模拟定位系统论文

模拟定位系统论文（精选7篇）

模拟定位系统论文 第1篇

1材料和方法

1.1 设备

1.1.1 CT:

GE公司LightSpeed RT 4排螺旋CT, 机架孔径80 cm, 最大扫描视野50 cm, X线球管热容量7.5 mHU, 最小层厚0.625 mm, 扫描床面为平面平板。

1.1.2 模拟定位工作站:

GE公司Advantage Workstation 4.2P, Advantage Sim-06。

1.1.3 三维计划治疗系统:

美国CMS公司XIO 4.3.1.。

1.1.4 激光定位系统:

德国LAP公司DORADO4激光射野模拟定位系统及IsoMark驱动软件, 其原点距离CT扫描平面中心80 cm。

1.1.5 电子影像射野系统:

PortalVision Asi500 (美国VARIAN) , 矩阵 512384, Vision 7.3。

1.2 方法和步骤

1.2.1 扫描体位固定:

患者均根据放射治疗时的要求体位进行摆位。鼻咽癌患者采用热塑网膜固定于CT平板床上, 乳腺癌患者采用MED-TEC乳腺托架固定。

1.2.2 参考标记设定:

将DORADO4激光射野模拟定位系统设定于原点, 利用激光灯在患者固定网罩或皮肤上的十字投影标记参考标记线 (点) , 并使参考标记尽可能靠近肿瘤部位。

1.2.3 CT扫描:

进床80 cm, 置零。鼻咽癌患者行层厚2.5 mm增强CT扫描, 乳腺癌患者行层厚5 mm?CT扫描。

1.2.4 虚拟模拟:

获取的CT图像通过网络系统传到GE工作站和CMS三维计划治疗系统。确定参考标记的空间坐标点, 勾画靶区和危及器官轮廓, 三维重建得到三维假体, 生成DRR (数字重建射线影像) , 进行照射野优化设计, 并生成治疗中心和照射野空间坐标。

1.2.5 治疗中心复位:

治疗计划经过放疗专科医师确认后, 患者在CT平板床上采取定位时相同的体位固定, 激光射野模拟定位系统设定于原点, 并与患者固定网罩或皮肤上预先标记的参考标记线重合, 利用治疗中心和照射野轮廓与参考标记的空间坐标差值, 通过DORADO4激光射野模拟定位系统, 将治疗中心和/或照射野边缘形状投射并勾画到患者皮肤或固定网罩上。

1.2.6 治疗中心精度验证:

将CT可成像标识物 (直径大约1 mm) 放置在患者体表标记的治疗中心十字交叉点上, 进行层厚1.25 mm扫描10～20幅图像, 三个标识物连线相交点即为实际治疗中心, 通过与计划的治疗中心对比, 测量出实际治疗中心与计划治疗中心在X (左右方向) , (头脚方向) , Z (腹背方向) 方向上的误差分别为dx, dy, dz, 从而得出实际治疗中心和计划治疗中心的距离误差undefined。

1.2.7 治疗中心准确度的验证:

在加速器治疗床上将患者按CT模拟定位时的体位进行摆位, 调整治疗床, 使患者治疗中心与加速器治疗中心一致, 并开起加速器灯光野验证勾画在患者皮肤或固定网罩上的射野形状。利用EPID (电子影像系统) 拍摄0°和90°单曝光高清晰验证片, 通过与DRR定位片的比对和软件处理, 计算出实际治疗中心与计划治疗中心在X、Y、Z方向上的误差。

2结果

12位鼻咽癌患者和12位乳腺癌患者按放射治疗体位要求进行CT模拟定位。治疗中心精度验证结果显示:鼻咽癌患者实际治疗中心与计划治疗中心距离误差Di=1.7 mm±0.6 mm (见表1) ;乳腺癌患者实际治疗中心与计划治疗中心距离误差Di=2.7 mm±0.4 mm (见表2) 。治疗中心准确度验证结果:鼻咽癌实际治疗中心与计划治疗中心在X轴上误差为0 mm±1.2 mm (左方向为正) , Y轴上误差为0.4 mm±1.0 mm (头方向为正) , Z轴上误差为-0.4 mm±1.4 mm (背方向为负) (详见表3) ;发现乳腺癌患者实际治疗中心与计划治疗中心在X轴上误差为2.0 mm±2.0 mm (左方向为正) , Y轴上误差为2.1 mm±3.3 mm (头方向为正) , Z轴上误差为-0.4mm±4.2 mm (背方向为负, 详见表4) 。

统计分析

(mm)

(mm)

(mm)

3讨论

CT模拟定位系统是由一台高档大视野CT模拟机、一套具有图像三维重建、显示及照射野模拟功能软件和一套激光射野模拟器组成, 三者通过网络相互连接[2]。

通过CT模拟获取的二维图像, 提供了更多的横断面内的解剖结构细节, 在图像上有较高的组织对比度和空间分辨率, 能清楚显示出软组织影, 为肿瘤靶区的定义和正常组织的勾画提供了依据。同时图像经过三维重建, 能够清楚显示靶区和周围器官在空间上的关系, 可以为照射野的设计和剂量的优化提供直观的图像信息, 从而能够最大限度的提高肿瘤靶区剂量的精确性并降低正常组织的放射损伤。

大量文献报道了CT模拟在定义形状复杂的肿瘤靶区、保护靶区周围重要敏感器官和切线野照射的病例时比常规X线模拟机有更大的优势:CT模拟定位能更充分显示肿瘤外侵范围并反映其不对称生长[3];通过CT模拟定位可以减少鼻咽癌放射治疗中的视神经受照剂量[4];在全脑放疗中, CT模拟定位显著提高了处方剂量的覆盖体积并减少了晶体的受照剂量[5];在乳腺保留术后CT虚拟模拟定位比常规模拟定位具有精度高, 野间衔接好, 摆位方便, 重复性好的特点[6]。

