CN109856961A - 一种球管电压控制方法、装置及计算机可读存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种球管电压控制方法、装置及计算机可读存储介质，在高压发生器的单次曝光过程中，通过模糊PID算法，对由FPGA芯片采样的管电压输出值计算得出的电压误差和电压误差变化量，进行模糊推理和解模糊而确定PID参数增量，并对由PID参数增量所确定的整定PID参数进行增量式PID算法计算而得到PFM波的脉宽增量，然后通过脉宽增量对PFM波进行频率调整，控制高压油箱的球管电压适应性调整。通过模糊PID算法来实时自适应整定PID参数，可以有效保证高电压发生器在整个曝光时间进行最优输出，并提高了PID参数整定后的鲁棒性以及PID参数整定的效率。

Description

一种球管电压控制方法、装置及计算机可读存储介质

技术领域

本发明涉及数字技术领域，尤其涉及一种球管电压控制方法、装置及计算机可读存储介质。

背景技术

在高压发生器控制系统中，球管电压(以下均用kV表示)、球管电流(以下均用mA表示)为系统最重要的两个技术指标，而kV的上升时间、过冲、以及纹波大小都需要满足国标中的精度要求。随着目前对高压发生器输出功率的要求越来越高，曝光的时间越来越短，对高压发生器kV的控制也相应需要更高的要求。

目前通常所采用的kV控制技术为数字PID控制技术，数字PID控制技术针对每一组曝光参数档位均进行PID参数整定，在数字化技术高速发展的时代相较于模拟PID电路在参数调试上有良好的优势，但随着对高压输出功率的要求越来越大，曝光参数档位细分越来越多，需要整定的PID参数的组合也越来越庞大，从而使得调试人员需要花费更多的时间在PID参数整定上。并且采用数字PID控制技术，无法在整个曝光时间内同时保证最优的kV过冲和kV上升时间以及线性度，且对于某些大功率档位进行PID参数整定后鲁棒性不强。

发明内容

本发明实施例的主要目的在于提供一种球管电压控制方法、装置及计算机可读存储介质，至少能够解决相关技术中采用数字PID控制技术对高压发生器进行kV控制时，PID参数整定后鲁棒性不强，无法在整个曝光时间保证最优输出，以及高压发生器功率档位较多时，PID参数整定难度大、效率低的问题。

为实现上述目的，本发明实施例第一方面提供了一种球管电压控制方法，应用于包括曝光控制台、现场可编程门阵列FPGA芯片、金属氧化物半导体场效应管MOSFET、高压油箱以及球管的X射线高压发生器，该方法包括：

在所述高压发生器曝光开始前，控制所述FPGA芯片根据曝光控制台所选取的曝光参数确定初始PID参数；所述曝光参数包括目标球管电压、目标球管电流以及目标曝光时间，PID参数包括kp参数、ki参数以及kd参数；

在由所述FPGA芯片触发所述曝光控制台的手闸闭合而使所述高压发生器开始曝光时，通过所输出的初始频率的PFM波驱动包括所述MOSFET的逆变模块工作，并由所述高压油箱输出对应于所述初始频率的PFM波的球管电压；

通过所述FPGA芯片对所述高压油箱球管电压输出值进行采集，然后执行模糊PID算法，基于所述球管电压输出值确定电压误差和电压误差变化量，并利用模糊规则对所述电压误差和电压误差变化量进行模糊推理和解模糊，确定PID参数增量；所述电压误差为所述目标球管电压与所述球管电压输出值的差值，所述电压误差变化量为后一次电压误差与前一次电压误差的差值；

基于所述初始PID参数和PID参数增量得到整定PID参数，然后对所述整定PID参数进行增量式PID算法计算而得到所述PFM波的第一脉宽增量，并基于所述第一脉宽增量对所述PFM波进行频率调整，而控制所述高压油箱的球管电压适应性调整；

在满足预设的算法终止条件时，终止对调整后的球管电压重复执行所述模糊PID算法和所述增量式PID算法。

为实现上述目的，本发明实施例第二方面提供了一种球管电压控制装置，应用于包括曝光控制台、现场可编程门阵列FPGA芯片、金属氧化物半导体场效应管MOSFET、高压油箱以及球管的X射线高压发生器，该装置包括：

PID参数确定模块，用于在所述高压发生器曝光开始前，控制所述FPGA芯片根据曝光控制台所选取的曝光参数确定初始PID参数；所述曝光参数包括目标球管电压、目标球管电流以及目标曝光时间，PID参数包括kp参数、ki参数以及kd参数；

电压输出模块，用于在由所述FPGA芯片触发所述曝光控制台的手闸闭合而使所述高压发生器开始曝光时，通过所输出的初始频率的PFM波驱动包括所述MOSFET的逆变模块工作，并由所述高压油箱输出对应于所述初始频率的PFM波的球管电压；

