EtherCAT嵌入式主站的同步控制性能分析

随着机械制造自动化对同步要求不断提高,EtherCAT的应用越来越广泛。在重点研究EtherCAT分布时钟机制的基础上,提出了基于实时嵌入式系统μC/OS-III完成主站的方案。主站对从站的传输延时、初始偏移进行测量,多次读写从站寄存器,待从站同步误差满足阀值后发送同步激活信号,最终实现主站的同步控制技术。最后搭建一个测试系统,读取从站设备时钟漂移寄存器和同步信号SYNC0启动时间寄存器的值并进行分析,结果表明了EtherCAT嵌入式主站精度高、稳定性强的同步控制性能。     

基于IEEE1588LXI仪器系统时钟同步的分析和研究

在LXIA类和B类仪器系统中,要求时钟同步精度达到亚微秒级。为了满足这个同步精度,文章对IEEE1588精密时钟同步机制和算法进行了研究,分析了LXI仪器系统中影响同步的因素,提出了采用本地时钟晶振补偿和PI控制算法,在MAC层荻取时间戳并进行完善的方法,提高了同步精度,满足了LXIA类和B类仪器对时钟同步的要求。     

空间相机集成测试系统的时钟同步

为实现空间相机地面集成测试系统中各专用设备精确时钟同步的要求,提出了一种以GPS卫星同步时钟为时钟源,将时间报文和脉冲信号相结合的综合对时方法。采用FPGA和VHDL设计了时间报文接收、脉冲对时、内部守时时钟及PCI本地控制逻辑等模块。利用Windows2000/XP下的WDM框架开发了PCI总线驱动程序,实现时统卡与专用设备之间时间信息的实时传输。设计了微秒级延时的秒脉冲作备用秒输入,解决了系统工作时因GPS卫星同步时钟意外断电引起时间信息中断的技术问题。示波器测试结果表明,专用设备之间的同步时间精度≤10μs;时间准确度≤10μs。半年运行测试验证表明,精确时钟同步系统稳定、可靠,满足空间相机集成测试系统的实时对时需要。     

基于透明传输的数控系统时钟同步算法

为实现线性或环形数控系统中所有节点间的精确时钟同步,解决时钟中继层数增加后节点同步精度无法满足数控系统节点间微秒级同步精度要求的问题,在网络时间协议算法实现点对点同步的基础上,引入时钟中继节点透明传输算法对同步消息进行固定时间缓存,降低了时钟中继节点晶振偏差对其他节点同步精度的影响,减少了所有节点多次同步过程中的偏差累积。通过理论分析和实验系统验证,表明该方法可有效降低同步偏差抖动,提高数控系统时钟同步的精度。     

伺服阀特性测试信号采集同步性研究

在伺服阀特性测试中,信号采集的同步性直接关系到测试精度,乃至测试的成败。为了提高测试过程中信号采集的同步精度,该文建立了信号同步采集过程的数学模型,分析了造成信号不同步采集的一般原因,提出了采用统一板卡触发信号的方法实现数据采集卡之间的触发同步,采用统一时钟源的方法实现数据采集卡之间采样频率的同步,采用设置线程优先级的方法来减少读取数据过程中产生的延时误差,定义了用同步相对误差来评价采集系统的同步精度。伺服阀特性测试结果表明:改进后系统的同步相对误差由改进前的2.22%降为0.015%,说明了该改进方法在提高伺服阀特性测试信号采集同步精度方面是有效的。     

星际高速激光通信中时钟同步技术研究

讨论了星际激光通信中脉冲位置调制技术中的时钟同步方案。脉冲宽度调制方案旨在实现信噪比约束下的最大数据传输速率。时钟同步是脉冲宽度调制的核心技术,利用统计鉴相机制实现调制和解调端的时钟同步。本文在深入分析激光通讯时钟同步方案的基础上,建立了时钟抖动的数学模型,并在此基础上分析了数据传输速率与时钟同步的权衡关系,对激光通讯系统设计具有一定的指导意义。     