放射治疗中患者的体位非常重要, 既要患者感到舒适而减少因不适导致的体位变化, 又要尽可能利于放疗的实施。由于受到定位设备的限制, 特别是定位CT机架孔径的限制, 在进行特殊体位定位时, 如乳腺癌患者体位定位时, 常规CT模拟机机架孔径无法让患者顺利通过。但使用了大孔径CT模拟定位系统, 不仅满足临床医生对患者体位的要求, 还能让患者在较舒适的状态下进行模拟定位。本科室的CT模拟系统还配备了激光射野模拟器 (LAP DORADO 4) , 这种射野模拟器除了保留了传统激光定位灯作为治疗中心点在体表投影的指示器功能外, 还增加了照射野在患者体表外周投影的激光指示功能, 可以在网膜表面上勾画计划中机架角在270°至360°之间及0°至90°之间含有MLC或挡块的射野边界形状。射野模拟器通过激光灯移动来标定治疗中心和/或照射野, 而不需要移动CT床, 精确性更高。这样不仅保证体位的一致性, 还保证了射野的一致性, 保证了高精度的治疗。

肿瘤治疗剂量误差3%～5%将会影响肿瘤控制率和并发症发生率[7], 因此我们应努力把剂量误差控制在3%以内, 以达到精确治疗肿瘤患者的目的。在患者整个放疗过程中造成肿瘤治疗剂量不精确的因素很多, 其中设备的精确性很大程度上决定了肿瘤剂量的精确度。本试验中, 鼻咽癌患者治疗中心精度Di为1.7 mm<2 mm;验证治疗中心准确度:实际治疗中心与计划治疗中心在X轴上误差标准差为1.2 mm, Y轴上误差标准差为1.0 mm, Z轴上误差标准差为1.4 mm, 三个方向上误差标准差均小于1.5 mm, 此定位的精确度完全满足开展3D-CRT和IMRT的要求。但从图1～图4可以看出, 乳腺患者无论治疗中心精度还是准确度均较鼻咽癌患者误差大。分析主要原因是由于胸壁呼吸运动, 乳房软组织不定型, 摆位重复性较差造成的。尤其是呼吸运动影响较大, Shimizu S[8]通过CT图像测量肺内肿瘤的活动度认为:肿瘤后缘相对CT床平均移动6.4 mm, 肿瘤前缘相对前胸壁平均移动5.1 mm, 估计在Y轴方向中上肺肿瘤平均移动6.2 mm?和下肺肿瘤平均移动9.1 mm。考虑到上述原因对CT模拟定位精确度的影响, 本文作者认为:尽管乳腺癌患者治疗中心精度还是准确度均较鼻咽癌患者误差大, 但在乳腺癌患者体位固定和CT扫描方面, 大孔径CT模拟定位系统比常规CT模拟定位系统有更大优势。

CT值, 图像噪音和均匀性, 定位激光, 定位床和CT扫描层厚等都会影响CT模拟定位系统的精确度, 所以其质量保证 (QA) 和质量控制 (QC) 要求非常严格[9]。QA、QC的标准应该要兼顾诊断CT、放射治疗的常规X线模拟机、放疗计划系统及治疗设备的要求, 其目的是保证模拟定位过程的安全性、精确设计和定位肿瘤靶区和周围正常组织以及提供放疗计划系统剂量计算所需要的准确数据。AAPM TG66[10]制定了CT模拟硬件和软件的QA和QC的相关标准, 规定了质量保证的项目、频率和允许误差值。在日常工作中, 尤其要做好CT值、内外激光灯和CT平板床的QA和QC。如果所测结果误差超出标准, 需要找出原因, 调整并使之符合相关标准后, 方可投入临床使用。CT模拟定位系统较常规X线模拟定位机技术操作上复杂, 只有严格按照标准进行操作, 并做好CT模拟定位系统的QA和QC, 才可以发挥它的优势, 从而提高并保证定位的精确度和可靠性。

总之, 大孔径CT模拟机不仅能够满足不同患者不同体位的扫描要求, 而且定位的精确性高, 完全能够满足开展3D-CRT和IMRT精确放射治疗定位的要求。

摘要：目的:探讨大孔径CT模拟定位系统在放射治疗中的应用价值。材料和方法:分别取12位鼻咽癌和12位乳腺癌患者行大孔径CT模拟定位, 并设计放疗计划。治疗中心精度的验证:对治疗中心进行第二次层厚1.25 mm扫描, 并与计划治疗中心对比, 测出其在X, Y, Z方向上的误差分别为dx, dy, dz, 计算出实际治疗中心和计划治疗中心的距离误差Di;治疗中心准确度验证:利用EPID (电子影像系统) 拍摄0°和90°单曝光高清晰验证片, 通过与DRR定位片的比对和软件处理, 计算出实际治疗中心与计划治疗中心在X、Y、Z方向上的误差。结果:12位鼻咽癌患者和12位乳腺癌患者按放射治疗体位要求进行CT模拟定位。治疗中心精度验证结果显示:鼻咽癌患者实际治疗中心与计划治疗中心距离误差Di=1.7 mm, 乳腺患者实际治疗中心与计划治疗中心距离误差Di=2.7 mm。治疗中心准确度验证结果:鼻咽癌患者实际治疗中心与计划治疗中心在X轴误差为0 mm;Y轴误差为0.4 mm;Z轴误差为-0.4 mm。乳腺癌患者实际治疗中心与计划治疗中心在X轴误差为2.0 mm, Y轴误差为2.1 mm, Z轴误差为-0.4 mm。结论:大孔径CT模拟机不仅能够满足不同患者不同体位的扫描要求, 而且定位的精确性高, 完全能够满足开展3D-CRT和IMRT精确放射治疗定位的要求。

关键词：大孔径CT,模拟定位系统,放射治疗,误差,三维激光定位系统

参考文献

[1]Sasa Mutic, St.Louis, et al.Continuing Education Course:Use of CT and PET in Radiation Therapy.S.Mutic[J].AAPM:1-9 2002.

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[3]赵金早, 周大明, 赵九军.常规模拟定位和CT模拟定位的比较[J].现代生物医学进展, 2007, 7 (8) :1218-1219.

[4]李德锐, 林志雄, 洪红光, 等.CT模拟定位减少鼻咽癌放射治疗中的视神经剂量[J].中华放射肿瘤学杂志, 2002, 11:156-158.

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[6]李宝生, 罗立民, 于金明, 徐本华, 等.乳腺保留术后CT虚拟模拟定位技术[J].中华放射肿瘤学杂志, 2002, 11:103-104.

[7]Dische S, Saunders MI, Williams C, et al.Precision in re-porting the dose given in a course of radiotherapy[J].Radio-ther Oncol 1993;29:287-293.

