JPS59156329A - Control apparatus in radiation tomography apparatus - Google Patents
Control apparatus in radiation tomography apparatusInfo
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
本発明は、放射脈源を直線運動あるいは円運動させるこ
とにより被検体の任意断層を撮影する装置に用いられ力
制御装置に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Technical Field of the Invention] The present invention relates to a force control device used in an apparatus for photographing arbitrary tomography of a subject by linearly or circularly moving a radiation pulse source.
放射線(例えばX線)断層撮影装置に蒜けるX嶽管の駆
動制御は、いわゆる古典制御によるサーボバンクが用い
もれ文いた。これを第1図及び第2図を参照して説明す
る。For controlling the drive of the X-tube in a radiation (for example, X-ray) tomography device, a servo bank based on so-called classical control has not been used. This will be explained with reference to FIGS. 1 and 2.
第1図のような速度特性曲線るには、第2図のパネル選
択部1を操作して信号生成過程部2に傾きα、ブレーキ
開始時刻tB 、最大速度υmax f与えればよい。In order to obtain the speed characteristic curve as shown in FIG. 1, it is sufficient to operate the panel selection section 1 shown in FIG. 2 to give the signal generation process section 2 the slope α, the brake start time tB, and the maximum speed υmax f.
そして、サーボバンク6からの信号によりDCモータ−
4を駆動し、速度検出部。Then, the signal from the servo bank 6 drives the DC motor.
4 and speed detection section.
位置検出部6からのフィードバック全行なって制御をす
る0災際にはオペアンプからなる積分回路にてαを積分
して直線V=αtf伺る0次にブレーキ開始時刻tBに
ついてはその時のX線管の位置を計算した後、位置検出
時に加速度(−α)を積分して減速させる。All feedback from the position detection unit 6 is performed for control.In the event of a failure, an integral circuit consisting of an operational amplifier integrates α and obtains a straight line V=αtf.Next, regarding the brake start time tB, the X-ray tube at that time is determined. After calculating the position, the acceleration (-α) is integrated and decelerated at the time of position detection.
このような古典制御によるサーボバンクはモーターの動
特性を微分方程式で表現し、伝達関数表示することによ
りその極の位置を知り、特性を知り、出力もコンボリュ
ーションによりその結果を知ることができる。しかし、
その制御性能を評価するのが離しく、このことは定値制
御問題よりも最適トラッキング問題において顕著である
0最適トラッキング問題において出力を目標値関数によ
り良(追従させるには評価関数Jの一次変分ΔJをOに
するような入力u、 f xのフィードバックとして求
める必要が出て(るが(最適制御理論)、これを古典制
御理論にて計算するには困難が伴い、また、伝達関数表
示では不可制御2不町観測な状態?見落してしまう危険
性を有するという問題がある。特に移動終点に至る迄の
途中において、かかる問題があるためX線管のブレ等が
生じ正確な断層像が得られ1【いこととなっていた。In a servo bank based on such classical control, the dynamic characteristics of the motor are expressed by differential equations, and by displaying the transfer function, the position of the poles and characteristics can be known, and the output can also be determined by convolution. but,
It is difficult to evaluate the control performance, and this is more noticeable in the optimal tracking problem than in the constant value control problem. It is necessary to find feedback of the input u, f x that makes ΔJ O (optimal control theory), but it is difficult to calculate this using classical control theory, and it is difficult to calculate this using classical control theory. Uncontrollable 2 Observation in an unconventional state?There is a problem that there is a risk of overlooking the object.Especially on the way to the end of the movement, this problem causes the X-ray tube to shake and prevent accurate tomographic images. It was supposed to be 1.
本発明は前記事情に錯みてなされたものであり。 The present invention has been made in consideration of the above circumstances.
放射線源の移動を最適制御によって行うことにより正確
な断層像を得ることのできる放射線断層撮影装置におけ
る制御装置を提供することを目的とするものである。It is an object of the present invention to provide a control device for a radiation tomography apparatus that can obtain accurate tomographic images by optimally controlling the movement of a radiation source.
前記目的を達成するために本発明は、最適トラッキング
問題を計算機によって解析し、その解析結果に基いて駆
動系のゲイン調整を行うことを特徴とするものである。In order to achieve the above object, the present invention is characterized in that the optimal tracking problem is analyzed by a computer, and the gain of the drive system is adjusted based on the analysis result.
