息交互，通过串口将接收的信息下传给多个从单片机，每个从单片机负责接收数据并执行，分别控制各路电机的控制，这种控制系统可实现单个叶片位置和速度的控制，但受主从串口通信的时间限制，难以实现多个单片机的同步和协调工作，因此多路电机同步实时调速比较困难。
在国内的论文刊物中“DMLC系统及数据传输设计与实现”；“电动多叶光栅控制系统设计与实现”，“基于Sliding Window的电动多叶光栅”；“电动多叶光栅叶片位置和速度的智能控制”等公开出版物所公开报道的技术方案中，采用通信和控制DSP&FPGA实现电机控制。通信FPAG实现PC命令读取、加速器门禁信号读取、数据下传，并做好与其它模块的接口。通信DSP对通信FPGA下传的数据解析，分析命令数据，将相应命令数据传送给控制DSP。控制DSP接收并解析通信DSP发的命令和控制参数，执行相应的运动命令，动态调整电机运动过程中的速度PID值，并向通信DSP发送运动过程中的状态参数。控制FPGA实现对各路电机的控制并采样电机信号反馈给控制DSP。该系统特点是采用CPU较多，采用运算速度快的DSP来提高计算和通信效率，每个CPU分工明确，能够快速完成数据收发、解析、执行等工作，各路电机的调速和控制仍然是串行的，各路电机参数的不是严格意义上的同步调节，此外该系统CPU较多，CPU间相互通信与数据转存会影响控制的实时性。
由此可见，上述公开报道的技术方案或采用主从单片机控制模式，或采用通信和控制DSP&FPGA实现电机控制，其本质上采用的是分时控制模式。与本发明申请的采用嵌入式FPGA为每一路电机配置单独的驱动控制模块实现多路电机同步协调的控制模式有明显的差异。
发明内容
本发明的目的在于提供一种同步实时多叶光栅控制系统，可实现多个电机运动同步和协调，具有较强控制实时性的优势。
本发明所采用的技术方案为：一种同步实时多叶光栅控制系统，该系统包括PC机、控制器与电机，PC机与控制器进行信息交互，控制器驱动控制电机进而控制多叶光栅叶片的位置与速度；控制器具有一个通信板，两个驱动板；所述控制器的通信板与PC机进行信息交互及数据下传，两个驱动板接收通信板下发数据，并实现多路电机运动的同步协调。
其中，所述驱动板采用CPU软核和多个IP硬核的模式来控制电机，每个IP硬核作为每一路电机的驱动控制模块，实现电机的速度运算与实时调节。
其中，所述驱动板的多个IP硬核，每个硬核功能相同，每个硬核使用硬件数字电路方式实现，可分别对每一路电机进行运动调节，因此电机速度控制的实时性极高，可实现多路电机运动的同步协调。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：控制器驱动板采用多个相同IP硬核作为每一路电机驱动控制模块处理每个电机的运动，每个IP硬核可同步独立工作，解决多叶光栅多路电机同步和协调工作难的问题，该系统具有较强控制实时性的优势，可以达到普通单片机或DSP等软件分时控制系统所不能达到的控速精度。
附图说明
图1为本发明一种同步实时多叶光栅控制系统的结构示意图；
图2为同步实时多叶光栅控制系统的功能示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的实施方式进行进一步描述：
参考图1所示，本发明公开了一种同步实时多叶光栅的控制系统。该系统由PC机1、控制器2与电机3组成。PC机1通过人机交换界面和串口实现命令的下传，并接收多叶光栅控制器2上传的数据。同步实时多叶光栅控制器2包括一个通信板4和两个驱动板5，通信板4采用Xilinx的FPGA作为核心CPU实现与PC机1的信息交互、数据解析，并将数据下传给两个驱动板5。两个驱动板5分别采用一个Xilinx的嵌入式FPGA作为核心CPU实现数据接收、电机的驱动和控制。
通信板4采用Xilinx的SPARTAN6系列的FPGA芯片作为核心CPU，通过RS422与PC机进行通信。FPGA采用定制的Microblaze CPU软核实现PC机1命令接收、数据解析，并下发给两个驱动板5，同时汇集两个驱动板5的电机状态和叶片位置数据，上报给PC机1。驱动板5采用Xilinx的SPARTAN6系列的FPGA芯片作为核心CPU，采用Microblaze软核6实现大部分功能，将30路电机的控制引脚配置到Microblaze软核6，并在Microblaze软核6配置基础上，加入30路电机控制的IP硬核7，Microblaze软核6实现与通信板的命令、数据的交互，并获取IP硬核7检测到的电机工作状态，根据当前工作状态，控制电机目标运行速度。每一个IP硬核7可作为一路电机的驱动控制模块，实现多路电机速度的采集与控制。

Claims (1)

1.一种同步实时多叶光栅控制系统，该系统包括PC机(1)、控制器(2)与电机(3)，PC机(1)与控制器(2)进行信息交互，控制器(2)驱动控制电机(3)进而控制多叶光栅叶片的位置与速度；其特征在于：控制器(2)具有一个通信板(4)，两个驱动板(5)；所述控制器的通信板(4)与PC机(1)进行信息交互及数据下传，两个驱动板(5)接收通信板(4)下发数据，并实现多路电机(3)运动的同步协调；
所述驱动板(5)，采用CPU软核(6)和多个IP硬核(7)的模式来控制电机(3)，每个IP硬核(7)作为每一路电机(3)的驱动控制模块，实现电机(3)的速度运算与实时调节；
所述驱动板(5)的多个IP硬核(7)，每个硬核(7)功能相同，每个硬核(7)使用硬件数字电路方式实现，可分别对每一路电机(3)进行运动调节，因此电机速度控制的实时性极高，可实现多路电机运动的同步协调；
控制器驱动板采用多个相同IP硬核作为每一路电机驱动控制模块处理每个电机的运动，每个IP硬核可同步独立工作，解决多叶光栅多路电机同步和协调工作难的问题，该系统具有较强控制实时性的优势，可以达到普通单片机或DSP软件分时控制系统所不能达到的控速精度；
其中，通信板(4)采用Xilinx的FPGA作为核心CPU实现与PC机(1)的信息交互、数据解析，并将数据下传给两个驱动板(5)，两个驱动板(5)分别采用一个Xilinx的嵌入式FPGA作为核心CPU实现数据接收、电机的驱动和控制；
通信板(4)采用Xilinx的SPARTAN6系列的FPGA芯片作为核心CPU，通过RS422与PC机进行通信，FPGA采用定制的Microblaze CPU软核实现PC机(1)命令接收、数据解析，并下发给两个驱动板(5)，同时汇集两个驱动板(5)的电机状态和叶片位置数据，上报给PC机(1)，驱动板(5)采用Xilinx的SPARTAN6系列的FPGA芯片作为核心CPU，采用Microblaze软核(6)实现大部分功能，将多路电机的控制引脚配置到Microblaze软核(6)，并在Microblaze软核(6)配置基础上，加入多路电机控制的IP硬核(7)，Microblaze软核(6)实现与通信板的命令、数据的交互，并获取IP硬核(7)检测到的电机工作状态，根据当前工作状态，控制电机目标运行速度，每一个IP硬核(7)可作为一路电机的驱动控制模块，实现多路电机速度的采集与控制，可实现多个电机运动同步和协调，具有较强控制实时性的优势。
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