[8]Shimizu S, Shirato H, Kagei K, et al.Impact of respiratorymovementon the computed tomographic images of small lungtumors in three dimensional (3D) radiotherapy[J].Int JRadiat Oncol Biol Phys 2000;46:1127 1133.

[9]邓小武.CT模拟机的质量控制和质量保证检验[J].中国肿瘤, 2004, 13 (9) :546-550.

模拟定位系统论文 第2篇

关键词：OBI系统,模拟定位,照射野,图像引导放疗

瓦里安OBI系统由安装在直线加速器两侧的千伏X线源及数字X线成像平板组成,目前在临床主要用于患者治疗位置的修正,其常用实施方式为:通过实时采集的患者二维DR图像或三维CBCT图像,与计划系统所生成的DRR图像或CT图像进行自动或手动配准,根据两组图像中患者解剖标记或植入性标记的相对位移计算摆位误差并传输至加速器,移动患者至新的位置进行治疗。与EPID系统和胶片法相比,OBI系统有着图像质量清晰,采集、配准方便,患者吸收剂量较小,自动化程度高等优点。

因为OBI系统使用的是千伏射线源,图像采集方便,图像质量堪与常规模拟定位机X线图像相媲美,所以本研究偿试利用OBI系统二维图像获取功能进行常规模拟定位,以开发其新的功能,拓展使用范围。

1 材料与方法

(1)选取欲行宫颈癌全盆腔前后野对照患者一例。

(2)患者取仰卧体位,体中线要成为一条直线,身体左右两侧处于同一水平面上,定位中心放在髂脊连线与耻骨联合垂线中点附近,源皮距100cm。

(3)利用手控器将OBI系统千伏X线源垂直方向置于100cm、数字X线成像平板置于50cm。

(4)机架旋转至90°。

(5)打开OBI应用程序,进入维护模式(Maintenance),调整各项参数(kV、mA、ms及Blades),获取患者DR图像(如图1所示)。

(6)调节窗宽、窗位到最佳位置,查看获取的DR图像是否将治疗区域全部包括,若不符合临床要求则调整治疗床、数字成像平板参数,直到临床满意为止。(说明:本例为说明准直器转角参数的获取方法,确定射野前对患者体位未进行调整,实际操作时应尽量将患者体位摆正。调节数字成像平板参数时注意防止碰撞)。

(7)在获取的DR图像上,根据临床给定照射范围,利用OBI图像距离测量工具(Measure Distance)勾画出照射区域上界第5腰椎水平,下界耻骨联合上缘下3～5cm,外界股骨头中线,射野尺寸(X1=X2=16.0cm、Y1=Y2=18.0cm)同步显示在图像上,如图1所示。

(8)找出射野中心,如图2所示。

(9)点击工具栏中的标线工具(Graticule),显示DR图像的等中心,如图3所示。

(10)此时,图3中显示了两个等中心,一个DR图像的等中心“O”(摆位等中心)和一个射野等中心“O′”(治疗等中心)。适当放大等中心

区域,测量并记录两个等中心的平面位移,X方向为+0.29cm,Y方向为+0.39cm,如图4所示。

(11)利用OBI角度测量工具(Measure Angle),选择X轴方向两等中心轴交角处测量准直器转角为4.3°(注意旋转方向),如图5所示。

(12)射野各项参数已全部获取,如图6所示。

(13)将加速器机架旋转至0°,缩回千伏射线源与数字X线成像平板。

(14)向患者右侧移床0.3cm,退床0.4cm,将患者从摆位等中心移到治疗等中心,检查源皮距是否在100±0.5cm范围内,若不在此范围则需调整后重复(3)到(10)。通常在(6)时即将定位中心和治疗中心合二为一,不存在移床,则源皮距也就不会有变化。

(15)设置加速器X1=X2=16.0cm、Y1=Y2=18.0cm,准直器转至4.3°。开启加速器射野灯,进行患者体表照射野的勾画。

(16)患者取俯卧位,重复第(3)至(14)勾画出后野体表照射野、获取射野参数及勾画体表照射野(略)。

2 结果与讨论

OBI系统和常规模拟定位机一样使用的是千伏X线源,图像清晰、分辨率高,可以用于常规放疗中的模拟定位,但其实施过程较普通X线模拟定位机复杂,功能方面相对也受到较大的局限:

(1)千伏射线源的准直器角度不能随610F转动,对于需转准直器治疗的射野,需使用OBI系统自带图像工具进行测量所需旋转角度,再设置到加速器上。

(2)定位范围受非晶硅探测板灵敏区大小(X方向397mm 、Y方向298mm)的限制,对于上下(Y方向)超过298mm的病变,因图像范围不能全部包括靶区,无法进行定位。

(3)因OBI系统千伏射线源没有灯光野,勾画时体表射野需将机架转回0°,根据所记录的参数在MV源灯光野下进行。

(4)kV成像与MV治疗射线不是同轴同源,成像空间坐标与治疗空间坐标不一致导致的误差对定位的精确度会造成一定影响,故必须对OBI系统及加速器定期执行质量控制和质量保证。

(5)加速器主要功能是治疗病人,定位可能会导致占用设备时间过长,因此使用该项功能时必须避开正常治疗时间,以免影响正常治疗工作。

3 结论与探讨

在普通X线模拟定位机出现故障时,OBI系统可以临时替代普通X线模拟定位机用于常规放疗模拟定位,但其实施过程较普通X线模拟定位机复杂。

参考文献

[1]On-Board Imager(OBI)Reference Guide,Version 1.4,December 2007

[2]戴建荣、胡逸民,图像引导放疗的实现方式[J],中华放射肿瘤学杂志,2006,15(2):132-135

[3]杨波、邱杰、王欣海等,OBI系统在放射治疗摆位中的临床应用[J],中国医学装备2008,5(8):1-3

[4]胡逸民、杨定宇主编,肿瘤放射治疗技术[M],北京医科大学、中国协和医科大学联合出版社,1999,5

模拟定位系统论文 第3篇

在电力系统运行中，配电线路担负着电能分配的重任，容易发生故障，而人工查找故障点又非常困难。故障定位技术可以根据线路故障时的故障特征迅速准确地进行故障定位，不仅有利于线路及时修复，大大减轻人工巡线的艰辛劳动，而且对电力系统的安全稳定和经济运行有着很重要的作用[1,2]。

