正电子发射断层扫描仪（PET）中运动控制系统的设计
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摘要
正电子发射断层扫描仪(PET)是核医学仪器中一种具有较高特异性的功能成像设备，它能够对心脑血管疾病及肿瘤病变进行早期的无损诊断，在现代核医学领域里起着十分重要的作用。本文是在介绍正电子发射断层扫描仪的系统结构及工作原理的基础上，研究了运动控制系统的实现方案，并着重对该仪器的检查床运动控制系统的软硬件设计作了深入的分析。
文章的第一部分和第二部分主要就PET系统的特点、工作原理及系统内各模块设计作了简要描述，突出了运动控制系统在PET中的地位和作用。接着对各种电机做了比较，确定了利用交流同步伺服电机的混合闭环位置伺服系统控制方案。
文章的第三部分和第四部分介绍了检查床运动控制系统的硬件设计。首先，介绍了微控制器80C196KC的特点及其高速输入口和高速输出口的功能。此后，详细介绍了以80C196KC为核心的最小系统电路、指令脉冲生成电路、位置检测电路、开关量处理电路和串行通信转换电路。在软件上，结合检查床的运动要求，介绍了系统完成各种任务的控制思想，并给出了特殊梯形速度控制曲线的调速办法。
文章的第五部分对系统的精度问题做了详细的分析，提出了一些精度误差补偿的方法。最后结合检查床存在的因几何变形而影响系统定位精度的问题，提出了相应的解决办法，改善了检查床的定
位精度。
在文章的第六部分分析了PET系统运动控制系统设计中出现的
各种干扰，并针对这些干扰提出了具体的硬件和软件抗干扰措施，
保证了系统的稳定运行。最后，对所做的工作进行了讨论。
Positron emission tomography (PET) is the functional imaging equipment with good specificity among the modern nuclear medicine instruments. It can make the noninvasive diagnosis of coronary artery disease (CAD), brain disease and tumor in their early changes. Therefore, it plays a very important role in the field of modern iatrology. Based on the introduction of the systematic structure and working principle of PET, the thesis mainly described the realization of the partial function in the medical bed motive control system.
In the first part of this thesis, the characteristics, working principle and mode designs of the PET system were described with the emphasis on the role of motion control system in the PET system. Then after the comparing with some motors, the projects of hybrid closed loop position servo system with AC synchronization servomotor were developed in the second part.
The third part mainly described the hardware design of patient bed motion control system. First, this thesis introduced the character of the microprocessor 80C196KC and its functions of high speed input(HSI) and high speed output(HSO) units. Then this thesis described some main modules of this system, such as the minimum system circuit
of 80C196KC, the pulse generator circuit, position detection circuit, switch signal process and serial transfer circuit. In the fourth part, based on the moving request of the patient bed, this thesis introduced the control idea how to finish the system's tasks, including the mode of speed regulation with the special speed control curve graph.
In the fifth part, after analyzing the problem of the system's precision detailedly, this thesis introduced some designs to compensate the accuracy. Then, aimed at orientation precision problem in the bed due to the geometric deformation, this thesis put forward the compensatory approach and comparing result.
In the last part, the conclusion and expectation of this thesis was given.
文章的第一部分和第二部分主要就PET系统的特点、工作原理及系统内各模块设计作了简要描述，突出了运动控制系统在PET中的地位和作用。接着对各种电机做了比较，确定了利用交流同步伺服电机的混合闭环位置伺服系统控制方案。
文章的第三部分和第四部分介绍了检查床运动控制系统的硬件设计。首先，介绍了微控制器80C196KC的特点及其高速输入口和高速输出口的功能。此后，详细介绍了以80C196KC为核心的最小系统电路、指令脉冲生成电路、位置检测电路、开关量处理电路和串行通信转换电路。在软件上，结合检查床的运动要求，介绍了系统完成各种任务的控制思想，并给出了特殊梯形速度控制曲线的调速办法。
文章的第五部分对系统的精度问题做了详细的分析，提出了一些精度误差补偿的方法。最后结合检查床存在的因几何变形而影响系统定位精度的问题，提出了相应的解决办法，改善了检查床的定
位精度。
在文章的第六部分分析了PET系统运动控制系统设计中出现的
各种干扰，并针对这些干扰提出了具体的硬件和软件抗干扰措施，
保证了系统的稳定运行。最后，对所做的工作进行了讨论。
Positron emission tomography (PET) is the functional imaging equipment with good specificity among the modern nuclear medicine instruments. It can make the noninvasive diagnosis of coronary artery disease (CAD), brain disease and tumor in their early changes. Therefore, it plays a very important role in the field of modern iatrology. Based on the introduction of the systematic structure and working principle of PET, the thesis mainly described the realization of the partial function in the medical bed motive control system.
