航空胶片冲洗机直流电机调速控制系统设计

    0引言

    航空胶片冲洗机是航空摄影系统的胶片地面处理设备之一,用于航空摄影机所拍190mm胶片的显影,定影,水洗和烘干,实现干进干出.由于底片的冲洗对显影和定影时间有不同要求,所以要设置不同的速度档.直流电机具有良好的调速特性,如无极调速,调速范围宽,高启动转矩,高效率等,并且调速方法简单.本文研制的专用反馈控制单位采用直流电机进行愉片和收片,主单片机控制输片电机,并发送速度信号控制收片电机.用(脉宽调制Pulse-WidthModulation,PwM)信号控制直流电机的转速,由光电码盘得到反馈信号,然后使用数字PID控制来获得稳定的输片速度.

    1直流电机控制方案

    目前常用的直流电机控制方法可以分成三类:开环控制,电压反馈加电流正反馈控制和转速负反馈控制.其中开环控制适合于转速准确度要求不高的场合,电压负反馈方式应用于动态特性要求比较高的场合,而转速负反馈方式适合于机械特性要求较严格,转速准确度比较高的场合.

    航空胶片冲洗机结构如图1.中上位置是拾片电机,驱动右方及上方两根丝杠.左边位置是收片电机,带动滚轮片轴收片.航空胶片冲洗机输片电机带动两个丝杠十六个蜗杆,控制胶片行进,对洗片速度平稳要求较高,所以本系统的箱片电机采用转速反馈控制.而收片电机只要速度与输片电机匹配即可,不要求准确度,采用开环控制.

    电机控制器采用ATMEL公司的89C51单片机,主控制器用于设定速度获取、输片电机控制、测速信号获取、PID算法的实现,并发送设定的速度信号到从控制器.从控制器接受主控制器发送的速度信号,控制收片电机.

    测速信号由光电码盘得到.闭环速度调节器采用比例积分微分控制(PID控制),其输出是输人的比例、积分和微分的函数.PID调节器控制结构简单,参量容易整定,不必求出被控对象的数学模型.但PID调节器易受干扰、采样准确度的影响,且受数字量上下限的影响易产生上下限积分饱和而失去调节作用.所以,编写出数字PID控制算法并选取合适的PID参量是控制器设计的关键.

    2系统硬件设计

    在航空胶片冲洗机调速控制系统硬件设计中,设计者的目的是用最简单的电路,较少的元器件,在有限的空间里设计出高效、可靠的控制系统.本系统的硬件由功率电路及控制系统组成.功率电路由主电源、辅助电源、驱动模块及直流电机组成.控制电路由AT89C51单片机、PWM信号生成电路、测速信号电路、键盘输人与数码显示电路等组成.实际控制系统的示意如图2.

    控制系统的输人与显示电路由89C51单片机,芯片8279,物人按键,输出显示数码管等部分组成.8279扫描键盘获得设定速度键值,传给89C51,单片机判断速度档位,选择相应的参量.