模糊算法执行模块，用于通过所述FPGA芯片对所述高压油箱球管电压输出值进行采集，然后执行模糊PID算法，基于所述球管电压输出值确定电压误差和电压误差变化量，并利用模糊规则对所述电压误差和电压误差变化量进行模糊推理和解模糊，确定PID参数增量；所述电压误差为所述目标球管电压与所述球管电压输出值的差值，所述电压误差变化量为后一次电压误差与前一次电压误差的差值；

电压调整模块，用于基于所述初始PID参数和PID参数增量得到整定PID参数，然后对所述整定PID参数进行增量式PID算法计算而得到所述PFM波的第一脉宽增量，并基于所述第一脉宽增量对所述PFM波进行频率调整，而控制所述高压油箱的球管电压适应性调整；

算法终止模块，用于在满足预设的算法终止条件时，终止对调整后的球管电压重复执行所述模糊PID算法和所述增量式PID算法。

为实现上述目的，本发明实施例第三方面提供了一种电子装置，该电子装置包括：处理器、存储器和通信总线；

所述通信总线用于实现所述处理器和存储器之间的连接通信；

所述处理器用于执行所述存储器中存储的一个或者多个程序，以实现上述任意一种球管电压控制方法的步骤。

为实现上述目的，本发明实施例第四方面提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质存储有一个或者多个程序，所述一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行，以实现上述任意一种球管电压控制方法的步骤。

根据本发明实施例提供的球管电压控制方法、装置及计算机可读存储介质，在高压发生器的单次曝光过程中，通过模糊PID算法，对由FPGA芯片采样的管电压输出值计算得出的电压误差和电压误差变化量，进行模糊推理和解模糊而确定PID参数增量，并对由PID参数增量所确定的整定PID参数进行增量式PID算法计算而得到PFM波的脉宽增量，然后通过脉宽增量对PFM波进行频率调整，控制高压油箱的球管电压适应性调整。通过模糊PID算法来实时自适应整定PID参数，可以有效保证高电压发生器在整个曝光时间进行最优输出，并提高了PID参数整定后的鲁棒性以及PID参数整定的效率。

本发明其他特征和相应的效果在说明书的后面部分进行阐述说明，且应当理解，至少部分效果从本发明说明书中的记载变的显而易见。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明第一实施例提供的球管电压控制方法的基本流程示意图；

图2为本发明第二实施例提供的球管电压控制方法的细化流程示意图；

图3为本发明第三实施例提供的球管电压控制装置的结构示意图；

图4为本发明第四实施例提供的电子装置的结构示意图。

具体实施方式

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

第一实施例：

为了解决相关技术中采用数字PID控制技术对高压发生器进行kV控制时，PID参数整定后鲁棒性不强，无法在整个曝光时间保证最优输出，以及高压发生器功率档位较多时，PID参数整定难度大、效率低的技术问题，本实施例提出了一种球管电压控制方法，应用于包括曝光控制台、现场可编程门阵列FPGA芯片、金属氧化物半导体场效应管MOSFET、高压油箱以及球管的高压发生器，如图1所示为本实施例提供的球管电压控制方法的基本流程示意图，本实施例提出的球管电压控制方法包括以下的步骤：

步骤101、在高压发生器曝光开始前，控制FPGA芯片根据曝光控制台所选取的曝光参数确定初始PID参数；曝光参数包括目标球管电压、目标球管电流以及目标曝光时间，PID参数包括kp参数、ki参数以及kd参数。

具体的，PID(proportion integral derivative，比例-积分-微分)参数由三部分组成，其中，kp参数为比例调节系数，用于调节系统的响应速度，提高系统的调节精度，ki参数为积分调节系数，用于消除残差，kd参数为微分调节系数，用于改善系统的动态性能。在本实施例中，在高压曝光之前，本方法会根据高压控制台中设定的管电压档位、管电流档位，读取预先储存在FPGA程序中的一组初始PID参数。应当说明的是，kp、ki、kd初始化参数，是根据常规PID整定参数变化而来，由于一组kp、ki、kd初始化参数需适应更多档位，因此kp、ki、kd初始化参数的调节作用较弱，设置初始化参数的主要目的提高系统的响应速度。kp、ki、kd初始化参数的赋值是根据不同管电流档位来进行设置，无需对每个档位进行详细的整定。

比如，高压发生器可输出的拍片模式管电流的范围是10-1000mA，管电流的档位分布是根据国标R20系数分布，具体分布如下：10、11、12.5、14、16、18、20、22、25、28、32、36、40、45、50、56、63、71、80、90、100、110、125、140、160、180、200、220、250、280、320、360、400、450、500、560、630、710、800、900、1000mA。如下表1为10-1000MA内的管电流与kp、ki、kd初始化参数的映射表。在曝光控制台上设好管电压、管电流参数后，按下手闸一档，若此时曝光控制台上设置的管电流为100mA，则读取到的kp、ki、kd初始化参数分别为D、E、F。