以下実施例により本発明を具体的に説明する0第6図は
本発明の一実施例を示すブロック図である。The present invention will be specifically described below with reference to embodiments. FIG. 6 is a block diagram showing an embodiment of the present invention.
この装置は例えば起倒断層倣形装置におけるX線管の駆
動制御回路であり、11は速度特性の傾きα、ブレーキ
開始時刻tS p最大速度v maxあるいは起倒角度
等のデータを入力する対話型のデータ入力装置であり、
12は設定された入力データを基にして速度設定信号を
生成する信号生成手段であり速度設定信号をDCモータ
−16の十人かに供給する。14はポテンショメータ等
からなる位置検出手段であり、位置検出信号(モーター
位相)x1i出力する。15はタコジエネ等からなる速
度検出手段であり、検出信号(モーターの回転速度)x
zt出力する。16は演算手段たるコンピュータであり
、前記入力データに基づいて最適制御計算を行い、その
計算結果を1)/A変換器17を介して出力する。18
はフィードバックゲイン生成手段であり、速度検出信号
x2とD/A変換器17の出力とに基づいて、逐度検出
di号が逐就設定信号に追従するように、あるいはその
誤差金最小にするようにフィードバックゲインを計算し
、その計算結果(フィードバック入力)wfモモ−−の
一側入力に供給するようになっている。This device is, for example, a drive control circuit for an X-ray tube in a tilting tomography device, and 11 is an interactive type that inputs data such as the slope α of the speed characteristic, the brake start time tS p, the maximum speed v max, or the tilting angle. data input device,
12 is a signal generating means for generating a speed setting signal based on set input data, and supplies the speed setting signal to the DC motor 16. Reference numeral 14 denotes a position detection means consisting of a potentiometer or the like, which outputs a position detection signal (motor phase) x1i. 15 is a speed detection means consisting of a tachometer, etc., and a detection signal (rotational speed of the motor) x
Output zt. Reference numeral 16 denotes a computer serving as calculation means, which performs optimal control calculations based on the input data and outputs the calculation results via the 1)/A converter 17. 18
is a feedback gain generating means, based on the speed detection signal x2 and the output of the D/A converter 17, so that the successive detection signal di follows the successive setting signal or minimizes the error amount. The feedback gain is calculated and the calculation result (feedback input) is supplied to one side input of the wf momo.
このような制御回路ではモーター九区勤に関しては、デ
ータ入力装置11からのデータに基づいて速度設定信号
全生成し、これ?モーター16の+側入力に供給してモ
ーター16全駆動すると共に、モーターの位置検出信号
x1.速度検出信号5Czkフィードバックゲイン生成
手段18を介してモーター16の一倹」入力にフィード
バックする。また、ゲイン調整に関しては、コンピュー
タ16でオフラインにて最適制御(トラッキング)問題
全解析し、その結果をフィードバックゲイン生成手段1
8に入力し、これによりゲインを調整している。ここで
、xH管の軌道上での抵抗値の変化が微小であり、起倒
角度が一定であれば追従性もよく、安定性も保証され鳴
る。In such a control circuit, all speed setting signals are generated based on the data from the data input device 11 for the motor 9th shift, and this? It is supplied to the + side input of the motor 16 to fully drive the motor 16, and the motor position detection signal x1. The speed detection signal 5Czk is fed back to the input of the motor 16 via the feedback gain generation means 18. Regarding gain adjustment, the computer 16 analyzes the entire optimal control (tracking) problem off-line, and the results are sent to the feedback gain generation means 1.
8, and the gain is adjusted using this input. Here, if the change in resistance value on the trajectory of the xH tube is minute and the tilting angle is constant, followability is good and stability is guaranteed to produce sound.
次に前記装置におけるコンピュータ16での最適トラッ
キング問題の解析例と、フィードバックゲイン生成手段
18でのフィードバックゲインの計算例について詳細に
説明する。Next, an example of analysis of the optimal tracking problem by the computer 16 and an example of calculation of the feedback gain by the feedback gain generating means 18 in the apparatus will be described in detail.
フィードバック入力払は状態Xより生成される。Feedback input payments are generated from state X.