迄今已提出了多种故障定位方法。较早的有统一矩阵算法、优化矩阵算法、简化过热弧搜寻算法等，这些方法计算量大，对配电网灵活的运行方式适应性差[3,4,5,6,7]。文献[8,9]采用神经网络方法确定故障位置，需要大量的训练，一旦网络运行方式变化训练就会失效。文献[10]提出了一种基于遗传算法的故障定位方法，此方法具有很高的容错性能，提高了信息畸变时故障定位的准确性。但遗传算法需要给出诸如惩罚系数、初始染色体群、交叉率、变异率、初始粒子群等直接影响计算速度和收敛性能的参数。有关上述参数如何选取，目前还没有一个明确的法则可供参考。

本文尝试将具有较强全局搜索能力且约束条件和目标函数分开处理的模拟植物生长算法应用于配电网故障定位问题。由于该算法是解决整数规划的一种通用算法，对整数规划的具体问题没有任何要求，对于解决线性和非线性整数规划问题没有本质上的区别。与上述算法相比，其性能更为优越。

1 模拟植物生长算法

1.1 植物向光性生长机理

植物在成长期间为获得足够的阳光进行光合作用，总是努力向上和四周繁殖出更多的树枝，使其与阳光接触表面积尽可能大，从而使生长最快。

植物未分化的细胞中含有一种化学成分是生长激素，叫做形态素。形态素的浓度决定细胞是否生长，当形态素浓度大于零时，树枝的节点就开始生长。当存在多个待生长的树枝节点时，形态素浓度最大的节点优先获得生长机会。当新的生长点(细胞)产生后，形态素浓度将根据新系统所在环境的改变而重新进行分配。

因此，植物的整个成长过程，就是以一种全局最优的方式尽可能长满生长空间的过程。

根据植物成长期的特征，将植物生长步骤描述如下：

(1)种子破土而出长出茎杆，茎杆在一些叫做节的部位长出新枝。

(2)在形态素浓度大于零的树枝里面选择形态素浓度最大的树枝去生长出新的树枝。

(3)如果仍存在形态素浓度大于零的树枝，则转向(2)。这种分枝行为反复进行。

(4)整个植物最终由许多相似的枝节组成，植物进入成熟期。

1.2 植物生长向光性的数学模拟

下面从数学的角度对植物生长的向光性特点进行分析[11]。

假设一棵树的树干长度为M，树枝长度为m，树干上有K个比树根条件好的生长点SM=(SM1,SM2,...,SMK)，对应形态素浓度为PM=(PM1,PM2,...,PMK)，树枝上有q个生长点Sm=(Sm1,Sm2,...,Smq)，对应形态素浓度为Pm=(Pm1,Pm2,...,Pmq)，则树干及树枝上各生长点形态素浓度可按下式计算

式中：0x为树根所在点(初始基点)，f(i)为所在点的环境信息函数(目标函数)，其取值越小表示对应点的环境条件越好，有利于长出新支。式(1)和(2)的物理意义表明：各生长点形态素浓度的大小是由各点对于树根的相对位置以及该位置的环境信息来决定的，真实刻画了生长点形态素浓度值与环境条件之间的对应关系，与植物细胞的形态素浓度生成机理相一致。由式(1)和(2)可推知，因此K+q个生长点的形态素浓度构成如图1所示的状态空间图。利用计算机产生位于区间[0,1]的随机数，该随机数就像向图1区间[0,1]上投掷的小球，小球落在(p 1,p2,...,pK+q)的某一个状态空间内，其对应的生长点就优先长出新枝。在新枝长成后，所有生长点的形态素浓度值都将发生变化，其计算公式是在式(1)和(2)的基础上加上新枝上生长点的相关项，并同时去掉刚生长出树支的生长点的相关项。该过程反复进行，直至没有新枝产生为止，这时一棵大树就长成了。

2 故障定位的模拟植物生长算法

2.1 控制变量的转型

模拟植物生长算法是应用于求解整数规划问题的。进行配电网故障定位时，以开关(进线断路器、分段开关、联络开关)为节点，以相邻开关之间的配电区域为一个独立设备，各节点状态信息由上传给主站监控系统的带时标的故障报警系统确定，各设备的状态即为模拟植物生长算法的参数。

按照算法的要求，首先将这些参数转变成相应的整型变量。

Ik为第k个开关对应线路的故障电流越限信号(电流越限时为1，否则为0);I'k为采集到第k个开关对应线路的正方向故障电流，Ikdz为第k个开关对应线路的故障电流定值;

x(i)为配电网中设备的期望状态，其中任意一个设备故障时其状态为1，否则为0ㄢ

2.2 单电源辐射型配电网的故障定位模型

2.2.1 目标函数

建立合适的目标函数是采用模拟植物生长算法进行配电网故障定位的关键。目标函数反映配电网故障设备和开关过流信号的关系，决定了配电网故障定位的准确度。本文构造的目标函数为

式中：Ik为第k个开关对应线路的故障电流越限信号，N为开关总数;x(l)为与联络开关相连的设备或单电源辐射型网络末端设备的状态信息;Il为与关联设备相连的分段开关对应线路的电流越限信息;Ik*(x)为设备状态信息确定的第k个分段开关的故障电流越限信息的期望值函数，即开关函数。公式中加入Σ|Il-x(l)|一项，目的是当一个独立配电区域末端的设备发生故障时避免误判现象。

2.2.2 开关函数[12]

开关函数是用来确定各开关状态信息的函数。

假设单电源辐射型配电网中有N个分段开关，1Z、Z2,,ZN是配电网中的设备，x(k)为配电网中第k(k=1,2,,N)个设备的状态信息(均以进线断路器作为第一个设备，其状态信息为x(1))，参照公式(4)定义的变量，得到其开关函数为

式中：∨表示逻辑或。

下面以5分段单电源辐射型配电网为例说明上述公式，配电网见图2。图中：CB1为进线断路器;1S、S2、3S和S4为分段开关;1Z、Z2、Z3、Z4和Z5是配电网中的设备。为获得开关的过流信息，每个开关均配置有FTU。当设备Z5发生故障时，故障电流流过CB1、1S、S2、3S和S4;当设备Z4发生故障时，故障电流流过CB1、1S、S2和3S，当设备Z3发生故障时，故障电流流过CB1、1S和S2,其余设备发生故障的情况以此类推。

