Case Study

追踪系统

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国防和航空航天领域的 OEM 使用基于 PC 的 EtherCAT 主机和运动控制器 RMP 部署实时天线跟踪系统。这些系统旨在通过高速、精确的运动跟踪动态空中物体，包括卫星、飞机和导弹。使用 RMP 作为 EtherCAT 主机和运动控制器，OEM 构建的系统不仅快速、准确，而且可扩展且易于维护。

要求

OEM 需要一种能够使用地面天线跟踪快速移动的空中目标的运动控制系统。这些天线必须根据来自雷达或视觉跟踪系统的坐标流实时重新定位。解决方案需要：

用于更新多个马达的实时确定性
支持高频位置和速度命令
协调的多电机操作（例如，双方位角/仰角马达）
与外部时间戳数据无缝集成
坚固耐用，适用于恶劣环境

此外，客户更喜欢基于 Linux 的解决方案，并需要能够使用 gRPC 与远程用户界面软件集成。

Solution

RMP EtherCAT 主站和运动控制器

为了应对这些挑战，OEM 在其基于 PC 的 EtherCAT 控制架构中采用了 RMP。RMP 支持高频运动更新、确定性 EtherCAT 同步以及用于反向间隙补偿的双回路控制等功能。该解决方案的关键方面包括：

实时架构

RMP 通过支持两者来实现实时确定性性能 Linux 和 Windows 平台，专门针对时间关键的运动应用进行了优化。在 Linux 上，RMP 使用 PREEMPT_RT 补丁运行，该补丁将标准内核转换为完全可抢占的内核。这使系统能够实现亚微秒级的响应时间和一致的实时行为，适用于高频伺服任务。

对于偏爱基于Windows的环境的客户，RMP还支持InTime，这是一种与Windows一起运行的实时扩展程序，可提供专用的实时操作系统环境。InTime 通过将确定性操作与标准 Windows 内核隔离开来确保硬实时功能。

运动控制

根据跟踪策略，客户使用了以下任一方法：

使用点对点配置文件进行开环跟踪，例如梯形移动用于可预测的轨迹（例如卫星）
闭环跟踪附加速度命令每隔几毫秒更新一次动态目标（例如 UAV）

两种运动配置文件都受益于 RMP 附加运动命令和执行平滑速度混合的能力。

高分辨率定时集成

为了确保天线和外部目标坐标之间的精确同步，RMP 系统使用 Beckhoff EL6688 EtherCAT 模块将运动控制系统与 GPS 时间、IRIG-B 或 IEEE 1588 PTP（精确时间协议）等外部时钟源对齐。该模块充当高精度时间同步网关，使 EtherCAT 分布式时钟系统能够与外部时基同步。

因此，当接收到带有时间戳的坐标数据（例如来自雷达、光学跟踪器或轨迹规划系统）时，RMP 可以执行与预期时间参考精确对齐的运动命令。这种同步对于跟踪卫星等高速目标至关重要，在这些目标中，即使是轻微的时间偏移也会降低指向精度。

多运动协调

每轴采用双电机（用于扭矩和冗余）的大型系统需要精确的协调。RMP 支持扭矩跟踪、龙门逻辑和分组轴控制，以确保两个电机同步移动。

反馈和环境补偿

为了抵消间隙、风荷载和机械顺应性，OEM 使用了 RMP 的双回路反馈功能。这包括使用直接安装在天线结构上的辅助编码器封闭外环。该系统还在实时周期内实现了 IMU 集成和制动器运行状况监控。

基于光纤的 EtherCAT 扩展

在天线底座远离控制室的设施中，原始设备制造商使用了倍福 EK1501-0100 EtherCAT 光纤耦合器。这使得 EtherCAT 能够通过光纤传输长达 2 km 的距离，同时保持完全的实时确定性以及与闪电或 EMI 的电气隔离。

结果

通过部署 RMP，OEM 成功地：

在多轴运动中实现了 <1 µs 的抖动
以 1 kHz 的频率执行轨迹命令
尽管存在风、振动和机械磨损，但仍能保持指向精度
集成的 IMU 和 PPS 定时功能可实现稳健的实时校正
通过 gRPC 向 UI 和轨迹软件提供远程控制
使用跨平台可重复使用的控制软件简化开发

这些改进使固定和移动天线跟踪系统能够在苛刻的操作环境中以高可靠性和准确性运行。

为什么 OEM 选择 RMP

高性能 EtherCAT Master：为所有节点提供一致的确定性运动控制
灵活的操作系统支持：在 Linux 和 InTime 上运行，以支持开发人员偏好和实时需求
编程语言：开发人员可以在 Linux 或 Windows 上使用 C++、C#、Python 或 VB.NET。这个 RapidCode API 跨平台保持一致。
开放 gRPC API：远程用户应用程序和用户界面与运动核心无缝集成
双回路和多轴控制：非常适合管理反向间隙和协调多个电机
传感器融合就绪：接受来自 IMU、GPS 和外部跟踪源的实时数据
强大的网络：支持光纤和铜缆 EtherCAT 拓扑，包括长距离运行