基于CAN總線的多天線控制器設計及PID實現

從圖2可以看出，在0～30°區間內正弦曲線可近似為線性區間，為進一步提高精度，可以按照正弦函數曲線對A／D轉換進行補償，以滿足精確測量的需要。同時，為避免因激磁電壓的波動引起A／D轉換后的數值在區間之間的跳動，A／D轉換器的參考電壓應與激磁電壓的幅度按比例浮動。

3 位置隨動旋轉編碼器接口設計
旋轉編碼器是隨動控制中常用的接口部件，這里選用增量式旋轉編碼器，它由涂有莫爾條紋的編碼盤和光電檢測裝置構成，編碼盤上涂有兩道相差90°的黑白相間隔柵，分別稱之為A道和B道。工作時，光電檢測器發出可見光照射在編碼盤上，當編碼盤旋轉時，光發射管裝置照過隔柵，光敏接收管便會產生通(斷)的脈沖輸出信號。由于A，B道相位差為90°，因此其輸出脈沖也有90°的相差。當旋轉編碼器正轉時，A信號超前B信號90°；反轉時，B信號超前A信號90°。
如果直接采樣A、B兩路信號，電路結構會比較復雜。為便于計算機處理，可將旋轉編碼器的A、B兩路信號進行適當變換，生成方向信號DIR和增量計數脈沖CLK。圖4給出了旋轉編碼器的接口電路以及相應的波形。為防止因機械轉動帶來的波形邊緣的抖動，接口電路的輸入應采用施密特型。

圖4中C點的方波周期是A或B信號周期的1／2。為了在手輪低速轉動時，防止由于A或B信號周期過大而影響計數器的正常工作，可將C點波形與經緩存器延遲后的波形E相異或，從而得到增量計數脈沖CLK，其周期應是C周期的1／2，即為A或B信號周期的1／4，實現A或B信號頻率的四倍頻細分。為便于計算機識別手輪的轉動方向，電路中增加了方向信號DIR，當旋轉編碼器正向轉動時，A信號超前B信號90°，此時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，在連續控制系統中，PID的控制規律可以寫成如下形式：

式中：u(t)為PID控制器的輸出或稱為被控對象的控制輸入；ε(t)為偏差；Kp為比例系數；TI為積分時間常數；TD為微分時間常數。
為在數字系統中實現PID控制，需將連續PID控制規律離散成離散型PID控制規律，即用差分方程來表示：

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掃描和手動掃描兩種。自動掃描方式下，天線控制器選擇設定相應天線的掃描轉速。由于不同波段的天線尺寸不同，各個天線轉臺的轉動慣量也不盡相同，因此需要通過調整相應天線的比例積分和微分常數，來使天線的控制達到期望的特性。而在手動掃描時，天線控制器將手輪的轉動控制，經位置隨動旋轉編碼器變換為對天線的控制輸出，通過CAN總線實時傳遞給指定天線的本地控制組件，由本地控制組件中的PID控制算法實現對天線的手動控制，從而達到手動跟蹤目標之目的。

5 結語
CAN總線技術已在工業控制中得到廣泛應用。本系統采用CAN總線，結合天線方位的數字化接口設計，將分布式微處理器聯系起來，實現了多天線的數字化PID控制，簡化了天線控制系統的設計，保證了天線控制的精度與穩定性。