基于CAN總線的多天線控制器設(shè)計(jì)及PID實(shí)現(xiàn)

從圖2可以看出，在0～30°區(qū)間內(nèi)正弦曲線可近似為線性區(qū)間，為進(jìn)一步提高精度，可以按照正弦函數(shù)曲線對(duì)A／D轉(zhuǎn)換進(jìn)行補(bǔ)償，以滿足精確測(cè)量的需要。同時(shí)，為避免因激磁電壓的波動(dòng)引起A／D轉(zhuǎn)換后的數(shù)值在區(qū)間之間的跳動(dòng)，A／D轉(zhuǎn)換器的參考電壓應(yīng)與激磁電壓的幅度按比例浮動(dòng)。

3 位置隨動(dòng)旋轉(zhuǎn)編碼器接口設(shè)計(jì)
旋轉(zhuǎn)編碼器是隨動(dòng)控制中常用的接口部件，這里選用增量式旋轉(zhuǎn)編碼器，它由涂有莫爾條紋的編碼盤(pán)和光電檢測(cè)裝置構(gòu)成，編碼盤(pán)上涂有兩道相差90°的黑白相間隔柵，分別稱之為A道和B道。工作時(shí)，光電檢測(cè)器發(fā)出可見(jiàn)光照射在編碼盤(pán)上，當(dāng)編碼盤(pán)旋轉(zhuǎn)時(shí)，光發(fā)射管裝置照過(guò)隔柵，光敏接收管便會(huì)產(chǎn)生通(斷)的脈沖輸出信號(hào)。由于A，B道相位差為90°，因此其輸出脈沖也有90°的相差。當(dāng)旋轉(zhuǎn)編碼器正轉(zhuǎn)時(shí)，A信號(hào)超前B信號(hào)90°；反轉(zhuǎn)時(shí)，B信號(hào)超前A信號(hào)90°。
如果直接采樣A、B兩路信號(hào)，電路結(jié)構(gòu)會(huì)比較復(fù)雜。為便于計(jì)算機(jī)處理，可將旋轉(zhuǎn)編碼器的A、B兩路信號(hào)進(jìn)行適當(dāng)變換，生成方向信號(hào)DIR和增量計(jì)數(shù)脈沖CLK。圖4給出了旋轉(zhuǎn)編碼器的接口電路以及相應(yīng)的波形。為防止因機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)帶來(lái)的波形邊緣的抖動(dòng)，接口電路的輸入應(yīng)采用施密特型。

圖4中C點(diǎn)的方波周期是A或B信號(hào)周期的1／2。為了在手輪低速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，防止由于A或B信號(hào)周期過(guò)大而影響計(jì)數(shù)器的正常工作，可將C點(diǎn)波形與經(jīng)緩存器延遲后的波形E相異或，從而得到增量計(jì)數(shù)脈沖CLK，其周期應(yīng)是C周期的1／2，即為A或B信號(hào)周期的1／4，實(shí)現(xiàn)A或B信號(hào)頻率的四倍頻細(xì)分。為便于計(jì)算機(jī)識(shí)別手輪的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，電路中增加了方向信號(hào)DIR，當(dāng)旋轉(zhuǎn)編碼器正向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，A信號(hào)超前B信號(hào)90°，此時(shí)DIR輸出為高電平；反之，DIR輸出為低電平。

4 天線的PID控制
圖5給出了天線的PID控制原理。如圖5(a)所示，在連續(xù)控制系統(tǒng)中，PID的控制規(guī)律可以寫(xiě)成如下形式：

式中：u(t)為PID控制器的輸出或稱為被控對(duì)象的控制輸入；ε(t)為偏差；Kp為比例系數(shù)；TI為積分時(shí)間常數(shù)；TD為微分時(shí)間常數(shù)。
為在數(shù)字系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)PID控制，需將連續(xù)PID控制規(guī)律離散成離散型PID控制規(guī)律，即用差分方程來(lái)表示：

天線的離散型PID控制方案如圖5(b)所示。在該方案中，天線的工作方式分為自動(dòng)掃描和手動(dòng)掃描兩種。自動(dòng)掃描方式下，天線控制器選擇設(shè)定相應(yīng)天線的掃描轉(zhuǎn)速。由于不同波段的天線尺寸不同，各個(gè)天線轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量也不盡相同，因此需要通過(guò)調(diào)整相應(yīng)天線的比例積分和微分常數(shù)，來(lái)使天線的控制達(dá)到期望的特性。而在手動(dòng)掃描時(shí)，天線控制器將手輪的轉(zhuǎn)動(dòng)控制，經(jīng)位置隨動(dòng)旋轉(zhuǎn)編碼器變換為對(duì)天線的控制輸出，通過(guò)CAN總線實(shí)時(shí)傳遞給指定天線的本地控制組件，由本地控制組件中的PID控制算法實(shí)現(xiàn)對(duì)天線的手動(dòng)控制，從而達(dá)到手動(dòng)跟蹤目標(biāo)之目的。

5 結(jié)語(yǔ)
CAN總線技術(shù)已在工業(yè)控制中得到廣泛應(yīng)用。本系統(tǒng)采用CAN總線，結(jié)合天線方位的數(shù)字化接口設(shè)計(jì)，將分布式微處理器聯(lián)系起來(lái)，實(shí)現(xiàn)了多天線的數(shù)字化PID控制，簡(jiǎn)化了天線控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，保證了天線控制的精度與穩(wěn)定性。