MRI基础原理–PID控制概论-器械之心

本篇文章介绍了PID控制的基本原理框图，带大家首先认识什么是PID控制，以及介绍了在MR设备里面梯度系统和病床系统中的两个典型应用。

由于PID控制对于非自动化专业的同学来说可能相对复杂，但是对于医疗设备来说几乎无处不在，因此老王将逐步开展讲解。首先依照惯例先抛原理 PID控制是自动控制领域里面一个比较常见的控制系统，所谓PID指的是以下3部分:

P-比例

I-积分

D-微分

PID控制从结构框图上看是一个闭环控制系统：

整套控制系统有3大部分组成：

1. 控制器，使用PID控制方式，同时将误差通过比例，积分，微分的形式进行放大，从而在速度域，时间域和一阶放大角度进行控制信号线性组合，从而得到所需要的组合线性控制信号。

2. 控制对象，这里指的是其实是控制执行装置和被控制对象的整体，控制执行装置通过接受控制信号从而产生所要的执行操作，改变被控制物体的状态，从而生成控制结果。

3. 负反馈，通过传感器实时感知被控制对象目前的状态，在通过对比得到控制误差，从而输入控制器作为变量开始下一个循环。

从逻辑上来看，整套PID控制系统是实时工作的，并在工作中不断的修正自己的状态，以求达到稳态。

目前，PID控制仍然是在工业控制中应用得最为广泛的一种控制方法。其原因是：

（1）其结构简单，鲁棒性和适应性较强；

（2）其调节整定很少依赖于系统的具体模型；

（3）各种高级控制在应用上还不完善；

（4）大多数控制对象使用常规PID控制即可以满足实际的需要；

（5）高级控制一般只用在实验室中，工业化应用比较困难

老王在研究生阶段研究的方向就是CMAI小脑神经网络控制，深切的感受到实际上传统工业应用中使用PID控制就可以实现目的了，更加高级的控制方法虽然会提高控制精度，但相应的也会极大提高计算的复杂度和数据获取的多样度，对整个控制系统的要求提出更高的要求。

了解了什么是PID控制，那么对于MR来说这项技术用在哪里呢？老王这里举几个例子。

1. 梯度放大器。梯度放大器中每一个轴的输出电流都需要精确控制从而产生所需要的梯度场，而这个梯度电流就是通过PID控制得到的。

每一个梯度轴内都有一套PID控制器和霍尔电流传感器作为反馈传感器，梯度放大器电流的控制参数调节往往是梯度系统调试的第一步。

2. Patient support的水平移动。之前在介绍病床的时候我们可以看到病床的水平运动和垂直运动机理是不一样的，垂直运动相对比较简单，只需要两个限位开关判断病床是在上方还是下方从而中断运动就可以控制其垂直运动了。

但是水平运动的时候新型号的MR设备大部分都具备自动进床和自动判断病人位置进行微调的能力，那么这里面的病床控制就使用了PID控制，并且为了保证病人的舒适性，飞家的病床控制还引入了速度控制环构成了一个双闭环控制器

Patient support的双闭环控制可以同时控制病床在水平运动的时候以稳定的速度和精确的位置自动运行到需要的地方从而完成扫描任务。

MR技术博大精深，本篇文章老王给大家介绍了PID控制的基本原理框图，带大家首先认识什么是PID控制，以及介绍了在MR设备里面梯度系统和病床系统中的两个典型应用。由于MR等医学影像设备实际上就是一个复杂的机电设备，并且自动化程度越来越高，因此智能控制应用场景也就充满了各个系统，而PID控制作为最基础的自动控制方法，广泛的使用在各类影像设备内，因此了解其大概的原理对于更深入研究影像设备是有一定意义的。