X射线管高压电源设计及稳压控制方法研究

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自X射线发现以来,X射线在医学和工业生产中得到了广泛的应用。传统的x射线管采用工频整流高压电源,电源体积庞大、效率低、功耗高,输出x射线的稳定性差。本文将开关电源技术和单片微型计算机控制技术应用到X射线管高压电源的研制中,设计并研制了一台最高输出30KV直流电压,最大输出2.5mA管电流的X射线管高压电源,并且对高压电源稳压控制方法进行了研究。本论文的主要研究内容如下:(1)首先阐述了课题的背景,介绍了X射线发射原理及射线管伏安特性曲线,在了解国内外X射线管高压电源系统的基础上,提出了该高压电源的性能指标,分析了本系统的结构组成和实现原理,以及本系统的硬件、软件总体结构设计。(2)设计了X射线管高压电源控制系统。本系统以DSP芯片TMS320F2812为核心,实现直流高压、管电流稳定输出,过压过流保护及指示和直流高压、管电流显示等功能;通过CAN总线与上位机通信,接受上位机远程控制以及将电压电流采样信号发送给上位机。(3)设计了x射线管高压电源硬件电路,对高压电源的主要功能模块进行分析,详细介绍了各模块电路的设计方法和参数计算。在硬件基础上对X射线管高压电源进行软件开发,对系统各模块初始化程序和功能程序进行了介绍。(4)对系统稳压控制方法进行研究。为获得稳定性高的输出电压,高压电源须采用闭环控制。本系统在选用PID控制方法实现稳压的基础上,对滑模变结构控制方法在本系统中的控制效果进行了探讨:在开环系统数学模型建立的基础上,利用Matlab/Simulink仿真,比较了两种控制方法的动态性能和鲁棒性。仿真结果证明了滑模变结构控制在本系统中的优势。
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