この状m a: k x = (:、”)で定義する。This state m a: k x = (:, ”) is defined.
これは次のように表わせる。This can be expressed as follows.
例えは速度設定信号が第4図のE曲線で表わされるもの
とした場合、速度検出信号Fか設定信号Eに追従するよ
うなフィードバック人力1L1に求めるわけである0部
ち、実際のモーターの動いた状態を検出し、追従性を高
めるために最適フイードバツクゲインをコンピュータに
て、リツカチ問題として解き、これによりゲインを調帯
してフィードバック人力を生成する。この場会、X線管
の軌道上の抵抗値は軌道と近世」角反によって異なるこ
とになるが、抵抗をパラメータとして起倒角度と軌道を
コンピュータに入力すればその値が求まるものとする。For example, if the speed setting signal is expressed by curve E in Figure 4, the feedback human power 1L1 that follows the speed detection signal F or setting signal E is required. In order to improve followability, a computer solves the optimal feedback gain as a hitch problem, and adjusts the gain to generate feedback manually. In this case, the resistance value on the orbit of the X-ray tube will differ depending on the orbit and the angle of the angle, but the value can be found by inputting the tilting angle and orbit into a computer using the resistance as a parameter.
コンピュータ16で実行される最適トランクキング問題
の解析は例えば、伊藤正美著「システム制御理論」第8
章P309〜P614に示されている公知の計算例を参
照し、次のようにする。The analysis of the optimal trunking problem executed by the computer 16 is described, for example, in Masami Ito's "System Control Theory" Vol. 8.
With reference to the known calculation examples shown in chapters P309 to P614, proceed as follows.
但し、AはrLxル定数行列、Bはル×P定数行列、C
はrxル定数行列とする。However, A is rLx constant matrix, B is r×P constant matrix, C
is an rx constant matrix.
サテ、ti −” t≦tfニおいて、目標的数γ(t
)が指定されていて1よるべ(少ない制御エネルギーで
出力y (t)がγ(t)に近い動作をするようなfl
flJ御系を設計する問題金考えてみる。但し、r(t
)の次元はy(tと同じであるとし、r(t)とy (
t)の差をe(t) −r(t) −y(t) ・
・・・・・・ (3)とする。ti−” t≦tf, the target number γ(t
) is specified and it depends on 1 (fl such that the output y (t) operates close to γ (t) with little control energy
Let's think about the problem of designing the flJ system. However, r(t
) is the same as y(t), and r(t) and y(
t) as e(t) −r(t) −y(t) ・
...... (3).
評価関数Jは次式で与えられる。The evaluation function J is given by the following equation.
但し、R,Q、Mは対称で正値行列である。However, R, Q, and M are symmetrical and positive matrices.
ハミルトニャンHは
・・・・・・ (5)
であるから
より、Hを最小にするUは
U来= −7B’P””” (力と得られる。し
かし、随伴変数に対する方程式はとなり、随伴変数に対
する終端条件は横断性の条件より
−C’Mr(tf) −・・(9)となる。The Hamiltonian H is... (5) Therefore, the U that minimizes H is obtained as U = -7B'P""" (force.However, the equation for the adjoint variable becomes, The terminal condition for the adjoint variable is −C′Mr(tf) − (9) from the condition of transversality.
以上の各式よりuf:xの関数として表わす。この計算
をコンピュータにて解き、結果を記憶させておく。From each of the above equations, uf: is expressed as a function of x. Solve this calculation on a computer and store the results.
次にフィードバック人力u、f求める計算例を説明する
O
DCモーターにかかる抵抗tLoの値は起倒角度と軌道
選択によって決定される。モーターの位相をxl、角速
度に−Zzとして数式モデルを立てるとここで、y=c
xyは観11j値であり、この実施例ではx2である。Next, an example of calculation for determining the feedback human forces u and f will be explained.The value of the resistance tLo applied to the ODC motor is determined by the tilting angle and trajectory selection. If we set up a mathematical model with the motor phase as xl and the angular velocity as -Zz, here, y=c
xy is a value of 11j, which in this example is x2.