表1

还应当说明的是，本实施例中采用FPGA芯片进行数据处理，相对于传统的DSP芯片在并行数据处理上的局限，可有效提高运算速度和数据路径宽度，其中，在采用FPGA芯片进行高速采样时，在100MHz的FPGA系统时钟下，可以确保采样反馈信号闭环的稳定性。

步骤102、在由FPGA芯片触发曝光控制台的手闸闭合而使高压发生器开始曝光时，通过所输出的初始频率的PFM波驱动包括MOSFET的逆变模块工作，并由高压油箱输出对应于初始频率的PFM波的球管电压。

具体的，FPGA芯片在按下曝光控制台的手闸之后，输出一个周期的初始PFM(脉冲频率调制，Pulse frequency modulation)波，驱动由MOSFET组成的逆变模块，逆变模块交流电压输入到高压油箱进行升压整流之后加载到球管组件阴阳极进行曝光。PFM波的初始脉宽是事先编写在FPGA代码里面，在本实施例一种可选的实施方式中，PFM波的初始脉宽可以为0.92us，PFM波的死区时间固定为1us，PFM波频率的大小为260kHz，高压发生器每个档位的初始逆变频率均为260kHz。

步骤103、通过FPGA芯片对高压油箱球管电压输出值进行采集，然后执行模糊PID算法，基于球管电压输出值确定电压误差和电压误差变化量，并利用模糊规则对电压误差和电压误差变化量进行模糊推理和解模糊，确定PID参数增量；电压误差为目标球管电压与球管电压输出值的差值，电压误差变化量为后一次电压误差与前一次电压误差的差值。

在本实施例中，高压油箱产生的电压输出会通过自身所设计的采样板，将输出的管电压以一定比例换算后的模拟电压值，输入到AD采样芯片，再将数字信号输入到FPGA芯片中。具体地，在实际应用中，高压油箱采样板的采样比例可以是10000:1，比如实际管电压输出为80kV，则采样板输出到主控板的模拟电压值为8V，然后通过AD芯片以及差分运算，将模拟量转换成数字信号输出到FPGA芯片进行采样、滤波等处理。应当说明的是，在本实施例中，电压误差为目标电压值与电压采样值的差值，而误差变化量则为t时刻的电压误差与t-1时刻的电压误差的差值。

另外，本实施例中的模糊PID算法，首先对通过AD采样实际kV反馈给FPGA芯片所计算出的kV的误差E和误差变化量EC进行模糊化，也即对整个管电压控制过程的实际管电压的精确量进行模糊化，在模糊化过程之后再进行模糊推理，根据每一组误差E和误差变化量EC确定一组模糊控制量输出，应当理解的是，模糊推理的过程，即模糊规则制定的过程，模糊PID算法的控制规则是以常规PID控制策略为基础的，利用模糊集合理论将常规PID控制策略上升为具体的数值运算，根据运算结果推理运算结果给执行机构输出控制数据。在模糊推理之后，通过解模糊过程将模糊控制量变换为实际清晰的控制量输出，来得到PID参数的变化量。

在本实施例一种可选的实施方式中，在执行模糊PID算法之前，还包括：计算目标球管电压与球管电压输出值的电压差值，并执行软启动算法，基于初始PID参数和电压差值计算得到PFM波的第二脉宽增量，再基于第二脉宽增量对PFM波进行频率调整，而修正高压油箱的球管电压输出值；在修正后的球管电压达到预设的电压阈值时，执行模糊PID算法。

具体的，本实施例中在进行模糊PID调节之前先进行软启动控制，在FPGA芯片采集AD采样芯片的数字信号，计算得出此时曝光控制台设定的目标管电压和高压发生器当前的电压输出值之间的电压差值ek之后，执行软启动算法，在实际应用中，基于初始PID参数确定PFM波的脉宽变化值时，在一种优选的实施方式中，可以在读取初始化kp、ki、kd的基础上仅保留ki系数，然后通过计算实时电压误差ek和ki系数以及软启动步进值的乘积，输出PFM波的脉宽增量。通过软启动，可以保证管电压的缓慢上升，防止PFM波占空比的突变，从而保护MOSFET，以免PFM波频率突变导致流过MOSFET的电流过大导致MOSFET损坏。

另外，本实施例中的球管电压的采样值达到阈值时，FPGA芯片控制算法退出软启动过程，进入模糊PID算法过程。具体地，所述阈值可以为当次曝光目标球管电压的1/8，实际采集到的管电压输出值达到该阈值后，FPGA输出一个高电平信号，退出软启动状态，进入模糊PID算法。

