仪器仪表学报

作者：汤云东，张颖昊，金涛，Rodolfo C. C. Flesch

单位：汤云东,福州大学物理与信息工程学院福州350108,,张颖昊,福州大学物理与信息工程学院福州350108,,金涛,福州大学电气工程与自动化学院福州350108,jintly@ fzu.edu.cn,Rodolfo C. C. Flesch,圣卡塔琳娜联邦大学自动化与系统系弗洛里亚诺波利斯88040-900,

关键词：磁热疗;图腾柱驱动电路;自适应模糊控制;改进螺线管线圈;磁场均匀性

基金：国家自然科学基金（62471144）、国家自然科学基金（62071124）项目资助

针对传统肿瘤磁热疗装置中存在的开关损耗大、反馈系统迟滞且控制效果差、磁场不均匀导致热疗效果差等问题，提出并设计了一种改进磁热疗装置方案。首先，在电路设计方面，通过采用图腾柱驱动电路以解决开关损耗大、驱动能力有限的问题。此外，所提出的控制系统通过光纤测温传感器结合自适应模糊控制PID算法进行功率控制，可保证在不受磁场干扰情况下提高响应速度；通过实时辨识系统动态特性并动态调整控制参数，克服了传统PID控制在非线性、时变系统中反馈滞后且超调大等缺陷。最后，针对磁场不均匀问题亦做了进一步研究，基于有限元建模方法在主体螺线管线圈两侧设计辅助线圈并改进主线圈的尺寸与匝数，从而提升装置的磁场均匀性。实验结果表明，本研究开发的磁热疗装置驱动能力与闭环反馈控制稳定性较原型装置得到显著提高，装置在120~300kHz的工作频率下磁场均匀性相对偏差δB由改进前的5?1%降至改进后的1.3%，边缘治疗区域内的稳态温度波动相比改进前提升了约2℃。本系统通过驱动电路与自适应模糊控制PID算法的结合，在改进后的螺线管线圈磁场中能够实现相比现有文献装置更高效的磁-热转换，达到了更快更稳定的升温效应，为磁纳米热疗装置的临床应用提供了更高效的硬件方案。

来源：2026年第1期

《仪器仪表学报》期刊编辑部

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