医用质子加速器数字化扫描电源技术的研究

《医用质子加速器数字化扫描电源技术的研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、密级:硕士学位论文医用质子加速器数字化扫描电源技术的研究作者姓名：朱晓慧指导教师:李瑞研究员中国科学院上海应用物理研究所学位类别:工学硕士学科专业:信号与信息处理研究所:中国科学院上海应用物理研究所2015年4月ResearchonDigitalScanningPowerSupplyTechnologyinProtonAcceleratorforMedicalUseByZhuXiaohuiADissertationSubmittedtoTheUniversityofChineseAcademyofSciencesInpartia

2、lfulfillmentoftherequirementForthedegreeofMasterofSignalandInformationProcessingShanghaiInstituteofAppliedPhysicsChineseAcademyofSciences4,2015摘要摘要在癌症的放射治疗领域，质子因其优良的Bragg峰特性具有突出的治疗优势。在质子治疗装置中，扫描电源位于治疗头位置，治疗头对扫描电源的精度、速度、稳定度等有着较高的指标要求。本文通过调研世界上现有的一些质子和重离子治疗装置扫描电源的方案，为扫

3、描电源的设计提供了参考。电源系统离不开控制环节，数字式控制方式已成为开关电源控制的主流形式，数字化电源控制器是实现电源数字控制的核心。本文通过开发设计新版本数字化电源控制器的上层用户监控界面，实现了电源参数的修改设定、状态监控、下装表的生成和动态触发等功能，用户通过上层界面就可以对电源控制器进行本地端或远程端的操作。本文采用MATLAB中的Simulink组件对扫描电源进行仿真设计，从而得到了扫描电源的电压、电流以及功率的工作特性。通过主电路的频域分析发现主滤波器产生的谐振极点会对系统的闭环稳定性造成较大的影响，同时也不利于系统

4、控制带宽的提升。因此本文在扫描电源的负载两端并联RC补偿支路，对滤波器产生的谐振极点进行补偿，从而扩展了系统的控制带宽，提高了系统的稳定性，最终仿真得系统的闭环带宽可以达到1kHz，满足电源的速度指标要求。为了验证仿真的正确性，从实验室现有条件出发，对一台小功率电源进行几项性能指标测试。实验测得该电源的调节时间为0.4ms，电源带宽为1kHz，测试结果表明该电源能够满足扫描电源的指标要求。充分验证了该仿真设计的可行性，为今后实际扫描电源的研制提供了重要参考。关键词：质子治疗，扫描磁铁电源，PID控制，数字化IAbstractAb

5、stractProtonhasgreatadvantagesinthefieldofcancerradiotherapybecauseofitsgoodcharacteristicofBraggpeak.Scanningpowersuppliesareplacedinthenozzleoftheprotontherapydeviceandtheyarerequiredhighaccuracy,highspeedandhighstability.Inthispaper，somesurveysontheschemeofscannin

6、gpowersuppliesofexistingprotonorheavyiontherapydevicesintheworldprovidereferenceforthedesignofscanningpowersupplies.Powersupplycannotworkwithoutcontrolsystemandbecausedigitalcontrolmodehasbecomeincreasinglypopularforthecontrolofswitchingpowersupplies,thus,digitalpowe

7、rcontrollerbecomesthekeypartofdigitalcontrolsystem.Oneofmyworkistodesigntheinterfaceforuserstomonitorthenewdigitalpowercontrollerssoastomodifyparameters,tomonitorreal-timestate,todownloaddigitalwaveformsandtotriggerwaveformsforthepowersupplies.Withthehelpoftheinterfa

8、ce,userscancontrolthepowercontrollereitheratlocalplacesoratremoteplaces.SimulationdesignforthepowersupplyisconductedwithSimulinkinM