还应当说明的是，在进行软启动前，需要对软启动所需要的三个参数赋值，其一，对PFM的初始宽度进行赋值initial_width，其二，对软启动系数ki赋值，此数值与模糊PID的初始化ki参数一致，其三，还包括对软启动增量步进值赋值c_half，用于对软启动过程进行微调，加快或减慢软启动过程。所述赋值的过程发生在按下控制台手闸一档阶段，此阶段FPGA调取程序中的参数，根据用户设置的管电压、管电流档位来对软启动参数进行赋值。在一种优选的实施方式中，初始宽度为0.92us，死区时间固定为1us，对应PFM波的初始频率为260kHz。所述ki系数与初始PID参数中的ki系数一致。c_half根据不同管电压和管电流组合从ROM中查表所得，ROM的mif文件存储在FPGA的IP核中。

在本实施例一种可选的实施方式中，利用模糊规则对电压误差和电压变化量进行模糊推理和解模糊，确定PID参数增量包括：将电压误差和电压误差变化量作为输入变量转换至模糊集合论域中，然后根据预设的模糊规则，确定在模糊集合论域中的PID参数增量；模糊规则包括在模糊集合论域中的输入变量和PID参数增量的映射关系；对在模糊集合论域中的PID参数增量进行解模糊处理，确定PID参数增量。

具体的，本实施例中对不同的电压误差以及电压误差变化量划分不同的论域，并用相应的模糊集合进行处理来实现模糊化。其中，模糊规则可以根据PID参数对由超调量、误差积累和稳定时间的影响关系建立，输入变量的隶属度函数可以为线性三角形函数，在进行解模糊时，可以采用以下计算公式获得PID参数增量：u＝∑x_i*u_N(x_i)/∑u_N(x_i)，其中，x_i表示输入变量，u_N(x_i)表示x_i对应的隶属度。

进一步地，在本实施例一种可选的实施方式中，电压误差具有PB、PM、PS、ZO、NS五个模糊集合论域，其中，PB为电压误差大于目标球管电压的3/4，PM为电压误差介于目标球管电压的1/2至3/4，PS为电压误差介于目标球管电压的1/4至1/2，ZO为电压误差介于0至目标球管电压的1/4，NS为电压误差小于0；和/或，电压误差变化量具有NB、NM、NS、ZO、PS五个模糊集合论域，其中，NB为电压误差变化量的绝对值大于目标球管电压的3/64，NM为电压误差变化量的绝对值介于目标球管电压的2/64至3/64，NS为电压误差变化量的绝对值介于目标球管电压的1/64至2/64，ZO为电压误差变化量的绝对值介于0至目标球管电压的1/64，PS为电压误差变化量大于0。应当理解的是，N代表Negetive；P代表positive；B代表Big；M代表Middle；S代表Small；ZO代表Zero。

具体的，如表2为本实施例提供的一种模糊规则表，每一电压误差及电压误差变化量所在的模糊集合论域均对应一模糊控制量，通过所述模糊规则表即可以查找出不同电压误差E和电压误差变化量EC所对应的模糊控制量的输出U。

表2

步骤104、基于初始PID参数和PID参数增量得到整定PID参数，然后对整定PID参数进行增量式PID算法计算而得到PFM波的第一脉宽增量，并基于第一脉宽增量对PFM波进行频率调整，而控制高压油箱的球管电压适应性调整。

步骤105、在满足预设的算法终止条件时，终止对调整后的球管电压重复执行模糊PID算法和增量式PID算法。

在本实施例中，在通过模糊PID算法得到一组新的PID参数之后，再采用常规的增量式PID算法动态调节脉宽，进而使得高压发生器的输出电压也适应性调整。应当理解的是，本实施例中在执行完本次调整之后，若预设的算法终止条件不能满足，则以本次进行模糊PID算法计算的PID参数为起始值，基于本次适应性调整电压后所采样的球管电压输出值继续执行模糊PID算法和增量式PID算法，直至满足本实施例的算法终止条件。在本实施例一种可选的实施方式中，算法终止条件为实际曝光时间到达目标曝光时间。

根据本发明实施例提供的球管电压控制方法，在高压发生器的单次曝光过程中，通过模糊PID算法，对由FPGA芯片采样的管电压输出值计算得出的电压误差和电压误差变化量，进行模糊推理和解模糊而确定PID参数增量，并对由PID参数增量所确定的整定PID参数进行增量式PID算法计算而得到PFM波的脉宽增量，然后通过脉宽增量对PFM波进行频率调整，控制高压油箱的球管电压适应性调整。通过模糊PID算法来实时自适应整定PID参数，可以有效保证高电压发生器在整个曝光时间进行最优输出，并提高了PID参数整定后的鲁棒性以及PID参数整定的效率。

第二实施例：

为了更加直观的理解本发明实施例中的球管电压控制方法，本发明实施例还提供了一种细化的球管电压控制方法，如图2所示为本实施例提供的球管电压控制方法的细化流程示意图，本实施例提出的球管电压控制方法包括以下的步骤：

步骤201、在高压发生器曝光开始前，控制FPGA芯片根据曝光控制台所选取的曝光参数确定初始PID参数；曝光参数包括目标球管电压、目标球管电流以及目标曝光时间，PID参数包括kp参数、ki参数以及kd参数；

