应用于高速快门的电机双闭环控制系统设计.pdf

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1、应用于高速快门的电机双闭环控制系统设计DesignofDualClosed—LoopControlSystemAppliedtoHighSpeedShutter■郭丽／江苏金陵机械制造总厂摘要：在某型航空相机快门控制系统改进设计中，提出了一种基于DSP的电机双闭环控制系统，解决了采用单片机控制电机时运算速度慢和运用单闭环控制时动态性能不佳的问题。采用速度环和电压环组成的双闭环控制系统．充分利用DSP的接口资源．实现了对快门电机的精确控制。试验室检测和外景拍摄试验证明．应用于该型快门的电机双闭环控制系统控制精确．工作稳定可靠。关键词：双闭环控制；DSP；

2、快门电机Keywords：dualclosed—loopcontrol；DSP：shuRermotorO引言某型航空相机采用了高速中心式快门，由快门电机驱动作连续不断的旋转，之前采用单片机控制直流电机的运行，但是单片机运算速度慢、接口资源少，难以满足实际应用中实时控制电机的要求。为了精确控制快门电机转速，使相机拍出高质量的相片，本文进行了改进设计，设计了基于DSP的电机双闭环控制系统对快门电机进行转速控制。DSP控制器，是基于C／C++的高效32位内核，不但运算速度快且提供了丰富的接口资源，包括12C、CAP、SCI、16通道A／D、l6通道PWM、C

3、AN总线和SPI等工业控制中常用接口。双闭环控制系统内环为速度环，采用光电编码器采样，将脉冲信号输入至DSP，DSP通过控制PWM波形输出调整电机转速；外环采用硬件电压反馈电路，保证负载变化时瞬间转速的稳定。1系统工作原理快门结构图如图l所示，4个小叶片在快门电机的控制下连续不断地高速旋转，大叶片由电机通过小过渡齿轮带动旋转，其转速为小叶片的1／6，当大叶片的缺口和4个小叶片的缺口同时对着物镜有效光孑L时，快门就可以曝光，为了避免在一个照相间隔时间内快门多次曝光，设计了挡片，当挡片由电磁铁控制使其离开光孔时，4个小叶片和大叶片对着物镜光孔时完成一次曝光

4、。表1快f1大叶片周期表l啪瞳叫既日-■啪Ⅱ叫咀日1●衄础l口_l／1000．585l／5000．1l7l二IJ()f)2U二nI】()¨【)q7I／3000．195l／7000．08340()(¨46】H()()(}(}73此中心式快门速度设计在1／lOOs～1／800s之间，根据不同的快门速度快门大叶片旋转一圈的时间见表l。2系统设计1)基于F2806的电机控制系统快门电机双闭环控制系统组成图如图2所示，主要由测光模块、DSP处理模块、电机驱动模块、快门电机以及检测模块组成。DSP通过12C接口接收测光模块实时测得的景物照度值，代入自动曝光参数方程

5、计算出快门电机转速，通过运算处理将相应的PWM波输出至驱动模块，从而驱动电机转动，同时检测模块将电机信息反馈给DSP，构成双闭环控制系统。臣四当出一[巫]磐臣巫口DSP处理模块日疆E圃日黼空维修与工程I77啬图5双闭环系统控制框图2)速度电压双闭环控制要实现速度反馈和电压反馈的精确控制，需要在控制系统中引入速度调节器和电压调节器，组成电压负反馈控制环和速度负反馈控制环，其中电压反馈环为外环，速度反馈环为内环，控制框图如图3所示。速度环根据给定速度与检测到的实际速度差值，经过速度调节器对相应的差值进行处理，处理结果作为电压环的给定值t同样，电压环需要根据

6、电压给定值与检测到的实际电压差值，通过电压调节器处理差值，并将差值输出一定占空比的PWM波。该PWM波经驱动电路后作为功率部分开关元件的门极信号。电机启动时电压环起决定作用，当电机速度稳定时速度环起主要作用。3)转速检测要实现速度负反馈的控制，需要对电机的运行速度进行实时检测。增量式编码器是测量电机转速的常用传感器，它将位移信息转换成周期性的电信号，再将电信号转变成计数脉冲，用脉冲的个数表示电机位移量。测速模块中将码盘固定于电机轴上，当码盘随着电机轴旋转一圈时，光电接收端接收透过码盘孔的光源，利用光电效应转换为电脉冲，电脉冲经过整形放大电路后输出至DS

7、P的CAP端口进行计数。4)电压检测电压负反馈的控制是通过硬件电压反馈电路实现的。当测量的实际转速低于设定转速时，速度调节器的积分作用使速度环输71qI啊空维售与工毫目珊衄。一lAⅥA770NM鲫盯E^懈最日蚓M-曰狮出增加，即电压给定上升，并通过电压环调节使PWM占空比增加，电动机电压增加，从而使电机获得加速转矩，电机转速上升；当测量的实际转速高于设定转速时，转速调节器速度环的输出减小，电机电压下降，从而使电机减速。5)PWM波输出控制系统采用F2806的EPWM单元输出PWM脉冲，计数器根据所配置时钟计数，工作在连续增的工作模式下，当计数器的值达到

8、周期寄存器的值时，返回零值并重新开始计数。在计数过程中，比较器的值不断与计数器的值比较，当发生