C=(0,1)、Iはモーターの慣性能率、α、bは定
数である。慣性負荷は速度に比例する。C=(0,1), I is the inertia rate of the motor, and α and b are constants. Inertial load is proportional to speed.
e (t)−ν(t) −z2(t) ・・・・・・
・ α2但し0≦t≦tl
となる。e (t)−ν(t) −z2(t) ・・・・・・
・ α2 However, 0≦t≦tl.
評価間・数を
とし、制御エネルギーを最/」\にし、しかも設定速度
信号に追従するように評価する。そこでJ(min)な
る幀t)を計算する。The evaluation interval and number are set, the control energy is set to the maximum, and the evaluation is made so as to follow the set speed signal. Therefore, J (min) (t) is calculated.
H−ユ(Zl(+り−,z2(t)2+a2)+ PI
Z22
α 1
十Pz(fz+7cbv+hw−u、o)) −=
(14)・・・・・・ (16)
v (tf) = Dより
P2(、tf) = −v(tf) + x2ctf)
= ”2 Ctf) −・・(isこれ全行列の
形にまとめてみると
とお(と
P(tf) = Fu(tf−6) Pz(t)十’1
2(tf−t) a2(t)−t2ctf) = Fz
l(tf−t)P2(t) 十F22(t、7’−6)
”2(’)となる。ただしVりはスカラー愈
Q〜、(2り、(ハ)より
P2(t)= (Fl t(tf−t) −夢zsCt
f−t)) −1Fzz(tJ’−6)−F+z(tf
−6)$2(t)・・・・・・ (ハ)
’Qriノ゛(tf−t) はgD(tf−t)を求
めれば得られる。一般にJは状態せん移行列でありン前
記参考文献ゝシステム制御理論“伊藤正美著により解決
を得る〇
住(へ)に(2四を代入し
w=−(Ftx(tf−t)−Fzz(tf−6))−
”(Fzz(tf=)−Ftz(tf−6))”z(−
グ1z(tf−r)) tLτ
・・・・・・ (26)これ゛でUは町の関数として表
わされた。H-Yu(Zl(+Ri-,z2(t)2+a2)+PI
Z22 α 1 10Pz (fz+7cbv+hw-u,o)) −=
(14)... (16) From v (tf) = D, P2(,tf) = -v(tf) + x2ctf)
= ``2 Ctf) -... (is If you put all this together in the form of a matrix, then P(tf) = Fu(tf-6) Pz(t) 1'1
2(tf-t) a2(t)-t2ctf) = Fz
l(tf-t)P2(t) 10F22(t,7'-6)
``2('). However, Vri is a scalar Q~, (2ri, (c), so P2(t) = (Fl t(tf-t) - dreamzsCt
f-t)) -1Fzz(tJ'-6)-F+z(tf
-6) $2(t)... (c) 'Qri(tf-t) can be obtained by finding gD(tf-t). In general, J is a state transition matrix, and the solution is obtained from the above-mentioned reference, "System Control Theory" written by Masami Ito. tf-6))-
"(Fzz(tf=)-Ftz(tf-6))"z(-
g1z(tf-r)) tLτ
(26) Now U can be expressed as a function of town.
u= −F(t) ”z(+’)+ g(t)
”7・(27)このような計算例による処理手順を第5
図金参照して説明する0四図においてtL6は抵抗、I
oは電流源、12′は信号生成手段内のD/A変換器、
16′はコンピュータ内の中央処理装rt、 (cpv
>である。u= −F(t) ”z(+')+g(t)
”7.(27) The processing procedure using such a calculation example is explained in the fifth section.
In Figure 04, which will be explained with reference to the figure, tL6 is the resistance, I
o is a current source, 12' is a D/A converter in the signal generating means,
16' is the central processing unit rt in the computer (cpv
> is.
(α)先ず、0行列より(2υ式を手計算で求める。(α) First, calculate the (2υ formula) by hand from the 0 matrix.
(b) −u(t)=F(t)−T2(’)−!1(t
)としてF(t) 、 yct> k手計算にて求める
(tの関数として求まる。)。(b) −u(t)=F(t)−T2(′)−! 1(t
), F(t), yct>k is calculated by hand (determined as a function of t).
(c) t = QのときFCO) 、!1(0)を求
める(コンピュータによる)0
@) 1 = 1+ΔにてF(J)、y(1)を求める
。(c) FCO when t = Q) ,! Find 1(0) (by computer) Find F(J) and y(1) using 0 @) 1 = 1+Δ.