步骤202、在由FPGA芯片触发曝光控制台的手闸闭合而使高压发生器开始曝光时，通过所输出的初始频率的PFM波驱动包括MOSFET的逆变模块工作，并由高压油箱输出对应于初始频率的PFM波的球管电压；

步骤203、通过FPGA芯片对高压油箱球管电压输出值进行采集，计算目标球管电压与球管电压输出值的电压差值，并执行软启动算法，基于初始PID参数和电压差值计算得到PFM波的第二脉宽增量，再基于第二脉宽增量对PFM波进行频率调整，而修正高压油箱的球管电压输出值；

具体的，在实际应用中，基于初始PID参数确定PFM波的脉宽变化值时，在一种优选的实施方式中，可以在读取初始化kp、ki、kd的基础上仅保留ki系数，然后通过计算实时电压误差ek和ki系数以及软启动步进值的乘积，输出PFM波的脉宽增量。通过软启动，可以保证管电压的缓慢上升，防止PFM波占空比的突变，从而保护MOSFET，以免PFM波频率突变导致流过MOSFET的电流过大导致MOSFET损坏。

步骤204、在修正后的球管电压达到预设的电压阈值时，执行模糊PID算法，基于修正后的球管电压输出值确定电压误差和电压误差变化量，将电压误差和电压误差变化量作为输入变量转换至模糊集合论域中，再根据预设的模糊规则，确定在模糊集合论域中的PID参数增量；其中，电压误差为目标球管电压与球管电压输出值的差值，电压误差变化量为后一次电压误差与前一次电压误差的差值；模糊规则包括在模糊集合论域中的输入变量和PID参数增量的映射关系；

具体的，该电压阈值可以为当次曝光目标管电压的1/8，在实际采集到的管电压输出值达到该阈值后，FPGA输出一个高电平信号，退出软启动状态，进入模糊PID算法。

步骤205、对在模糊集合论域中的PID参数增量进行解模糊处理，确定PID参数增量；

具体的，本实施例中对不同的电压误差以及电压误差变化量划分不同的论域，并用相应的模糊集合进行处理来实现模糊化。其中，模糊规则可以根据PID参数对由超调量、误差积累和稳定时间的影响关系建立，输入变量的隶属度函数可以为线性三角形函数，在进行解模糊时，可以采用以下计算公式获得PID参数增量u：u＝∑x_i*u_N(x_i)/∑u_N(x_i)，其中，x_i表示输入变量，u_N(x_i)表示x_i对应的隶属度。

步骤206、基于初始PID参数和PID参数增量得到整定PID参数，然后对整定PID参数进行增量式PID算法计算而得到PFM波的第一脉宽增量，并基于第一脉宽增量对PFM波进行频率调整，而控制高压油箱的球管电压适应性调整；

步骤207、在实际曝光时间到达目标曝光时间时，终止对调整后的球管电压重复执行模糊PID算法和增量式PID算法。

根据本发明实施例提供的球管电压控制方法，在高压发生器的单次曝光过程中，先通过软启动算法对高压油箱的电压输出值进行修正，以使球管电压缓慢上升，并在球管电压达到预设值时，启动模糊PID算法，对由FPGA芯片采样的管电压输出值计算得出的电压误差和电压误差变化量，进行模糊推理和解模糊而确定PID参数增量，并对由PID参数增量所确定的整定PID参数进行增量式PID算法计算而得到PFM波的脉宽增量，然后通过脉宽增量对PFM波进行频率调整，控制高压油箱的球管电压适应性调整。通过软启动算法控制球管电压缓慢上升，有效避免了通过MOSFET的电流过大造成硬件损坏，并通过模糊PID算法来实时自适应整定PID参数，可以有效保证高电压发生器在整个曝光时间进行最优输出，并提高了PID参数整定后的鲁棒性以及PID参数整定的效率。

第三实施例：

为了解决相关技术中采用数字PID控制技术对高压发生器进行kV控制时，PID参数整定后鲁棒性不强，无法在整个曝光时间保证最优输出，以及高压发生器功率档位较多时，PID参数整定难度大、效率低的技术问题，本实施例示出了一种球管电压控制装置，应用于包括曝光控制台、现场可编程门阵列FPGA芯片、金属氧化物半导体场效应管MOSFET、高压油箱以及球管的高压发生器，具体请参见图3，本实施例的球管电压控制装置包括：

PID参数确定模块301，用于在高压发生器曝光开始前，控制FPGA芯片根据曝光控制台所选取的曝光参数确定初始PID参数；曝光参数包括目标球管电压、目标球管电流以及目标曝光时间，PID参数包括kp参数、ki参数以及kd参数；

电压输出模块302，用于在由FPGA芯片触发曝光控制台的手闸闭合而使高压发生器开始曝光时，通过所输出的初始频率的PFM波驱动包括MOSFET的逆变模块工作，并由高压油箱输出对应于初始频率的PFM波的球管电压；