设备和设备状态的对照关系如表1所示。

得到开关函数如下

2.2.3 约束条件

模拟植物生长算法不需要将约束条件以罚函数的方式并入目标函数。

本文对约束条件的处理除了要满足潜在等式约束条件(开关函数)外，还应满足以下条件：

其中：x(i)为配电网中第i个设备的状态信息。

利用算法求出的最优解即为满足上述约束条件解的集合和使目标函数最小的解的集合的交集。如果求出故障设备对应解同时满足开关函数要求，和目标函数达到最小值,则该设备即为最佳逼近由配电线路馈线终端单元FTU(feeder terminal unit)或远程终端单元RTU(remote terminal unit)上报的各个分段开关的电流越限信息的故障设备。

2.3 环网开环运行配电网故障定位数学模型

对环网开环运行的配电网进行故障定位时，一般采取区域划分的思想。以配电网络中各个联络开关为界，以进线断路器为一个独立配电区域的标志，将配电网化为多个单电源辐射型配电网，按照上述故障定位方法分别对各个配电区域进行故障定位。以下举例说明。

中低压配电网双电源单环网的拓扑结构见图3。以联络开关SL为分界，以进线断路器1S和8S为起点，将图3分为两个独立的配电区域A和B。为将A和B统一在一个数学模型中，对两个独立区域的分段开关和设备分别进行统一编号：1S～8S为分段开关(不包含联络开关);1Z～Z8为设备。按照公式(5)和(6)目标函数和开关函数的确定方法，分别建立独立配电区域A和B的目标函数和开关函数，之后建立环网开环运行的配电网故障定位的统一数学模型。

假定图3中设备Zi(i=1,2,,8)的状态信息为x(i)(i=1,2,,8)，得到独立配电区域A和B的开关函数为：

独立配电区域A和B的目标函数分别为

本文建立适用于环网开环运行的配电网故障定位的统一适应度函数为

式中：KA和KB为权重因子。当独立配电区域A发生故障时，KA=1，否则KA=O;当独立配电区域B发生故障时，KB=1，否则KB=Oㄢ

2.4 算法流程

进行配电网故障定位时，求解配电网故障定位数学模型最优解的过程就是找出最能解释所有上传的RTU或FTU信息的一个假设的故障设备的过程。

基于模拟植物生长算法的故障定位流程如图4所示。

(1)输入计算所需的原始数据，即Ik(k=1,,N)的值。

(2)确定初始基点X0，计算各个Ik*(x)(k=1,,N)的值，并校核是否满足约束条件。如不满足，则修改初始值X0，重新计算各个Ik*(x)(k=1,,N)的值;如满足,则求出目标函数初值f(X0)，令Xmin=X0,fmin=f(X0)。其中X0=[x(1)0,x(2)0,,x(N)0]Τ为向量形式的决策变量初始值(即输入各个设备的初始状态信息x(m)，其中(m=1,,N),fmin为目标函数的最小值)。

(3)过X0点做平行坐标轴且满足AXB的直线段;以X0为中心，以λ=1为步长，沿坐标轴的正负方向在各直线段寻找满足约束条件的生长点，求出对应的目标函数值并与f(X0)进行比较，将目标函数值小于f(X0)的生长点放入生长点集内。其中A=[0,0,,0]Τ为各决策变量的下限向量;B=[1,1,,1]Τ为各决策变量的上限向量，即各个设备状态构成的向量。

(4)求出(3)所得各生长点中的目标函数值最小者，该值如小于fmin，则置换Xmin及fmin。

(5)判断是否满足收敛条件，本文采用fmin的值连续重复出现的次数作为收敛判据，如达到规定的次数，计算结束;否则，进行下一步。

(6)根据公式(1),(2)所示方法计算生长点集内所有生长点的形态素浓度。

(7)在区间[O,1]上任选一个随机数β，落入图1所示形态素浓度状态空间中的某一区间，β所落区间对应的生长点即为下一次循环的新基点X1。

3 算例分析

以配电网发生单一故障为前提，采用本文的模型利用模拟植物生长算法分别对单电源辐射型配电网和环网开环运行的配电网进行仿真分析。

算例1，以图2所示单电源配电网发生故障为例进行分析。其目标函数为

表2是图2各个断路器和分段开关的电流越限信息，计算结果见表3ㄢ

算例2，以图3所示中低压配电网双电源单环网发生故障为例进行分析。

表4是图3中A和B之一发生单一故障各个断路器和分段开关的电流越限信息，计算结果见表5ㄢ

表6是图3中A和B同时发生单一故障各个断路器和分段开关的电流越限信息，计算结果见表7ㄢ

4 结论

本文成功地将模拟植物生长算法应用于求解配电网故障定位问题。理论分析及算例结果表明，与以往其他算法相比，运用模拟植物生长算法具有以下优点：

(1)模拟植物生长算法将目标函数和约束条件分开处理，且无需编码和解码，避免了构造新的计算用目标函数，也不存在其他系数选取等问题，解的稳定性好。

(2)该算法原理简单，很容易通过编程实现，能够快速得到非线性整数规划问题的最优解。

(3)由算例1和算例2的仿真结果可知，该算法应用于配电网故障定位问题的求解时具有很高的容错性。提高了信息畸变时故障定位的准确性。

参考文献

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模拟定位系统论文 第4篇

关键词：路基沉降,沉降监测,CORS,沉降预测,AR模型

0 引言

随着社会和经济的发展, 公路建设得到了飞速的发展, 陆续投入运行的各等级公路标志着我国公路运输事业和科学技术水平进入了一个崭新的时代。作为公路重要组成部分的路基指的是按照路线位置和一定技术要求修筑的作为路面基础的带状构造物, 承受着本身的岩土自重和路面重力, 以及由路面传递而来的行车荷载, 是整个公路构造的重要组成部分, 因此, 路基的稳定和沉降对公路的寿命长短有着很重要的影响。

1 本文主要研究内容

路基沉降属于公路地质灾害。目前, 应用于路基沉降监测方法主要有沉降板法、横剖测试法和分层沉降法[1]。而当施工完成后, 如果要对路基沉降进行测量则要采用水准测量[2]。而对于路基沉降较大的局部区域, 则可以进一步深入监测, 此时则可采用GPS监测, GPS与CORS基准站联测来判断路基是否沉降。根据路基沉降监测得出的高程数据, 可以对路基的沉降进行模拟和预测, 以便对公路未来的维护和保养进行决策[3]。路基沉降预测的方法有曲线拟合法、灰色系统法、人工神经网络法、遗传算法等[4]。而本文将介绍一种时间序列模型AR模型 (自回归模型) 在公路路基沉降中的模拟与预测。

