本发明涉及医疗设备，具体是一种减小放射治疗损害比的多叶准直器建模及控制方法。
背景技术：
1、多叶准直器是肿瘤治疗中常用的一种适形放射医疗设备，通过射线治疗机对癌变区域进行适形治疗，以实现放射治疗损害比的降低。放射治疗损害比，即在放射治疗中最大可能的将放射线照射于病变靶区内，而使周围正常组织少受或不受照射。
2、多叶准直器放射治疗适形是由众多叶片的协同运动来完成的。而每个叶片的运动是通过伺服电机的转动带动丝杠、丝杠带动叶片，实现的叶片的直线运动。然而，叶片与叶片之间存在机械摩擦，这种摩擦必然会使每个叶片的到位精度出现偏差；而每个叶片运动的快速性和位置控制精度又是多叶准直器在放射治疗适形中要求较高的。因此，为了提高每个叶片到位的快速性和控制精度，研究一种减小放射治疗损害比的多叶准直器建模及控制方法具有重要的现实意义。
3、目前，对多叶准直器控制的研究有一些参考文献，诸如论文《基于模糊自适应pid的多叶光栅双闭环控制》和专利《一种基于交叉耦合的多叶准直器叶片协同工作的控制方法》。然而，上述文献中对多叶准直器中叶片的建模仅仅在电机部分，这并不完整；同时上述文献中认为电机的输入是电压或电流信号，而实际输入应为脉宽调制(pwm)信号；此外，上述设计并没有达到多叶准直器放射治疗适形中叶片运动快速性的要求。
4、有鉴于目前设计存在的问题，特提出本专利申请。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种减小放射治疗损害比的多叶准直器建模及控制方法，以解决现有系统叶片建模不完整、电机输入信号不明确及多叶准直器放射治疗适形中叶片运动快速性不高的问题，使多叶准直器放射治疗适形中每个叶片的到位快速性和控制精度都得到提升，并有效减小放射治疗损害比。
2、为了实现上述目的，本发明提供一种减小放射治疗损害比的多叶准直器建模及控制方法，包括：
3、一种减小放射治疗损害比的多叶准直器建模及控制方法，建立多叶准直器放射治疗适形中单个叶片的数学模型；接着依据上述模型，建立系统的状态方程并给出系统的控制目标；然后采用叶片的位置跟踪误差结合快速鲁棒控制，设计叶片位置跟踪器；多叶准直器中叶片的控制单元通过所述位置跟踪误差控制器，获得伺服电机转动所需的pwm信号并发送给电机驱动器，驱动电机转动并带动丝杠及叶片的直线运动，实现叶片的位置控制。
4、作为优选，所述建立多叶准直器放射治疗适形中单个叶片的数学模型的具体过程包括：
5、1)与多叶准直器各叶片相连丝杠的数学模型为
6、s＝s0θ/(2πh) (1)
7、其中，s为叶片的位置；s0为丝杠导程；θ为电机的角位置；h为丝杠的齿轮减速比。
8、2)在伺服电机中以pwm作为电机的控制输入信号，并考虑多叶准直器各叶片之间存在的摩擦，则伺服电机的数学模型建立为
9、
10、其中，ω为电机的旋转角速度；i、r和l分别表示电枢电流、电阻和电感；j是转动惯量；σv表示输入到电机的脉宽调制(pwm)；rt、ke和v分别为转矩常数、反电动势常数和pwm的输入增益；kf表示粘性摩擦系数；
11、3)多叶准直器放射治疗适形中每个叶片的数学模型为
12、
13、作为优选，所述建立系统的状态方程并给出系统的控制目标为：
14、1)多叶准直器单叶片系统的状态方程为
15、
16、其中，x1＝s，u＝σv，
17、2)单叶片系统的控制目标：
18、多叶准直器放射治疗适形单叶片系统的控制目标为：在叶片与叶片之间存在摩擦的情况下，叶片的位置跟踪误差能够快速的收敛到0，从而保证叶片实际运动位置与预期位置保持一致。
19、作为优选，所述采用叶片的位置跟踪误差结合快速鲁棒控制，设计叶片位置跟踪器为
20、1)多叶准直器单叶片位置跟踪误差为
21、σ＝x1-x1d＝s-sd (5)
22、其中，x1d＝sd为叶片的期望位置；
23、对方程(5)求一次导数有：
24、
25、再次求导有：
26、
27、2)选取变量γ将变量σ和结合在一起为
28、
29、其中，c为正实数，α和β为正奇数，满足1＜α/β＜2；
30、对方程(8)求导并将方程(4)代入有：
31、
32、3)结合快速鲁棒控制，设计的叶片位置跟踪器为
33、
34、其中，ε为正常数，且|d|＜ε。
35、本发明提出的一种减小放射治疗损害比的多叶准直器建模及控制方法，可以建立多叶准直器放射治疗适形中叶片的完整模型；采用pwm信号作为电机的控制输入，可以更好的理解伺服电机驱动叶片运动的原理。此外，通过设计快速的鲁棒跟踪器，使多叶准直器放射治疗适形中叶片运动的快速性和到位精度都得到提升，有效减小放射治疗损害比。
1.一种减小放射治疗损害比的多叶准直器建模及控制方法，其特征在于：建立多叶准直器放射治疗适形中单个叶片的数学模型；接着依据上述模型，建立系统的状态方程并给出系统的控制目标；然后采用叶片的位置跟踪误差结合快速鲁棒控制，设计叶片位置跟踪器；多叶准直器中叶片的控制单元通过所述位置跟踪误差控制器，获得伺服电机转动所需的pwm信号并发送给电机驱动器，驱动电机转动并带动丝杠及叶片的直线运动，实现叶片的位置控制。
2.根据权利要求1所述的一种减小放射治疗损害比的多叶准直器建模及控制方法，其特征在于：
3.根据权利要求2所述的一种减小放射治疗损害比的多叶准直器建模及控制方法，其特征在于：
4.根据权利要求3所述的一种减小放射治疗损害比的多叶准直器建模及控制方法，其特征在于：