模糊算法执行模块303，用于通过FPGA芯片对高压油箱球管电压输出值进行采集，然后执行模糊PID算法，基于球管电压输出值确定电压误差和电压误差变化量，并利用模糊规则对电压误差和电压误差变化量进行模糊推理和解模糊，确定PID参数增量；电压误差为目标球管电压与球管电压输出值的差值，电压误差变化量为后一次电压误差与前一次电压误差的差值；

电压调整模块304，用于基于初始PID参数和PID参数增量得到整定PID参数，然后对整定PID参数进行增量式PID算法计算而得到PFM波的第一脉宽增量，并基于第一脉宽增量对PFM波进行频率调整，而控制高压油箱的球管电压适应性调整；

算法终止模块305，用于在满足预设的算法终止条件时，终止对调整后的球管电压重复执行模糊PID算法和增量式PID算法。

具体的，在本实施例中，在高压曝光之前，PID参数确定模块301会根据高压控制台中设定的管电压档位、管电流档位，读取预先储存在FPGA程序中的一组初始PID参数。应当说明的是，kp、ki、kd初始化参数，是根据常规PID整定参数变化而来，由于一组kp、ki、kd初始化参数需适应更多档位，因此kp、ki、kd初始化参数的调节作用较弱，设置初始化参数的主要目的提高系统的响应速度。kp、ki、kd初始化参数的赋值是根据不同管电流档位来进行设置，无需对每个档位进行详细的整定。

并且，在本实施例中，在FPGA芯片在按下曝光控制台的手闸之后，电压输出模块302控制输出一个周期的初始PFM波，然后驱动由MOSFET组成的逆变模块，逆变模块交流电压输入到高压油箱进行升压整流之后加载到球管组件阴阳极进行曝光。

另外，本实施例中的模糊算法执行模块303首先对通过AD采样实际kV反馈给FPGA芯片所计算出的kV的误差E和误差变化量EC进行模糊化，也即对整个管电压控制过程的实际管电压的精确量进行模糊化，在模糊化过程之后再进行模糊推理，根据每一组误差E和误差变化量EC确定一组模糊控制量输出。

应当说明的是，电压调整模块304在通过模糊PID算法得到一组新的PID参数之后，再采用常规的增量式PID算法动态调节脉宽，进而使得高压发生器的输出电压也适应性调整，然后重复执行本实施例的模糊PID算法和增量式PID算法，直至满足本实施例的算法终止条件。

在本实施例的一些实施方式中，球管电压控制装置还包括：软启动模块，用于计算目标球管电压与球管电压输出值的电压差值，并执行软启动算法，基于初始PID参数和电压差值计算得到PFM波的第二脉宽增量，再基于第二脉宽增量对PFM波进行频率调整，而修正高压油箱的球管电压输出值；在修正后的球管电压达到预设的电压阈值时，执行模糊PID算法。应当说明的是，进一步地，在一种优选的实施方式中，电压阈值可以为当次曝光目标球管电压的1/8。

在本实施例的一些实施方式中，模糊算法执行模块具体用于通过FPGA芯片对高压油箱球管电压输出值进行采集，然后执行模糊PID算法，基于球管电压输出值确定电压误差和电压误差变化量，并将电压误差和电压误差变化量作为输入变量转换至模糊集合论域中，然后根据预设的模糊规则，确定在模糊集合论域中的PID参数增量；模糊规则包括在模糊集合论域中的输入变量和PID参数增量的映射关系；再对在模糊集合论域中的PID参数增量进行解模糊处理，确定PID参数增量。

进一步地，在本实施例的一些实施方式中，电压误差具有PB、PM、PS、ZO、NS五个模糊集合论域，其中，PB为电压误差大于目标球管电压的3/4，PM为电压误差介于目标球管电压的1/2至3/4，PS为电压误差介于目标球管电压的1/4至1/2，ZO为电压误差介于0至目标球管电压的1/4，NS为电压误差小于0；和/或，电压误差变化量具有NB、NM、NS、ZO、PS五个模糊集合论域，其中，NB为电压误差变化量的绝对值大于目标球管电压的3/64，NM为电压误差变化量的绝对值介于目标球管电压的2/64至3/64，NS为电压误差变化量的绝对值介于目标球管电压的1/64至2/64，ZO为电压误差变化量的绝对值介于0至目标球管电压的1/64，PS为电压误差变化量大于0。

在本实施例的一些实施方式中，算法终止条件为实际曝光时间到达目标曝光时间。

应当说明的是，前述实施例中的球管电压控制方法均可基于本实施例提供的球管电压控制装置实现，所属领域的普通技术人员可以清楚的了解到，为描述的方便和简洁，本实施例中所描述的球管电压控制装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