2 时间序列模型预测法

本文以长沙市常青路的路基沉降数据为研究对象, 公路路面沉降量的变化如图1 所示。分析得到路面沉降的数据符合时间序列模型的特点, 因此, 本文选择采用时间序列模型来分析长沙市常青路的路面沉降。

3 模拟过程

3.1 模型的识别和阶数的确定

本文使用的识别方法是自相关函数和偏自相关函数判别法。AR (p) 过程的自相关函数拖尾, 偏自相关函数p步后截尾, 则AR模型的阶取p值。其中AR (p) —p阶自回归模型为:

它是由Yt的p个滞后变量的加权和以及 μt相加而成。

本文所采用的数据利用软件Eviews3.1 分析自相关函数、偏自相关函数如图2 所示。由图可知偏自相关函数在p=2 后出现截尾, 故长沙市常青路的路面沉降问题应采用时间序列模型中的AR (2) 模型来模拟预测。

3.2 模拟结果

通过运行程序, 分别对实际沉降量与预测沉降量、实际沉降量与模拟沉降量的对比情况进行分析。对比结果如图3、图4 所示。

由图3 可知, 利用AR (2) 模型来预测路基沉降量存在一个残差, 且残差的值固定, 都为0.0875mm, 所以预测的沉降量的凹凸性和原来的沉降量完全吻合。图4 中用AR (2) 模型来模拟路基沉降的趋势数据的升降性和凹凸性较吻合, 它用一组较平滑的数据来拟合一组震荡性较大的数据, 较好的反应了该公路路基沉降的趋势。该趋势是路基先沉降再抬升最后趋于稳定。

沉降趋势:由图5 可以看出, 该公路路面可能是由于外界环境影响以及车载重力的影响产生的持续的沉降, 之后又慢慢稳定, 说明该公路的状况良好, 处于稳定状态。

3.3 预测

对该公路未来20 次沉降量的预测, 一步、二步的预测结果如图6、7 所示。

图6、图7 说明:该公路的路基沉降量在逐渐减小, 一步预测结果和二次预测结果相近。立即沉降量总体呈增大趋势, 但速度有所减缓。说明该公路在经历一段时间的沉降或抬升后会逐渐趋于稳定状态, 具有良好的使用性。

4 结论

用AR模型对路基未来20 次测量进行一步预测和两步预测, 可以知道, 公路的累计沉降量总体呈增大趋势, 但速度有所减缓, 表明该公路在路基沉降抬升后逐渐趋于稳定状态, 说明该公路路基较稳定。如若在以后的监测中, 由GPS高程监测到路基出现大幅沉降时, 则可能是由于行车荷载过大或是自然灾害的影响。为了避免这种现象的发生, 应该适当控制该公路的行车荷载及速度, 以及加固公路的保护措施。这样才能使公路的使用年限达到最大。

参考文献

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模拟定位系统论文 第5篇

1 材料与方法

1.1 定位设备及材料

日本东芝LX-40A模拟定位机及其配套的激光灯，诊断用西门子16排螺旋CT，美国CMS公司XIO2D/3D三维适形及调强放射治疗计划系统（TPS），德国西门子PRIMUS-H医用直线加速器，固定用头体膜及头体架，直径为1 mm的铅丝。

1.2 方法与步骤

1.2.1 选择40例需做放疗的恶性肿瘤患者，按定位要求让患者躺在模拟定位机床面上，用头或体架及膜固定，将激光灯的3个十字线移至肿瘤靶区附近（尽可能靠近靶区，以减少误差），在头体膜上将激光灯的3个十字线标记出来，用1 mm粗的铅丝剪出三个小圆铅点，然后将3个小铅点用透明胶贴在X、Y、Z轴三个激光十字中心点上，作为CT扫描图像定位坐标（零位）参考点。

1.2.2 带患者及标记好的头体膜到CT室，让患者躺在调好水平面的CT平板床上，用标记好的头体膜固定好患者，用CT固有的内置激光灯对好头体膜上的标记点，两侧水平线用直尺确认与床面的距离相等，然后在确定三个铅标记点在同一个扫描层面后进行CT扫描，扫描层厚3～5 mm，层间距为2～3 mm，将CT扫描结果通过PACS网络系统传回TPS工作站。整个模拟CT扫描定位前后需要的时间小于10 min，而且只占用1次CT机。

1.2.3 在TPS工作站上做计划，通过勾画皮肤轮廓和靶区轮廓，在包含3个铅标记点的同一层面上确定出CT扫描定位参考点的坐标，计算出实际射野等中心的坐标，打印出来，然后在模拟机或加速器上通过移床即可在头或体膜上准确做出射野等中心点的标记[3,4]。用CR技术拍摄带中心标尺的射野等中心及模拟定位片（含正侧位），并通过LANTIS网络传回TPS工作站，与CT扫描重建的放射图像（DRR）进行对比，根据片中人体解剖标记比较等中心在患者坐标系3个方向的移位误差，以确认定位的准确性及射野的相符性；放疗前再通过电子放射影像装置（EPID）拍摄双暴光片进一步验证[5,6]。

1.2.4 用头部人体等效体模重复上述三步进行验证。

2 结果

通过用改良后的CT定位方法对40例不同部位的肿瘤患者进行CT模拟定位，经拍摄验证片及EPID适时验证，对其射野及等中心位置进行验证，结果平均误差<3.0 mm，基本控制在允许的范围内，定位准确率达到100%，而且患者的依从性好，用人体模型做的CT定位验证也完全相符。

