運轉不平穩並且維護困難的機器會(hui) 使檢查或者手術的安排混亂(luan) 無章，醫院也會(hui) 入不敷出；精度不夠的機器產(chan) 生的醫療影像十分模糊，會(hui) 使病人在診斷治療的過程中增加痛苦。而這一切的關(guan) 鍵，都在控製機器運動的係統上。

很長一段時間以來，交流感應電機主導著影像設備掃描架定位市場，包括計算機斷層掃描設備（CT）、電子發射斷層掃描-計算機斷層掃描設備（PET-CT）和X光機等。然而，隨著醫療設備製造商對於(yu) 設備生產(chan) 能力和影像質量的要求不斷提高，感應電機固有的局限性成為(wei) 一大阻礙。醫療影像設備的原始設備製造商（OEM）開始尋求用於(yu) 定位掃描架的傳(chuan) 統的交流感應電機的替代方案。

新一代伺服控製器突破限製

由於(yu) 醫療掃描架產(chan) 生的慣性載荷較高，因此以前的伺服電機很難在此種應用下工作。最近，科爾摩根公司采用數字雙二次濾波器的新一代驅動技術使伺服電機能夠按照高達1000:1的慣性荷載成功地應用到掃描架，同時解決(jue) 了相關(guan) 的共振難題。因此，運動更加精確，加速和減速更迅速，產(chan) 生更高的生產(chan) 能力和更清晰的影像。

伺服係統可以提供掃描更快速和產(chan) 生影像質量更高的設備

低慣性結構是許多永磁式伺服電機的固有設計。因此，在實際應用中需要考慮掃描架的高慣性載荷與(yu) 伺服電機的低載荷之間的較大不匹配比。伺服電機控製係統可以經過整定以應對慣性不匹配的情況，但是一旦整定後，由於(yu) 慣性載荷增加或減少，伺服電機響應性能下降。對於(yu) 大多數醫療應用，載荷很少變化；但是這些裝置中通常使用的皮帶傳(chuan) 動導致電機和載荷之間產(chan) 生相容性或空轉問題，進而改變反射慣性。

在許多需要快速和精確定位的應用領域，感應電機已經被永磁式伺服電機取代，後者可以提供極高的峰值轉矩和連續轉矩，從(cong) 而產(chan) 生較高的加速率和減速率，顯著提高精密定位係統的性能。這類電機的主要優(you) 勢是轉矩與(yu) 輸入電流成正比，同時速度與(yu) 輸入電壓相關(guan) 。

提供補償(chang) 影像應用中的高慣性載荷

為(wei) 了使伺服係統有效地運轉，需要整定伺服放大器以優(you) 化係統的響應性能。提高係統的響應性能通常需要提高增益。但是，增益過大將導致不穩定，有時會(hui) 無法控製振動。因此，係統整定的目標是獲得最大響應性同時盡量減少不穩定性。就電機接受速度整定指令而言，不穩定性會(hui) 導致動作過頭。

例如，提高控製係統的慣性值可能導致電機過度執行指令。一方麵，著慣性的增加，不穩定性的頻率降低並且需要更長的校正時間。另一方麵，著慣性相對於(yu) 給定整定值的增加，電機變得不穩定，不穩定性頻率相對較高。為(wei) 了消除這些振動，係統必須解調。當整定值減少時，振動將停止但也會(hui) 降低係統的性能。

當增益為(wei) -3dB或更小，輸出相位與(yu) 控製信號相差-45度或更小，或與(yu) 電機參考值相差-135度時，控製係統失去控製。眾(zhong) 所周知，開環傳(chuan) 遞函數使用兩(liang) 種方式預測穩定性問題：相位裕度（PM）和增益裕度（GM）。相位裕度是增益為(wei) 0時的頻率所對應的開環相位和-180度之間的差值。增益裕度是相位穿過-180度時其頻率所對應的開環增益的負值。載荷的不可預測性越大，相位裕度和增益裕度就越大，以確保控製係統的穩定性。

例如，當共振頻率遠低於(yu) 初相交叉點頻率（270 Hz）時，相容載荷的作用是減少增益裕度。如果慣性不匹配值為(wei) 5，增益裕度減少值為(wei) 6，即大約16 dB。假設沒有其他校正方法，與(yu) 剛性係統相比，相容耦合係統的增益不得不減少16 dB，前提是兩(liang) 個(ge) 係統都保持相同的增益裕度。增益的大幅減少將使係統接收指令和幹擾響應能力變差。

處理大型載荷的係統傳(chuan) 遞函數圖

使用雙二次濾波器時傳(chuan) 遞函數的形狀

共振峰值降低了40 dB，相當於(yu) 100增益。這樣，增益可以按比例提高，產(chan) 生高頻率響應和更穩定的係統。

濾波器能使伺服控製器管理相容性

雙二次濾波器的使用使係統的性能顯著提高。雙二次濾波器包括兩(liang) 個(ge) 帶有五個(ge) 係數的二次方程，這樣濾波器幾乎可以模擬任何簡單濾波器的組合，同時不會(hui) 造成明顯的延遲。通過整定產(chan) 生問題的頻率，雙二次濾波器實現了提高相位裕度和增益裕度優(you) 化伺服係統性能的目標。例如，機械係統的共振頻率為(wei) 200 Hz，可以配置雙二次濾波器消除200 Hz，同時在更低控製頻率點保持高增益。

需要注意的是，大型帶式驅動的掃描架具有較強的物理轉折頻率（roll-off），使它們(men) 與(yu) 低通濾波器一樣截斷所有高於(yu) 大約10 Hz的頻率。借助在10 Hz點截斷增益同時通過30 Hz和40 Hz之間的速度環，可以顯著提高關(guan) 鍵控製頻率點（大約2至4 Hz）的增益。

配備雙二次濾波器的伺服係統可以提供更精確的傳(chuan) 動以及更快的加速和減速，生產(chan) 能力得到提高，影像更加清晰。

速度反饋裝置配合雙二次濾波器可以大幅提高麵臨(lin) 低頻率共振問題的係統的性能。與(yu) 傳(chuan) 統的單極低通濾波器相比，雙二次濾波器和增益組合可以使校正時間減少為(wei) 原來的三分之一，帶寬提高三分之一。同時，反饋裝置通過顯著減少加速度和躍度力，維持穩定裕度。

因此，新一代伺服控製器可以通過配置提供補償(chang) 影像應用中的高慣性載荷和相容性所需的增益裕度和相位裕度。醫療影像設備製造商可以利用伺服電機提供的更高加速度和速率，以便使係統顯著提高客戶的生產(chan) 能力。此外，通過提高伺服係統的製造效率，伺服技術的成本已經降低到與(yu) 交流感應電機相同的水平，如此一來，醫療影像設備製造商的成本又得到控製。