采用本实施例提供的球管电压控制装置，在高压发生器的单次曝光过程中，通过模糊PID算法，对由FPGA芯片采样的管电压输出值计算得出的电压误差和电压误差变化量，进行模糊推理和解模糊而确定PID参数增量，并对由PID参数增量所确定的整定PID参数进行增量式PID算法计算而得到PFM波的脉宽增量，然后通过脉宽增量对PFM波进行频率调整，控制高压油箱的球管电压适应性调整。通过模糊PID算法来实时自适应整定PID参数，可以有效保证高电压发生器在整个曝光时间进行最优输出，并提高了PID参数整定后的鲁棒性以及PID参数整定的效率。

第四实施例：

本实施例提供了一种电子装置，参见图4所示，其包括处理器401、存储器402及通信总线403，其中：通信总线403用于实现处理器401和存储器402之间的连接通信；处理器401用于执行存储器402中存储的一个或者多个计算机程序，以实现上述实施例一/二中的球管电压控制方法中的至少一个步骤。

本实施例还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、计算机程序模块或其他数据)的任何方法或技术中实施的易失性或非易失性、可移除或不可移除的介质。计算机可读存储介质包括但不限于RAM(Random Access Memory，随机存取存储器),ROM(Read-Only Memory，只读存储器),EEPROM(Electrically Erasable Programmable read only memory，带电可擦可编程只读存储器)、闪存或其他存储器技术、CD-ROM(Compact Disc Read-Only Memory，光盘只读存储器)，数字多功能盘(DVD)或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。

本实施例中的计算机可读存储介质可用于存储一个或者多个计算机程序，其存储的一个或者多个计算机程序可被处理器执行，以实现上述实施例一/二中的方法的至少一个步骤。

本实施例还提供了一种计算机程序，该计算机程序可以分布在计算机可读介质上，由可计算装置来执行，以实现上述实施例一/二中的方法的至少一个步骤；并且在某些情况下，可以采用不同于上述实施例所描述的顺序执行所示出或描述的至少一个步骤。

本实施例还提供了一种计算机程序产品，包括计算机可读装置，该计算机可读装置上存储有如上所示的计算机程序。本实施例中该计算机可读装置可包括如上所示的计算机可读存储介质。

可见，本领域的技术人员应该明白，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统、装置中的功能模块/单元可以被实施为软件(可以用计算装置可执行的计算机程序代码来实现)、固件、硬件及其适当的组合。在硬件实施方式中，在以上描述中提及的功能模块/单元之间的划分不一定对应于物理组件的划分；例如，一个物理组件可以具有多个功能，或者一个功能或步骤可以由若干物理组件合作执行。某些物理组件或所有物理组件可以被实施为由处理器，如中央处理器、数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。

此外，本领域普通技术人员公知的是，通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、计算机程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据，并且可包括任何信息递送介质。所以，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上内容是结合具体的实施方式对本发明实施例所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种球管电压控制方法，应用于包括曝光控制台、现场可编程门阵列FPGA芯片、金属氧化物半导体场效应管MOSFET、高压油箱以及球管的高压发生器，其特征在于，包括：

在所述高压发生器曝光开始前，控制所述FPGA芯片根据曝光控制台所选取的曝光参数确定初始PID参数；所述曝光参数包括目标球管电压、目标球管电流以及目标曝光时间，PID参数包括kp参数、ki参数以及kd参数；

在由所述FPGA芯片触发所述曝光控制台的手闸闭合而使所述高压发生器开始曝光时，通过所输出的初始频率的PFM波驱动包括所述MOSFET的逆变模块工作，并由所述高压油箱输出对应于所述初始频率的PFM波的球管电压；

通过所述FPGA芯片对所述高压油箱球管电压输出值进行采集，然后执行模糊PID算法，基于所述球管电压输出值确定电压误差和电压误差变化量，并利用模糊规则对所述电压误差和电压误差变化量进行模糊推理和解模糊，确定PID参数增量；所述电压误差为所述目标球管电压与所述球管电压输出值的差值，所述电压误差变化量为后一次电压误差与前一次电压误差的差值；

基于所述初始PID参数和PID参数增量得到整定PID参数，然后对所述整定PID参数进行增量式PID算法计算而得到所述PFM波的第一脉宽增量，并基于所述第一脉宽增量对所述PFM波进行频率调整，而控制所述高压油箱的球管电压适应性调整；

在满足预设的算法终止条件时，终止对调整后的球管电压重复执行所述模糊PID算法和所述增量式PID算法。

2.如权利要求1所述的球管电压控制方法，其特征在于，在执行模糊PID算法之前，还包括：

计算所述目标球管电压与所述球管电压输出值的电压差值，并执行软启动算法，基于所述初始PID参数和所述电压差值计算得到所述PFM波的第二脉宽增量，再基于所述第二脉宽增量对所述PFM波进行频率调整，而修正所述高压油箱的球管电压输出值；

