基于CAN總線和PCC的多電機消隙天線控制系統(tǒng)

1引言
在高精度天線控制系統(tǒng)中（如跟蹤衛(wèi)星通信天線），精密跟蹤和方位控制對天線的傳動系統(tǒng)精度提出了極高的要求。但是由于存在機械加工誤差、機械磨損和傳動齒輪之間存在一定的間隙，既影響天線控制系統(tǒng)的跟蹤精度，又影響天線控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。因此必須消除傳動齒輪之間的間隙，提高傳動精度。
為解決這一問題，人們想了很多方法。傳統(tǒng)的方法是對機械的傳動結(jié)構(gòu)進行改進。但從已知的消除齒輪間隙的方法看，它們總存在這樣或那樣的不足，如結(jié)構(gòu)復(fù)雜、尺寸大、承載能力差等。因此在高精度天線控制系統(tǒng)中傳統(tǒng)的消隙方法無法使用。本控制系統(tǒng)采用多電機來消除傳動機構(gòu)中的齒輪間隙，從而提高傳動精度。
基于以上分析，該系統(tǒng)采用基于可編程計算機控制器（Programmable Computer Controller，簡稱PCC）和CAN總線的控制系統(tǒng)。多電機消隙天線控制系統(tǒng)在天線控制系統(tǒng)中應(yīng)用比較普遍，特別是對于大型雷達天線的轉(zhuǎn)臺的消隙就更為常見。該案例采用目前流行的CAN總線技術(shù)和PCC等工控產(chǎn)品，為實現(xiàn)天線轉(zhuǎn)臺的消隙、方位、俯仰等控制功能，提供了多電機控制的全套解決方案。該方案具有以下特點：
（1）采用CAN總線對四臺直流調(diào)速器進行組網(wǎng)，不僅實現(xiàn)了全數(shù)字控制，而且結(jié)構(gòu)簡單，數(shù)據(jù)通信簡便，可靠性高。
（2）數(shù)字速度調(diào)節(jié)器具有力矩均衡分配和環(huán)路控制功能。
（3）實現(xiàn)轉(zhuǎn)臺的方位、俯仰雙向轉(zhuǎn)動均衡式消隙。
（4）高效精確的控制算法，可以實現(xiàn)天線控制系統(tǒng)精確定位、目標跟蹤、俯仰、環(huán)掃、扇掃。
（5）實現(xiàn)三電機、雙電機或單電機的運行（降功率）。

2 CAN總線簡介
CAN，全稱為“Controller Area Network”，即控制器局域網(wǎng)，是國際上應(yīng)用最廣泛的總線之一。它是一種在自動化領(lǐng)域內(nèi)廣泛使用的多線路協(xié)議和有效地支持分布式控制或?qū)崟r控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)。CAN的應(yīng)用范圍遍及汽車、機械、醫(yī)療設(shè)備、建筑環(huán)境以及工業(yè)自動化行業(yè)的其它很多領(lǐng)域。
CAN總線之所以能得到如此廣泛的應(yīng)用，其主要原因如下：
（1）強有力的錯誤檢測能力及差分驅(qū)動功能。
（2）在十分苛刻的環(huán)境中仍運行良好。
（3）在傳輸介質(zhì)和線路設(shè)計方面，CAN總線也十分靈活。
CAN總線具有下列主要特性：
（1）低成本。
（2）極高的總線利用率。
（3）相當長的傳輸距離（長達10km）。
（4）高速數(shù)據(jù)傳輸速率（高達1Mbit/S）。
（5）可靠的錯誤處理和檢錯機制。
(6) 發(fā)送期間若由于出錯而遭破壞的信息可自動重發(fā)送。
（7）節(jié)點在嚴重錯誤的情況下具有自動退出總線的功能。

3 實施方案
3.1 系統(tǒng)設(shè)計的總體框架
多電機消隙天線控制系統(tǒng)采用貝加萊公司的可編程自動化控制器（PCC）為主控制器，并采用其Automation Studio集成軟件平臺所包含的高級語言BASIC編制硬件驅(qū)動程序和速度PID算法，通過CAN總線通信實現(xiàn)對四臺直流控制器的組網(wǎng)控制，從而實現(xiàn)對四臺轉(zhuǎn)臺驅(qū)動電動機的協(xié)調(diào)控制，共同驅(qū)動一個轉(zhuǎn)臺。實現(xiàn)力矩的分擔和傳動間隙的消除，從而提高系統(tǒng)跟蹤精度。

圖1 多電機消隙天線控制系統(tǒng)的控制網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)