本發(fā)明涉及電源控制，特別是一種x射線發(fā)生裝置的電源控制方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、隨著x射線成像技術(shù)的廣泛應(yīng)用，對x射線發(fā)生裝置的電源控制精度和動態(tài)響應(yīng)能力提出了更高要求。傳統(tǒng)電源控制方法多采用開環(huán)式電壓電流調(diào)節(jié)機制，存在響應(yīng)滯后、參數(shù)匹配度低的技術(shù)瓶頸，尤其在瞬態(tài)工況下易引發(fā)x射線管陰極發(fā)射電流波動，導(dǎo)致管電壓紋波增大及焦點穩(wěn)定性下降?，F(xiàn)有技術(shù)雖嘗試引入pid反饋調(diào)節(jié)，但未能有效解決高頻逆變器驅(qū)動特性與負(fù)載動態(tài)特性的非線性耦合問題，且在長時間工作過程中，功率器件溫升引發(fā)的熱電子發(fā)射效應(yīng)會顯著改變x射線管等效阻抗特性，造成預(yù)設(shè)工作曲線偏移。此外，常規(guī)脈寬調(diào)制策略往往忽視紋波頻譜特征與開關(guān)時序的關(guān)聯(lián)性，導(dǎo)致電磁干擾抑制效果受限。這些問題共同制約了x射線輸出劑量的精準(zhǔn)控制，影響成像分辨率并加速管體老化。因此，亟需構(gòu)建融合多物理場參數(shù)實時交互的智能控制體系，通過動態(tài)補償機制實現(xiàn)電源特性與x射線管工作狀態(tài)的深度適配，從而提升系統(tǒng)能效比與輸出穩(wěn)定性。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種x射線發(fā)生裝置的電源控制方法及系統(tǒng)。

2、為達(dá)到上述目的本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

3、本發(fā)明第一方面公開了一種x射線發(fā)生裝置的電源控制方法，包括以下步驟：

4、實時檢測x射線管工作狀態(tài)參數(shù)，根據(jù)預(yù)設(shè)的電壓-電流特性曲線生成對應(yīng)的電壓/電流偏差修正量；

5、基于所述電壓/電流偏差修正量動態(tài)調(diào)整高頻逆變器的驅(qū)動頻率，同時采集電源輸出端反饋的紋波特征量形成閉環(huán)修正因子；

6、將所述閉環(huán)修正因子與x射線管陰極發(fā)射電流變化率進(jìn)行耦合分析，生成脈寬調(diào)制信號的相位補償指令；

7、根據(jù)所述相位補償指令重構(gòu)功率開關(guān)器件的觸發(fā)時序圖譜，同步注入管體熱力學(xué)參數(shù)進(jìn)行占空比二次修正；

8、通過迭代優(yōu)化所述觸發(fā)時序圖譜與占空比修正值的匹配關(guān)系，生成多參數(shù)協(xié)同控制指令。

9、優(yōu)選地，實時檢測x射線管工作狀態(tài)參數(shù)，根據(jù)預(yù)設(shè)的電壓-電流特性曲線生成對應(yīng)的電壓/電流偏差修正量，具體為：

10、對x射線管的陽極電壓與陰極電流進(jìn)行并行數(shù)據(jù)采集，通過動態(tài)噪聲抑制方法濾除時域響應(yīng)波形中的高頻噪聲分量；

11、將濾波后的電壓-電流參數(shù)與預(yù)設(shè)電壓-電流特性曲線的分段斜率進(jìn)行逐點比對，提取超出容差區(qū)間的異常波動段并標(biāo)記為特征譜；

12、將特征譜中相鄰波動段的幅值差異與持續(xù)時間進(jìn)行非線性加權(quán)，生成包含相位偏移信息的復(fù)合偏差信號；

13、基于復(fù)合偏差信號的能量分布特性，采用模式識別分類器將偏差類型劃分為瞬態(tài)過沖、穩(wěn)態(tài)偏移及諧波振蕩三類，并輸出對應(yīng)的誤差類型標(biāo)簽；

14、針對誤差類型標(biāo)簽選擇不同的補償策略；其中，瞬態(tài)過沖采用快速抑制策略，穩(wěn)態(tài)偏移采用漸進(jìn)調(diào)整策略，諧波振蕩采用相位同步修正策略；

15、基于所選補償策略，實時調(diào)整預(yù)設(shè)電壓-電流特性曲線的參考值，生成新的基準(zhǔn)參數(shù)；

16、將所述新的基準(zhǔn)參數(shù)與陽極電壓/陰極電流的實際檢測值的差值，作為電壓/電流偏差修正量。

17、優(yōu)選地，基于所述電壓/電流偏差修正量動態(tài)調(diào)整高頻逆變器的驅(qū)動頻率，同時采集電源輸出端反饋的紋波特征量形成閉環(huán)修正因子，具體為：

