摘要：旋轉(zhuǎn)機(jī)架是質(zhì)子放療設(shè)備的重要組成部分，其主要特點(diǎn)是質(zhì)量大、尺寸大、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大，運(yùn)行時(shí)需要保證機(jī)架平穩(wěn)加減速啟停及精準(zhǔn)定位。針對(duì)旋轉(zhuǎn)機(jī)架的定位控制需求，對(duì)控制系統(tǒng)的硬件、軟件部分進(jìn)行了選型、設(shè)計(jì)，研究了系統(tǒng)的控制模型，并進(jìn)行了參數(shù)整定，開發(fā)了一套基于PLC 的質(zhì)子治療旋轉(zhuǎn)機(jī)架定位控制系統(tǒng)。現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果表明：開發(fā)的質(zhì)子治療旋轉(zhuǎn)機(jī)架定位控制系統(tǒng)能夠保證旋轉(zhuǎn)機(jī)架在-180?～180?角度范圍、轉(zhuǎn)速1 r/min 的條件下，角度定位精度達(dá)到0.011 3?，滿足質(zhì)子放療設(shè)備的工作要求。

　　團(tuán)隊(duì)介紹

　　團(tuán)隊(duì)合影照片

　　華中科技大學(xué)裝備數(shù)字化控制課題組，由導(dǎo)師龔時(shí)華教授及帶領(lǐng)的6位博士研究生、4位碩士研究生組成。團(tuán)隊(duì)依托于華中科技大學(xué)機(jī)械科學(xué)與工程學(xué)院“制造裝備數(shù)字化國(guó)家工程研究中心”，主要研究方向?yàn)檠b備自動(dòng)化控制，數(shù)控技術(shù)，視覺伺服等。

　　研究背景

　　本篇論文選題來源于國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“基于超導(dǎo)回旋加速器的質(zhì)子放療裝備研發(fā)”項(xiàng)目子課題“質(zhì)子治療旋轉(zhuǎn)機(jī)架”(項(xiàng)目編號(hào)：2016YFC0105306)。

　　近年來，針對(duì)惡性腫瘤的治療，放射治療起著重要的作用，其中，質(zhì)子治療經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的探索后，已經(jīng)成為當(dāng)前放療領(lǐng)域的一大前沿?zé)狳c(diǎn)。旋轉(zhuǎn)機(jī)架是質(zhì)子放療設(shè)備的重要組成部分，其主要特點(diǎn)是質(zhì)量大、尺寸大、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大，因此對(duì)電機(jī)選型與運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)有更高的要求。

　　本文針對(duì)質(zhì)子放療設(shè)備旋轉(zhuǎn)機(jī)架的定位控制技術(shù)開展研究，開發(fā)了一套基于PLC的質(zhì)子治療旋轉(zhuǎn)機(jī)架定位控制系統(tǒng)，以滿足質(zhì)子放療設(shè)備的工作要求。

　　研究成果解讀

　　本文針對(duì)質(zhì)子治療旋轉(zhuǎn)機(jī)架質(zhì)量大、尺寸大、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大、定位精度要求高等特點(diǎn)，設(shè)計(jì)開發(fā)的一套大慣量質(zhì)子治療旋轉(zhuǎn)機(jī)架定位控制系統(tǒng)，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，該定位控制系統(tǒng)能夠保證旋轉(zhuǎn)機(jī)架在-180?～180?角度范圍、轉(zhuǎn)速1 rpm的條件下，角度定位精度達(dá)到0.0113?，滿足旋轉(zhuǎn)機(jī)架的定位要求，為質(zhì)子放療設(shè)備的運(yùn)行提供了保障。

　　研究路線 

　　研究路線圖

　　本文針對(duì)質(zhì)子放療設(shè)備旋轉(zhuǎn)機(jī)架的定位控制技術(shù)開展研究，為保證其定位精度和運(yùn)動(dòng)性能，并考慮到多運(yùn)動(dòng)模式以及系統(tǒng)可靠性要求，開發(fā)了一套基于PLC的質(zhì)子治療旋轉(zhuǎn)機(jī)架定位控制系統(tǒng)，對(duì)其硬件、軟件部分進(jìn)行了選型、設(shè)計(jì)，研究其運(yùn)動(dòng)控制模型，并進(jìn)行了參數(shù)的整定，最后通過質(zhì)子治療旋轉(zhuǎn)機(jī)架的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)驗(yàn)證了該定位控制系統(tǒng)能夠滿足放療過程中的控制要求。

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