基于CAN总线的多天线控制器设计及PID实现

从图2可以看出，在0～30°区间内正弦曲线可近似为线性区间，为进一步提高精度，可以按照正弦函数曲线对A／D转换进行补偿，以满足精确测量的需要。同时，为避免因激磁电压的波动引起A／D转换后的数值在区间之间的跳动，A／D转换器的参考电压应与激磁电压的幅度按比例浮动。

3 位置随动旋转编码器接口设计
旋转编码器是随动控制中常用的接口部件，这里选用增量式旋转编码器，它由涂有莫尔条纹的编码盘和光电检测装置构成，编码盘上涂有两道相差90°的黑白相间隔栅，分别称之为A道和B道。工作时，光电检测器发出可见光照射在编码盘上，当编码盘旋转时，光发射管装置照过隔栅，光敏接收管便会产生通(断)的脉冲输出信号。由于A，B道相位差为90°，因此其输出脉冲也有90°的相差。当旋转编码器正转时，A信号超前B信号90°；反转时，B信号超前A信号90°。
如果直接采样A、B两路信号，电路结构会比较复杂。为便于计算机处理，可将旋转编码器的A、B两路信号进行适当变换，生成方向信号DIR和增量计数脉冲CLK。图4给出了旋转编码器的接口电路以及相应的波形。为防止因机械转动带来的波形边缘的抖动，接口电路的输入应采用施密特型。

图4中C点的方波周期是A或B信号周期的1／2。为了在手轮低速转动时，防止由于A或B信号周期过大而影响计数器的正常工作，可将C点波形与经缓存器延迟后的波形E相异或，从而得到增量计数脉冲CLK，其周期应是C周期的1／2，即为A或B信号周期的1／4，实现A或B信号频率的四倍频细分。为便于计算机识别手轮的转动方向，电路中增加了方向信号DIR，当旋转编码器正向转动时，A信号超前B信号90°，此时DIR输出为高电平；反之，DIR输出为低电平。

4 天线的PID控制
图5给出了天线的PID控制原理。如图5(a)所示，在连续控制系统中，PID的控制规律可以写成如下形式：

式中：u(t)为PID控制器的输出或称为被控对象的控制输入；ε(t)为偏差；Kp为比例系数；TI为积分时间常数；TD为微分时间常数。
为在数字系统中实现PID控制，需将连续PID控制规律离散成离散型PID控制规律，即用差分方程来表示：

天线的离散型PID控制方案如图5(b)所示。在该方案中，天线的工作方式分为自动扫描和手动扫描两种。自动扫描方式下，天线控制器选择设定相应天线的扫描转速。由于不同波段的天线尺寸不同，各个天线转台的转动惯量也不尽相同，因此需要通过调整相应天线的比例积分和微分常数，来使天线的控制达到期望的特性。而在手动扫描时，天线控制器将手轮的转动控制，经位置随动旋转编码器变换为对天线的控制输出，通过CAN总线实时传递给指定天线的本地控制组件，由本地控制组件中的PID控制算法实现对天线的手动控制，从而达到手动跟踪目标之目的。

5 结语
CAN总线技术已在工业控制中得到广泛应用。本系统采用CAN总线，结合天线方位的数字化接口设计，将分布式微处理器联系起来，实现了多天线的数字化PID控制，简化了天线控制系统的设计，保证了天线控制的精度与稳定性。