3 讨论

传统的CT模拟定位系统必须配备精准的外激光定位系统，而外激光定位系统中心偏移量准确性的质量保证是CT模拟定位系统质量保证的关键，通常须每周调试一次[7,8]。要保证外激光定位系统的精准运行，CT模拟室必须要有结实和合适的墙壁和天花板，周围的环境及激光定位系统的管理与调试也非常重要。当前在我国地市级以下的基层医院，由于资金的原因，不可能为放疗科重新配置一台CT模拟定位机，而通常是在原有放射线科诊断CT机的基础上外配一套外激光定位系统，来达到CT模拟定位的功能。然而，就是一套功能齐全、性能稳定的外激光定位系统也价格不菲，而且当初作为诊断用的CT机在安装时并没考虑到后来作为CT的模拟定位功能，所以在加配外激光定位系统时常遇到许多意想不到的困难和不足，给安装和使用带来很大的困难和不便；再者由于可移动激光定位系统受环境、温度、电涌、带子滑动、组件磨损等许多因素的影响，须时常维护调试（我院是每周调试1～2次，每次调试约需30 min），每次CT定位需20～30 min，患者需2～3次占用CT机。CT机通常隶属于医院放射线科，对模拟定位工作和激光定位系统的管理和调试都非常不便，费时、费力，同时影响放射线科的CT检查和放疗科的CT定位工作，也易造成一些不必要的矛盾和纠纷。笔者通过改进CT模拟定位的方法与程序，将整个定位过程和质量保障控制在放疗科，简化了程序，缩短了环节，减少了占用CT机的时间，患者依从性好；不必在CT机房另配一套激光定位系统，避免了CT外激光系统可能带来的误差和一些不必要的矛盾及人员、资金的浪费，而且定位准确，完全可以满足基层医院CT模拟定位的需要。

摘要：目的:介绍一种简单、实用的CT-模拟定位方法。方法:不必在CT机房另配一套外激光定位系统,仅通过改进CT模拟定位的方法与程序,利用医院现有的诊断CT机、X线模拟定位机及美国CMS的TPS,对人体等效模型及40例患者进行了CT模拟定位。结果:40例患者及人体模型均定位准确,而且将整个定位过程和质量保障控制在放疗科,简化了程序,缩短了环节,减少了占用CT机的时间,患者依从性好,避免了科室间不必要的矛盾和人员、资金浪费。结论:改良C-模拟定位法完全可以满足基层医院放疗的CT模拟定位需要,建议在基层医院推广。

关键词：改良CT模拟定位,激光定位系统,基层医院

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鼻咽癌放疗CT模拟定位的成功率 第6篇

1 材料与方法

1.1 材料

选取2014年1-12月行CT模拟定位鼻咽癌患者438例, 男338例, 女100例, 年龄19~78岁, 中位年龄45.6岁。

1.2 方法

患者坐于底板后嘱男患者脱去上衣, 女患者只穿单件患者服, 放松平静状态下躺于真空垫上, 用热塑膜做面罩固定。面罩与皮肤间隙均匀没有虚位后贴好标志线和铅点, 使用PHILIPS大孔径CT作180°定位扫描, 观察颈椎棘突与鼻中隔在正中位, 左右侧基本对称便可继续行平扫和增强扫描。出现颈椎旋转棘突不清晰, 颅骨左右不对称等情况, 均要重新摆位后定位。患者自觉呼吸困难等随时释放患者, 待感觉良好后重新定位。

1.3 扫描参数

平扫范围:头顶至锁骨下3 cm, 管电压120 k V, 管电流250 m As, 层厚、层距均为3 mm。

增强扫描范围同平扫, 使用高压注射器, 非离子型对比剂用量为85 ml, 护士通过穿刺后回血情况确定推注速度 (1.8~2.5 ml/s) 。自动扫描时间为32~38 s。

2 结果

438例患者中有176例需要重新摆位, 其中72例需要多次摆位后才取得较满意图像。一次定位成功的262例患者, 年龄相对较小, 心情较为放松。248次无效摆位中, 226人次出现颈椎侧弯、旋转以致棘突跟鼻中隔不在正中线上。12人次出现热塑膜面罩有虚位, 需重新制作面膜。5人次自觉面罩太紧, 呼吸困难, 4人次放松后重新摆位即可, 1人次则由于制作后15 d才用于定位, 体重增加, 需重新制作。3人次由于对比剂外渗 (2人次是由于BD留置针破裂, 1人次由于CT延长管扭曲造成) 。2人次因为恐慌需暂停后重新摆位扫描。并有31人次在扫描结束后出现呕吐、皮疹等不良反应, 经处理后均无异常。

3 体会

为了提高CT模拟定位一次成功率, 可采取以下措施:

(1) 有心、肾功能不全者, 按医嘱取消增强扫描, 以免发生意外。

(2) 对患者做好拉膜、定位前的解释工作, 让患者做好思想准备, 避免恐慌情绪, 身体放松。用个体化真空垫代替固定枕头可获得更舒适体位。制作真空垫和热塑膜面罩前透视观察患者是否自然, 鼻中隔跟颈椎棘突是否在同一中线上, 选择最合适体位, 同时肩尽量下垂, 减少热塑膜面罩虚位, 提高重复性。

(3) 摆位时患者躺下后重新坐立后嘱患者眼看前方, 再自然躺下, 患者习惯后会自然放松而取得舒适位, 避免颈椎旋转和侧弯。对于自身有椎体侧弯的患者可在制作热塑膜面罩时可在体中线处做好标志, 提高重复性。

(4) 部分身体状况欠佳的患者, 不能独立起床和躺下时, 可让患者在真空垫上休息片刻后再盖上热塑膜面罩。可取得放松体位。

(5) 观察CT图像, 出现虚位或颈椎旋转等情况, 应重新摆位和扫描。如重复多次后没有改善时应在病历上做好记录, 证明已经是自然舒适体位。

(6) 准备好各种抢救药品和物品, 有抢救预案, 一旦出现过敏反应, 立即停止注射药物, 展开抢救。检查完成后嘱患者多喝水, 并观察30 min后无不良反应方可离开, 以免迟发不良反应发生。

总之, 只要在定位前做好各项准备和解释, 减少患者顾虑, 固定体位前重复摆位, 以选重复性高的舒适体位。制作个体化真空垫和热塑膜面罩时充分利用激光灯和X线机透视功能, 严格控制面罩质量。患者有颈椎侧弯时, 做好体表标记和书面记录。扫描时密切观察, 患者有任何不适, 应马上停止定位。扫描结束后及时松开患者, 并适时观察。这样就能大大提高CT模拟定位的一次成功率。

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模拟定位系统论文 第7篇

关键词：自动定位,槽轮机构,霍尔传感器,继电器控制电路

0引言

一个零件在加工过程中往往需要经过多道工序, 对于单功能的机床, 大量的时间将用于刀具定位、装卸零件等非切削工序上, 为了缩短非切削时间, 往往采用有自动对刀装置的数控机床, 实现零件加工过程中的自动对刀和定位功能。通常选用回转的自动换刀装置, 有四方、六角刀架, 回转刀架对于强度和刚度要求比较高, 以便承受粗加工的切削力, 更为重要的是保证刀架在每次旋转时的精确定位。所以刀架自动精确定位直接影响零件加工的质量。图1为自动回转刀架机电系统, 包括可编程运动控制器、电动机、刀架、霍尔元件、数控程序。

