一种高速摄影机同步控制系统

    0 引言

    目前,高速摄影机在国内光电经纬仪上应用十分广泛[1],在靶场试验过程中运用高速摄影机实时拍下运动目标图像,并记录相关的数据1通过对胶片的事后判读,可以分析出运动目标的弹道轨迹和飞行特性1高速摄影机的种类很多,主要是按胶片的尺寸区分和摄影机的结构分1在高速摄影机同步控制中,一直存在几个方面的问题:系统启动时间、同步精度、系统正常工作的稳定性等1在本系统中采用了一套完善的速度相位启动控制方法,经过PID及复合控制算法,以及相应的控制软件使得该高速摄影机的同步控制性能的各个指标得到很大提高1

    1 基本原理

    该高速摄影机是一种同步间歇式高速摄影机,该系统采用了快门和输片分开控制,快门控制系统控制快门反馈相位与时统80 Hz信号同步,输片控制系统控制输片反馈相位与时统给出的摄影频率信号同步,在该系统中输片可以分别工作在5Hz,10Hz,20 Hz三种频率1在正常工作的过程中,要实时拍下运动目标和记录相关的信息,首先,调光系统根据当时的光线的强弱,自动调节变密度盘的位置,来满足胶片的感光要求1再次,需要快门和输片两个相位反馈脉冲的前沿分别与给定的时统基准信号的前沿同步1同时还要保证在快门反馈相位和输片反馈相位取信号时,快门和输片处于适合的位置,即摄影频率的前沿到来时,快门挡光板和输片挡光板处于最大曝光时刻1最后,在曝光时刻经纬仪主控计算通过通信系统把点阵数据信息传给工控机,工控机受到这些数据后,经过相关的运算处理,然后由点阵系统把数据记录到胶片上1该系统的主要组成部分:快门输片控制系统、调光系统、通信系统、和点阵记录系统(如图1)1

    2 主要技术指标要求

    1)同步精度

    输片系统:[?10 ms(5 c/s)(输片系统同步后,输片反馈相位的前沿与时统的摄影频率的前沿之间的误差)

≤±5 ms(10 c/s)

≤±2.5 ms(20 c/s)

    快门系统:≤±0.25 ms(快门同步后,快门反馈相位的前沿与时统得摄影频率的前沿之间的误差)

    2)同步时间

    输片系统:[3 s(输片从启动开始计时,在3 s内要达到同步要求)

    快门系统:[7 s(快门从启动开始计时,在7 s内要达到同步要求)

    3 同步控制系统实现

    3.1 同步控制系统设计

    该高速摄影机同步控制系统包括两套伺服控制系统:输片控制系统和快门控制系统1快门输片控制系统的原理基本一致,因此,两套伺服控制系统硬件控制相似1以80c196单片机为核心的硬件控制电路,通过光学编码器来完成速度相位的测量,经过硬件速度闭环和相位闭环后,反馈回单片机1在高速摄影机同步控制系统中,要达到系统的同步控制要求,对速度环的启动和同步控制是相当重要的,如果速度不稳定,忽高忽低,就没办法去控制相机的同步,更不可能实现缩短同步时间1因此,要实现高速摄影机的同步控制,首先必须使摄影机的快门和输片两个伺服系统的电机速度要稳定,速度反馈值与系统给定的值基本一致1然后再调节位置环,根据相位反馈值与时统的摄影频率相比较,算出相位误差,把该误差值叠加到速度环控制回路中,从而实现了系统的速度相位同步控制1最后,由单片机送出控制量通过D/A转换,经PWM驱动电路控制电机正常工作1硬件控制框图(如图2)1