In the first part of this thesis, the characteristics, working principle and mode designs of the PET system were described with the emphasis on the role of motion control system in the PET system. Then after the comparing with some motors, the projects of hybrid closed loop position servo system with AC synchronization servomotor were developed in the second part.
The third part mainly described the hardware design of patient bed motion control system. First, this thesis introduced the character of the microprocessor 80C196KC and its functions of high speed input(HSI) and high speed output(HSO) units. Then this thesis described some main modules of this system, such as the minimum system circuit
of 80C196KC, the pulse generator circuit, position detection circuit, switch signal process and serial transfer circuit. In the fourth part, based on the moving request of the patient bed, this thesis introduced the control idea how to finish the system's tasks, including the mode of speed regulation with the special speed control curve graph.
In the fifth part, after analyzing the problem of the system's precision detailedly, this thesis introduced some designs to compensate the accuracy. Then, aimed at orientation precision problem in the bed due to the geometric deformation, this thesis put forward the compensatory approach and comparing result.
In the last part, the conclusion and expectation of this thesis was given.
引文
[1] 康晓东．现代医学影像技术．天津：天津科技翻译出版公司，1999
[2] 唐孝威．核医学和放射治疗技术．北京：北京医科大学出版社，2001
[3] 潘新民，王燕芳．单片机微型计算机实用系统设计．北京：人民邮电出版社，1992
[4] 赵书俊，刘力．正电子发射断层扫描仪(PET)的原理及临床应用．北京：仪器仪表学报 2000
[5] 赵书俊 核医学图象定量分析方法及正电子发射断层扫描仪(PET)的研制博士后研究报告北京：中国协和医科大学，2002
[6] 秦忆．现代交流伺服系统．武汉：华中理工大学出版社，1995
[7] 高钟毓．机电控制工程(第2版)． 北京：清华大学出版社，2002
[8] 白恩远．现代数控机床伺服及检测技术．北京：国防工业出版社，2002
[9] 李佳．数控机床及应用．北京：清华大学出版社，2001
[10] 秦继荣．现代直流伺服控制技术及其系统设计．北京：机械工业出版社，1993
[11] 张斌．具有多种电机控制模式的伺服驱动器的研究．北京：电工电能新技术，1999，1
[12] 孙志刚．基于80C196KC的交流伺服电机控制卡的开发与应用．贵州：机械与电子，1999，3
[13] 摩托罗拉捷克Rosonov实验室．电机控制应用方案(上)．北京：电子产品世界，1999，8
[14] 朱惠明．基于单片机的直流伺服电机转速控制实验系统．济南：山东建材学院学报，1999，2
[15] 江思敏．全数字反馈高性能直线伺服电机的机电系统设计．武汉：中国机械工程，2002，6
[16] 王生铁．伺服电机驱动的刻绘机控制系统的设计与实现．天津：电气传动，2002，1
[17] 盛斌．基于伺服电机直接驱动的折弯机同步位置控制．广州：机床与液压，2002，2
[18] 赵秀菊，刘江．单片机微机8XC196原理及应用．南京：东南大学出版社，1994
[19] 徐爱卿．Intel16位单片机．北京：北京航空航天大学出版社，2002
[20] 程俊．Inte180C196单片机应用实践与C语言开发．北京：北京航空航天大学出版社，2000
[21] 陈小惠．基于8098单片机高速输出单元(HSO)的步进电机控制．镇江：华东船舶工业学院学报，1995，4
[22] 齐怀印．高级逻辑器件与设计．北京：电子工业出版社，1996
[23] 卢瑞英．GAL器件在步进电机控制中的应用．天津：电气传动1997，5
[24] 童诗白．模拟电子技术基础．北京：清华大学出版社，1988
[25] 阎石．数字电子技术基础．北京：高等教育出版社，1989
[26] 高晓康．几何精度设计与检测．上海：上海交通大学出版社，2002
[27] 田贵云．高速往复运动结构重复定位精度测量技术研究．北京：现代计量测试，1996，1
[28] 张松春．电子控制设备抗干扰技术及其应用．北京：机械工业出版社，1994
[29] 白同云．电磁兼容技术．北京：北京邮电大学出版社，2001
[30] 高攸纲．电磁兼容总论．北京：北京邮电大学出版社，2001
[31] 交流伺服电机驱动器使用说明书
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