基于CAN總線和PCC的多電機消隙天線控制系統

1引言
在高精度天線控制系統中（如跟蹤衛星通信天線），精密跟蹤和方位控制對天線的傳動系統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的跟蹤精度，又影響天線控制系統的穩定性。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。傳統的方法是對機械的傳動結構進行改進。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，如結構復雜、尺寸大、承載能力差等。因此在高精度天線控制系統中傳統的消隙方法無法使用。本控制系統采用多電機來消除傳動機構中的齒輪間隙，從而提高傳動精度。
基于以上分析，該系統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。多電機消隙天線控制系統在天線控制系統中應用比較普遍，特別是對于大型雷達天線的轉臺的消隙就更為常見。該案例采用目前流行的CAN總線技術和PCC等工控產品，為實現天線轉臺的消隙、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總線對四臺直流調速器進行組網，不僅實現了全數字控制，而且結構簡單，數據通信簡便，可靠性高。
（2）數字速度調節器具有力矩均衡分配和環路控制功能。
（3）實現轉臺的方位、俯仰雙向轉動均衡式消隙。
（4）高效精確的控制算法，可以實現天線控制系統精確定位、目標跟蹤、俯仰、環掃、扇掃。
（5）實現三電機、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，是國際上應用最廣泛的總線之一。它是一種在自動化領域內廣泛使用的多線路協議和有效地支持分布式控制或實時控制的串行通信網絡。CAN的應用范圍遍及汽車、機械、醫療設備、建筑環境以及工業自動化行業的其它很多領域。
CAN總線之所以能得到如此廣泛的應用，其主要原因如下：
（1）強有力的錯誤檢測能力及差分驅動功能。
（2）在十分苛刻的環境中仍運行良好。
（3）在傳輸介質和線路設計方面，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）高速數據傳輸速率（高達1Mbit/S）。
（5）可靠的錯誤處理和檢錯機制。
(6) 發送期間若由于出錯而遭破壞的信息可自動重發送。
（7）節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 系統設計的總體框架
多電機消隙天線控制系統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編制硬件驅動程序和速度PID算法，通過CAN總線通信實現對四臺直流控制器的組網控制，從而實現對四臺轉臺驅動電動機的協調控制，共同驅動一個轉臺。實現力矩的分擔和傳動間隙的消除，從而提高系統跟蹤精度。

圖1 多電機消隙天線控制系統的控制網絡結構