数控机床刀架定位装置是一个较为复杂的系统, 学生在学习时普遍感觉该内容较抽象, 不易理解。本文从实际的刀架工作原理出发, 设计出了数控机床刀架自动定位系统模拟装置, 并分析了其结构原理, 通过实验结果验证了该装置能够实现基本自动定位功能。

1数控机床刀架工作原理

数控车床实际的电动刀架采用蜗杆蜗轮传动机构, 定位和紧锁功能主要由销盘、外端齿盘、内端齿盘组合成的三端定位机构实现。四工位电动刀架结构原理如图2所示, 其工作原理可通过换刀步骤分析: (1) 刀架放松, 数控系统发出换刀信号, 控制继电器动作, 刀架电机正转, 通过蜗杆、蜗轮将销盘提升; (2) 刀架转位, 当离合销进入离合盘槽内, 离合盘带动离合销, 再带动销盘, 则销盘带动上刀体转位; (3) 刀架定位, 当上刀体转到所需刀位时, 霍尔元件发出刀具到位信号, 电机反转, 反靠销进入反靠盘的槽中, 离合销从离合盘中爬出, 刀架完成粗定位, 同时销盘下降端齿粘合, 完成精定位; (4) 刀架夹紧, 刀架定位完成后, 电动机制动器制动, 维持电动机轴上的反转力矩, 同时发出转动结束信号, 电动机断电, 换刀动作结束。

2四工位刀架自动定位模拟教学装置的设计

图3为四工位刀架自动定位模拟装置实物图, 从图中可以看出有4个工位和对应的4个控制按钮, 每个工位上有个发光二极管, 蓝色箭头为指示标志, 指示标志对应的是一个小磁铁, 用于霍尔传感器检测信号, 直流电动机通过皮带与槽轮机构相连, 槽轮通过内啮合与圆形工作转台相连。

2.1槽轮机构

实验装置的机械传动部分运用的是槽轮结构, 来代替实际的蜗轮蜗杆机构, 槽轮机构的优点是结构简单、工作可靠、机械效率高。该装置采用单臂内啮合槽轮机构, 由带圆柱销的转臂、具有4条径向槽的槽轮和机架组成。当连续转动的转臂上的圆柱销进入径向槽时, 拨动槽轮转过90°角;当圆柱销转出径向槽后, 槽轮停止转动。转臂转一周, 槽轮完成一次转停运动。为了保证槽轮停歇, 可在转臂上固接一缺口圆盘, 其圆周边与槽轮上的凹周边相配。这样既不影响转臂转动, 又能锁住槽轮不动。

2.2霍尔传感器

霍尔传感器是利用霍尔效应进行工作的, 图4为霍尔效应原理图, 一块长L、宽W、厚d的半导体, 通有电流I, 当有外加磁场B的作用时, 运动电子受洛仑磁力的作用而偏向一侧, 使该侧形成电子的积累, 这样就形成负电荷, 与它对应的侧面由于电子浓度减少, 形成了正电荷, 正负两端电荷就形成了一个电场。当电子受到的洛仑磁力和电场力两者相等时, 电子的积累达到动态平衡, 此时得到的霍尔电压为:

本实验装置采用的霍尔传感器是AH41双极锁存霍尔器件, 它由反向电压保护器、电压调整器、霍尔电压发生器、信号放大器、史密特触发器和集电极开路的输出级组成, 其功能图如图5所示。

2.3继电器逻辑控制

电气部分采用的是传统的继电器逻辑控制电路, 该电路主要靠硬件来控制, 相比于用PLC控制, 继电器电路虽然线路较复杂, 触点有限, 但能够减小成本, 也能缩小装置空间, 对于学生来说自己动手搭电路比直接运用PLC实现更能够得到锻炼, 从而达到良好的教学效果。本文采用的是DRM-570024L继电器, 该继电器有4个常闭和4个常通触点, 本装置运用到该继电器4个, 总的触点数能够满足装置的要求。

2.4系统控制原理

将上述各部件整合, 得到整个控制系统的原理框图, 如图6所示。其元器件主要包括:AH41霍尔开关传感器、DRM570024L继电器、HT3F-SHG继电器、S9031NPN三极管、37ZYJ直流减速电机等。

整个工作过程如下:按下点动按钮, DRM-570024L继电器线圈得电自锁, 其触点闭合, 37ZYJ减速电机回路闭合, 电机运转, 转到设定的位置后, AH41型霍尔开关传感器检测到磁信号, 其信号线发出信号, 接通三极管, 驱动HT3F-SHG继电器线圈得电, 该线圈触点断开DRM-570024L继电器线圈, 断开电机回路, 37ZYJ减速电机停止运行, 定位装置停在设定位置;当设定位置与现在实际位置一致时, 蜂鸣器会发出声音, 表示此时已经在设定位置。

整个系统包括4个工位控制电路、1个报警提示电路、1个电机运转电路, 通过逻辑控制实现刀架自动定位的控制要求。

3实验结果

接通电源后, 按下控制工位1的按钮, 当装置的原来工位不在工位1时, 工作转台会顺时针方向运转到工位1, 同时工位1的发光二极管一直闪亮, 到达工位后, 工作台停止运转, 发光二极管熄灭;当装置的原来工位在工位1时, 蜂鸣器鸣叫提示, 表示已经在工位1, 工作台不需要再运转。其他各按钮类推。实验结果如表1所示, 它表明该装置能够实现数控机床刀架自动定位的功能。

4结语

四工位电动刀架作为数控机床的三大辅助装置之一, 其对刀功能是在数控系统参与下由PLC控制完成的。通过实际的数控机床刀架自动定位系统和学生实际接受知识效果分析, 学生在学习该内容时普遍感觉较抽象, 不易理解, 为了解决该问题, 设计了一套基于槽轮机构、霍尔传感器检测及继电器控制电路的教学装置来模拟数控机床刀架自动定位系统, 实验结果证明, 该模拟装置能够完成基本的自动定位功能, 同时在教学过程中取得了较好的效果。

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