微波治疗仪的功率控制系统研究

　　1引言

　　微波治疗是临床上一种新的治疗手段，利用微波在人体产生的热对患者的病变部位进行辐射，从而达到治疗目的。

　　微波管的输出容易受到电网电压、工作温度和其自身稳定性等多方面的影响，在大范围内存在非线性、滞后等特点，对于这种复杂的系统，传统的PID控制效果并不理想，并且存在参数调整不方便、抗干扰能力差、超调量大等缺点[1一2]。本文采用了传统的PID控制策略和模糊控制相结合的一种新的智能控制方法，通过协调因子来控制它们在输出中所占的权重，在系统偏差较大时，侧重于模糊控制，提高系统的响应速度;系统偏差较小时，侧重于模糊PID控制，提高系统的控制精度。同时利用模糊控制的思想对PID调节参数进行了整定，使得PID调节可根据不同的偏差情况做相应的调整。

　　2系统组成及控制原理

　　利用微波致热效应治疗原理，把生物体置于微波辐射场中完成治疗过程。仪器主要由高压开关电源、磁控管、线性电源、波导、微波探头、传感器和微控制器等组成[3]微波治疗仪的系统原理框图如图1所示。

　　2.1硬件保护策略

　　微控制器用来控制整个系统的正常运行。正弦交流电在过零点向系统申请中断，表示可以触发可控硅和继电器，合适的触发角则由系统控制，以达到所要求的功率[2.4]。功率传感器采集磁控管的输出，用来监测输出功率值，组成一个闭环控制系统。同时传感器的输出端还连在硬件保护电路上，如果控制系统出现故障，输出不受控制，则由硬件保护电路强行关断输出，增强系统的可靠性。

　　2.2软件控制策略

　　微波管的输出是一个非线性、时变的复杂系统[5.6]，选用模糊控制和PID控制相结合的方法，在控制上既有PID控制精度高、稳定性好的优点，又有模糊控制响应快的特点，软件系统的控制策略图如图2所示。由图可见，系统的输出由模糊控制的输出和PID控制的输出共同决定。系统的输出可以用以下方程来描述:

3功率控制器的设计

　　3. 1模糊控制器的结构

　　在这里我们选择微波功率偏差e，和偏差率ec作为模糊控制器的输人语言变量E和Ec，选取触发时间t作为模糊控制器的输出语言变量U，构成一个双输人单输出的模糊控制器。

　　3.2控制规则

　　根据医生的经验和模糊控制理论，可以将模糊控制规则作如下描述。

　　1)在系统偏差较大时，应取较小的a;系统偏差较小时，应取较大的a[7.8]

　　2)系统偏差较大时，为加快系统响应速度应取较大Kp;同时为避免开始时e的瞬时变大可能出现的微分过饱和而使控制作用超出许可范围，应取较小Kp;为防止出现较大超调，产生积分饱和，应对积分加以限制，取Ki为零。