在所述修正后的球管电压达到预设的电压阈值时，执行所述模糊PID算法。

3.如权利要求1所述的球管电压控制方法，其特征在于，所述利用模糊规则对所述电压误差和电压误差变化量进行模糊推理和解模糊，确定PID参数增量包括：

将所述电压误差和电压误差变化量作为输入变量转换至模糊集合论域中，然后根据预设的模糊规则，确定在所述模糊集合论域中的PID参数增量；所述模糊规则包括在所述模糊集合论域中的输入变量和PID参数增量的映射关系；

对所述在所述模糊集合论域中的PID参数增量进行解模糊处理，确定PID参数增量。

4.如权利要求3所述的球管电压控制方法，其特征在于，所述电压误差具有PB、PM、PS、ZO、NS五个模糊集合论域，其中，所述PB为所述电压误差大于所述目标球管电压的3/4，所述PM为所述电压误差介于所述目标球管电压的1/2至3/4，所述PS为所述电压误差介于所述目标球管电压的1/4至1/2，所述ZO为所述电压误差介于0至所述目标球管电压的1/4，所述NS为所述电压误差小于0；

和/或，所述电压误差变化量具有NB、NM、NS、ZO、PS五个模糊集合论域，其中，所述NB为所述电压误差变化量的绝对值大于所述目标球管电压的3/64，所述NM为所述电压误差变化量的绝对值介于所述目标球管电压的2/64至3/64，所述NS为所述电压误差变化量的绝对值介于所述目标球管电压的1/64至2/64，所述ZO为所述电压误差变化量的绝对值介于0至所述目标球管电压的1/64，所述PS为所述电压误差变化量大于0。

5.如权利要求1所述的球管电压控制方法，其特征在于，所述算法终止条件为实际曝光时间到达所述目标曝光时间。

6.一种球管电压控制装置，应用于包括曝光控制台、现场可编程门阵列FPGA芯片、金属氧化物半导体场效应管MOSFET、高压油箱以及球管的高压发生器，其特征在于，包括：

PID参数确定模块，用于在所述高压发生器曝光开始前，控制所述FPGA芯片根据曝光控制台所选取的曝光参数确定初始PID参数；所述曝光参数包括目标球管电压、目标球管电流以及目标曝光时间，PID参数包括kp参数、ki参数以及kd参数；

电压输出模块，用于在由所述FPGA芯片触发所述曝光控制台的手闸闭合而使所述高压发生器开始曝光时，通过所输出的初始频率的PFM波驱动包括所述MOSFET的逆变模块工作，并由所述高压油箱输出对应于所述初始频率的PFM波的球管电压；

模糊算法执行模块，用于通过所述FPGA芯片对所述高压油箱球管电压输出值进行采集，然后执行模糊PID算法，基于所述球管电压输出值确定电压误差和电压误差变化量，并利用模糊规则对所述电压误差和电压误差变化量进行模糊推理和解模糊，确定PID参数增量；所述电压误差为所述目标球管电压与所述球管电压输出值的差值，所述电压误差变化量为后一次电压误差与前一次电压误差的差值；

电压调整模块，用于基于所述初始PID参数和PID参数增量得到整定PID参数，然后对所述整定PID参数进行增量式PID算法计算而得到所述PFM波的第一脉宽增量，并基于所述第一脉宽增量对所述PFM波进行频率调整，而控制所述高压油箱的球管电压适应性调整；

算法终止模块，用于在满足预设的算法终止条件时，终止对调整后的球管电压重复执行所述模糊PID算法和所述增量式PID算法。

7.如权利要求6所述的球管电压控制装置，其特征在于，还包括：软启动模块，用于计算所述目标球管电压与所述球管电压输出值的电压差值，并执行软启动算法，基于所述初始PID参数和所述电压差值计算得到所述PFM波的第二脉宽增量，再基于所述第二脉宽增量对所述PFM波进行频率调整，而修正所述高压油箱的球管电压输出值；在所述修正后的球管电压达到预设的电压阈值时，执行所述模糊PID算法。

8.如权利要求6所述的球管电压控制装置，其特征在于，所述模糊算法执行模块具体用于通过所述FPGA芯片对所述高压油箱球管电压输出值进行采集，然后执行模糊PID算法，基于所述球管电压输出值确定电压误差和电压误差变化量，并将所述电压误差和电压误差变化量作为输入变量转换至模糊集合论域中，然后根据预设的模糊规则，确定在所述模糊集合论域中的PID参数增量；所述模糊规则包括在所述模糊集合论域中的输入变量和PID参数增量的映射关系；再对所述在所述模糊集合论域中的PID参数增量进行解模糊处理，确定PID参数增量。

9.一种电子装置，其特征在于，包括：处理器、存储器和通信总线；

所述通信总线用于实现所述处理器和存储器之间的连接通信；

所述处理器用于执行所述存储器中存储的一个或者多个程序，以实现如权利要求1至5中任意一项所述的球管电压控制方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有一个或者多个程序，所述一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行，以实现如权利要求1至5中任意一项所述的球管电压控制方法的步骤。