18、將電壓/電流偏差修正量映射為驅(qū)動頻率的初始調(diào)整量，并同步采集高頻逆變器輸出端的時域紋波波形；

19、對所述時域紋波波形進(jìn)行時頻脊線追蹤，提取紋波分量的基波偏移度及諧波群聚區(qū)間的能量密度分布，構(gòu)建包含幅頻耦合特性的紋波特征向量；

20、基于所述紋波特征向量的能量密度分布，分析逆變器開關(guān)器件的導(dǎo)通損耗趨勢，生成與驅(qū)動頻率調(diào)整量聯(lián)動的紋波抑制權(quán)重系數(shù)；

21、將所述紋波抑制權(quán)重系數(shù)與初始調(diào)整量輸入動態(tài)耦合器，根據(jù)逆變器當(dāng)前工作模態(tài)切換幅值-相位補償規(guī)則，確定驅(qū)動頻率的瞬態(tài)補償梯度及穩(wěn)態(tài)偏移補償量；

22、根據(jù)預(yù)設(shè)融合比例將所述瞬態(tài)補償梯度及穩(wěn)態(tài)偏移補償量進(jìn)行融合，再經(jīng)過相位同步校準(zhǔn)后生成具有時變特性的閉環(huán)修正因子。

23、優(yōu)選地，將所述閉環(huán)修正因子與x射線管陰極發(fā)射電流變化率進(jìn)行耦合分析，生成脈寬調(diào)制信號的相位補償指令，具體為：

24、建立閉環(huán)修正因子與陰極發(fā)射電流變化率的動態(tài)關(guān)聯(lián)矩陣，通過交叉相關(guān)分析提取兩者在時域上的相位滯后特征；

25、基于所述相位滯后特征，對陰極電流變化率波形進(jìn)行分段平滑處理，生成具有時變增益特性的電流調(diào)制系數(shù)；

26、將所述電流調(diào)制系數(shù)與閉環(huán)修正因子輸入非線性耦合器，根據(jù)x射線管當(dāng)前工作模式選擇對應(yīng)的耦合權(quán)重分配策略，確定脈寬調(diào)制信號的基波相位偏移量；其中，所述工作模式包括連續(xù)曝光模式與脈沖調(diào)制模式；

27、通過基波相位偏移量反演開關(guān)周期內(nèi)的脈沖占空比分布，結(jié)合預(yù)設(shè)的死區(qū)時間約束條件，生成包含前沿補償和后沿延遲的相位補償指令。

28、優(yōu)選地，根據(jù)x射線管當(dāng)前工作模式選擇對應(yīng)的耦合權(quán)重分配策略，確定脈寬調(diào)制信號的基波相位偏移量，具體為：

29、建立x射線管工作模式識別模塊，通過分析陰極發(fā)射電流的占空比特征和上升沿斜率，判定當(dāng)前處于連續(xù)曝光模式或脈沖調(diào)制模式；

30、在連續(xù)曝光模式下，則對閉環(huán)修正因子和電流變化率進(jìn)行加權(quán)平均，生成以穩(wěn)態(tài)精度為主導(dǎo)的耦合權(quán)重系數(shù)；

31、在脈沖調(diào)制模式下，則通過提取電流變化率的峰值區(qū)間與閉環(huán)修正因子的突變點并進(jìn)行動態(tài)匹配，生成以快速跟蹤為主導(dǎo)的耦合權(quán)重系數(shù)；

32、將所述耦合權(quán)重系數(shù)輸入相位偏移計算器，在連續(xù)曝光模式下采用最小二乘法擬合基波相位偏差趨勢，而在脈沖調(diào)制模式下則采用峰值鎖定法捕捉主導(dǎo)諧波的相位跳變點；

33、最終基于所選計算模式輸出脈寬調(diào)制信號的基波相位偏移量；其中，連續(xù)曝光模式下的偏移量用于修正穩(wěn)態(tài)波形失真，脈沖調(diào)制模式下的偏移量用于補償快速切換時的相位滯后。

34、優(yōu)選地，根據(jù)所述相位補償指令重構(gòu)功率開關(guān)器件的觸發(fā)時序圖譜，同步注入管體熱力學(xué)參數(shù)進(jìn)行占空比二次修正，具體為：

35、將相位補償指令輸入時序重構(gòu)引擎，通過脈沖寬度-相位解耦法分離出功率開關(guān)器件的導(dǎo)通相位基準(zhǔn)點和關(guān)斷相位基準(zhǔn)點，生成初始觸發(fā)時序圖譜；

36、同步采集x射線管體溫度梯度分布數(shù)據(jù)并計算管體各區(qū)域的散熱效率系數(shù)，將管體各區(qū)域的散熱效率系數(shù)映射為允許的最大占空比衰減梯度；

37、將初始觸發(fā)時序圖譜與最大占空比衰減梯度輸入動態(tài)約束優(yōu)化器，采用熱-電耦合算法對導(dǎo)通相位基準(zhǔn)點進(jìn)行溫度自適應(yīng)調(diào)整，生成具有熱保護(hù)特性的優(yōu)化觸發(fā)時序；

