转镜式高速相机作为高速摄影设备,具有高达pS级的时间分辨本领,起到了扩展人眼功能的作用。在核爆力学、高速物体碰撞、等离子体实验、辐射体的辐射性质探测、精密物理实验等领域得到了广泛的应用,是研究物体运动和微观世界强有力的工具。随着研究的深入进行,对转镜式高速相机时间分辨本领的要求越来越高。而高速相机的时间分辨本领和转镜的转速相关,因此,转镜相机的转镜转速驱动非常重要。气动透平驱动方式是目前驱动转镜非常有效的方法,在国内外得到了广泛的应用。但是,国内外常用的透平驱动器大多采用手动调节,控制精度较低,实验成功率较低。本文在国内外研究现状的基础之上,设计了高精度透平驱动器。本文从硬件和软件两个方面进行研究与设计。硬件部分包括气路部分和电路部分。气路部分包含压缩气体的过滤和压缩气体的调节。过滤部分采用三级精密过滤,确保精密气动元件的安全。气压调节部分,采用双气路通道,有效拓宽了转镜转速驱动范围。定制的高精度电气比例阀有效提高了程控调节精度。电路部分包含ADC模块、DAC模块、转速脉冲信号接收模块、继电器模块、电源模块、RS232通信模块和CAN通信模块。高可靠性芯片XC164的采用、光电隔离和继电器隔离技术的采用,保证了整个系统具有较好的稳定性和抗干扰性。CAN总线技术和RS232串口通信的采用使得系统在具备先进性的同时具有向下兼容的特性。软件部分包含模块接口的实现和控制算法的实现。模块接口主要实现对压力信号和转镜转速信号的接收、当前输出端压力的显示、电气比例阀压力数据和电磁阀控制信号的输出。在控制算法方面,本文设计了智能控制器。主要包含模糊控制器和PID控制器的设计。PID控制器的参数通过模糊控制算法可实现在线整定。通过实验验证,本文设计的高精度透平驱动器满足高达0.5%的程控调节精度和3 ~30万转/分的驱动能力。该透平驱动器已成功用于FJZ-250转镜式分幅相机的同步拍摄实验中,2010年4月顺利通过总装备部技术鉴定(处于国内领先水平)。