(e)後はt′fcΔ毎に増やし、FCl) 、 y(
t) fI:得る〇′) 。≦72、。(e) After that, increase every t'fcΔ, FCl), y(
t) fI: Obtain〇′). ≦72,.
以上詳述した本発明によれば、従来装置よりも)Wモー
ター金目在にコントロールでき、追従性に優れた装置を
提供できる。即゛ろ、X線管を第4図で示したA点から
B点迄全最短時間で移動させることができるので、被曝
線量の低減、良質画像の得られる放射線断層撮影装置を
提供することができる。According to the present invention described in detail above, it is possible to provide a device that can control the W motor more precisely than conventional devices and has excellent followability. Therefore, since the X-ray tube can be moved from point A to point B shown in FIG. 4 in the shortest possible time, it is possible to provide a radiation tomography apparatus that can reduce the exposure dose and provide high-quality images. can.
−4、図面の簡単な説明
第1図はモーターの制御特性図、第2図は従来の制御回
路の一例を示すブロック図、第6図は本発明の一実施例
回路のブロック図、第4図は本発明の動作説明のための
111」御特性図、第5図は本発明による主要部のtけ
、!≧に例を読切するのに用いられるブロック図である
。-4. Brief description of the drawings Fig. 1 is a control characteristic diagram of the motor, Fig. 2 is a block diagram showing an example of a conventional control circuit, Fig. 6 is a block diagram of an embodiment of the circuit of the present invention, and Fig. 4 is a block diagram showing an example of a conventional control circuit. Figure 111 is a characteristic diagram for explaining the operation of the present invention, and Figure 5 shows the main parts of the present invention. FIG. 3 is a block diagram used to read out the example in ≧.
11・・・データ入力裟飲、 12・・・信号生成手
段、1ろ・・・モーター、14・・・位置検出手段、1
5・・・速度検出手段、 16・・・フンピユータ、
17・・・D/A変換器、 18・・・フィード
バックゲイン生成手段。11...Data input device, 12...Signal generation means, 1ro...Motor, 14...Position detection means, 1
5... Speed detection means, 16... Funputer,
17...D/A converter, 18...Feedback gain generation means.
Claims (1)
断層像を得る装置において、放射線源を駆動するモータ
ーの速度特性曲線の傾きα、最大速度vmax 、ブレ
ーキ開始時刻tBに関するデータ金入力する入力装置と
、入力装置からのデータに基づい゛て速度設定信号全生
成する信号生成手段と、モーターの速度を検出する速度
検出手段と、最適制御計算を行うコンピュータと、コン
ピュータの出力及び前記速度検出手段の出力と全入力し
、速度検出信号が前記速度設定イぎ号に追従するような
フィードバックゲインを計算し、モーターに供給するフ
ィードバックイg号wf生成するフィードバックゲイン
生成手段とを有することを特徴とする制御装置。In an apparatus for obtaining a tomographic image of an arbitrary cross section of a subject by moving a radiation source, an input device for inputting data regarding a slope α of a speed characteristic curve of a motor driving the radiation source, a maximum speed vmax, and a brake start time tB; , a signal generating means for generating all speed setting signals based on data from an input device, a speed detecting means for detecting the speed of the motor, a computer for performing optimum control calculations, an output of the computer and an output of the speed detecting means. and a feedback gain generating means that calculates a feedback gain such that the speed detection signal follows the speed setting signal and generates a feedback signal wf to be supplied to the motor. Device.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP58030849A JPS59156329A (en) | 1983-02-28 | 1983-02-28 | Control apparatus in radiation tomography apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP58030849A JPS59156329A (en) | 1983-02-28 | 1983-02-28 | Control apparatus in radiation tomography apparatus |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS59156329A true JPS59156329A (en) | 1984-09-05 |
Family
ID=12315148
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP58030849A Pending JPS59156329A (en) | 1983-02-28 | 1983-02-28 | Control apparatus in radiation tomography apparatus |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS59156329A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS61106205U (en) * | 1984-12-19 | 1986-07-05 |
-
1983
- 1983-02-28 JP JP58030849A patent/JPS59156329A/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS61106205U (en) * | 1984-12-19 | 1986-07-05 |
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