38、根據(jù)管體溫度變化率與預(yù)設(shè)熱時間常數(shù)的比值，動態(tài)調(diào)節(jié)關(guān)斷相位基準(zhǔn)點的延遲補償量，再結(jié)合初始觸發(fā)時序圖譜的占空比參數(shù)生成溫度自適應(yīng)的占空比修正值；

39、將所述占空比修正值與關(guān)斷相位基準(zhǔn)點重新整合，形成二次修正后的觸發(fā)時序圖譜。

40、優(yōu)選地，通過迭代優(yōu)化所述觸發(fā)時序圖譜與占空比修正值的匹配關(guān)系，生成多參數(shù)協(xié)同控制指令，具體為：

41、建立觸發(fā)時序圖譜與占空比修正值的動態(tài)關(guān)聯(lián)矩陣，通過多目標(biāo)優(yōu)化算法分析兩者在時域上的協(xié)同匹配度，生成初始協(xié)同控制參數(shù)集；

42、同步采集x射線管的輸出x射線強度，提取所述輸出x射線強度與各控制參數(shù)的靈敏度系數(shù)；

43、將所述靈敏度系數(shù)輸入自適應(yīng)權(quán)重分配器，根據(jù)當(dāng)前工作階段動態(tài)調(diào)整觸發(fā)時序與占空比在控制模型中的權(quán)重比例；

44、基于歷史控制效果數(shù)據(jù)對初始協(xié)同控制參數(shù)集進(jìn)行在線優(yōu)化，生成具有時變特性的參數(shù)修正向量；

45、將參數(shù)修正向量注入模糊推理引擎，結(jié)合管體溫度、陰極電流變化率的邊界條件，生成多參數(shù)協(xié)同控制指令。

46、優(yōu)選地，基于歷史控制效果數(shù)據(jù)對初始協(xié)同控制參數(shù)集進(jìn)行在線優(yōu)化，生成具有時變特性的參數(shù)修正向量，具體為：

47、建立歷史控制效果數(shù)據(jù)庫，存儲包括x射線強度穩(wěn)定性指標(biāo)、電源效率參數(shù)及管體熱力學(xué)狀態(tài)在內(nèi)的多維度歷史運行數(shù)據(jù)；

48、對多維度歷史運行數(shù)據(jù)進(jìn)行動態(tài)加權(quán)，形成時效特征向量，將時效特征向量輸入?yún)?shù)敏感性分析器，確定各協(xié)同控制參數(shù)對系統(tǒng)性能的影響權(quán)重；

49、基于影響權(quán)重生成參數(shù)優(yōu)化優(yōu)先級序列，并采用漸進(jìn)式調(diào)整策略對高優(yōu)先級參數(shù)進(jìn)行定向優(yōu)化；

50、將優(yōu)化結(jié)果與實時系統(tǒng)反饋進(jìn)行比對，動態(tài)更新參數(shù)修正向量的調(diào)整步長和方向，最終生成包含時變特性參數(shù)的修正向量。

51、優(yōu)選地，將參數(shù)修正向量注入模糊推理引擎，結(jié)合管體溫度、陰極電流變化率的邊界條件，生成多參數(shù)協(xié)同控制指令，具體為：

52、將參數(shù)修正向量輸入模糊控制器，并其轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)化模糊變量；

53、同時實時監(jiān)測管體溫度分布和陰極電流變化率，經(jīng)邊界條件檢測電路生成允許工作區(qū)間；

54、將模糊變量與允許工作區(qū)間輸入模糊規(guī)則庫，根據(jù)x射線管當(dāng)前工作模式激活對應(yīng)的控制規(guī)則集；

55、對輸出的控制規(guī)則集進(jìn)行解析，獲取電壓-電流基準(zhǔn)值、驅(qū)動頻率和觸發(fā)時序的初步調(diào)整量；

56、按照各初步調(diào)整量對溫度敏感性和響應(yīng)速度的要求確定執(zhí)行順序，生成多參數(shù)協(xié)同控制指令。

57、本發(fā)明第二方面公開了一種x射線發(fā)生裝置的電源控制系統(tǒng)，所述電源控制系統(tǒng)包括存儲器與處理器，所述存儲器中存儲有x射線發(fā)生裝置的電源控制方法程序，當(dāng)所述x射線發(fā)生裝置的電源控制方法程序被所述處理器執(zhí)行時，實現(xiàn)任一項所述的x射線發(fā)生裝置的電源控制方法的步驟。

58、本發(fā)明解決了背景技術(shù)中存在的技術(shù)缺陷，本發(fā)明具備以下有益效果：通過建立電壓-電流偏差、驅(qū)動頻率、相位補償和熱力學(xué)參數(shù)的多級協(xié)同控制機制，實現(xiàn)了電源系統(tǒng)的自適應(yīng)精準(zhǔn)調(diào)節(jié)，提高x射線輸出的穩(wěn)定性和瞬態(tài)響應(yīng)特性，有效抑制了電源紋波和開關(guān)損耗，同時通過熱力學(xué)參數(shù)耦合確保了系統(tǒng)工作的安全可靠性，使x射線管在不同工況下均能獲得優(yōu)化的電源供給。