基于SNTP的多控制系统时钟同步方案的设计与应用

针对某化工典型生产装置内具有多控制系统的情况,以GPS接收器为时钟源为基准,设计了一种采用SNIP协议对多个控制系统的孤立时钟进行实时时钟同步的技术方案。该方案利用GPS天线接收卫星信号作为主时钟,由网络时间服务器计算得到基准系统时间,通过以太网端口向DCS、SIS、PLC等多个控制系统提供时钟同步服务。通过实际应用验证,表明该方案设置简单,运行稳定可靠,时间同步精度满足生产过程控制的要求,实现了多个控制系统之间的全局时钟同步。     

基于IEEE1588的时钟同步技术研究

分布式测量控制系统的快速发展对时钟同步精度提出了更高的要求,IEEE1588协议是关于网络测量和控制系统的协议,可实现高精度的时间同步;深入分析了IEEE1588协议的最佳主时钟(BMC)算法原理和本地时钟同步主时钟的过程;提出了一种在物理层加盖时间戳的IEEE1588实现方案,提供了硬件设计方法,阐述了主从时钟的软件设计流程。在此基础上对主从时钟的同步进行了验证。实验证明:该方法是切实可行的,时钟同步精度可达亚微秒级;通过不同网络电缆长度的测试,证明该设计基本消除了固定网络延迟造成的影响。     

基子SNTP的多控制系统时钟同步方案的设计与应用

针对某化工典型生产装置内具有多控制系统的情况,以GPS接收器为时钟源为基准,设计了一种采用SNTP协议对多个控制系统的孤立时钟进行实时时钟同步的技术方案.该方案利用GPS天线接收卫星信号作为主时钟,由网络时间服务器计算得到基准系统时间,通过以太网端口向DCS、SIS、PLC等多个控制系统提供时钟同步服务.通过实际应用验证,表明该方案设置简单,运行稳定可靠,时间同步精度满足生产过程控制的要求,实现了多个控制系统之间的全局时钟同步.     

一种简单快速的实时以太网同步方案

本文分析了造成以太网同步误差的原因,提出了一种在满足亚微秒级同步精度的前提下,简单快速的实现时钟同步的方法。通过自行研制的实验系统对新方法的性能进行了初步的测试,实验结果证明了这种方法的可行性。     

基于单神经元的网络同步补偿算法研究

如何在大温度变化环境中保证同步系统的高精度同步，已经成为高精度同步面临的主要课题。本文基于IEEE 1588高精度时间同步方式对该课题进行了研究，对IEEE 1588同步方式和实际系统中存在的问题进行了剖析。根据分析结果，针对工厂现场环境中存在的大温度变化情况，提出了采用单神经元插值拟合算法对温度的影响进行补偿，并在大温度变化环境中，对采用不同补偿方式和不采用补偿的设备进行了同步精度测试。测试结果表明，采用单神经元插值拟合算法可以快速有效地补偿温度变化对同步系统产生的漂移，高精度的时间同步。     

Real-time synchronization method based on dual ring fieldbus in CNC system

As the popularization of dual ring fieldbus, the optimized dual ring synchronization methods are still in short. The current synchronization methods are generally established in traditional industrial fieldbus, in which transmission is commonly considered in single track, the two-way transmitting cannot take full effect, and would result in unwanted idle load on equipment lines. In stamp-transferring part, the synchronizing algorithm is not properly processed to diminish the latency, so the real-time performance of entire system cannot be ensured. To support the synchronization control of stations in the CNC system, a real-time time synchronization method for dual ring fieldbus in the CNC system is designed in this paper. In this method a synchronizing message transmission scheme based on dual ring architecture and the synchronization algorithm between master and secondary stations are integrated. In the scheme, the clock models of both master and secondary stations are optimized with corresponding modules and the stamp data transmission based on the dual ring fieldbus is devised exclusively, so the transmitting efficiency improves with less idle work. In the algorithm, all the secondary stations can accomplish the consistent state with master station by updating clock discrepancy information in one communication cycle, and it takes the advantage of two-way transmitting and makes the best use of dual ring structure, so the real-time performance of the system can be promoted while retaining the precision of synchronization. To evaluate the performance, the costs of the method and errors during synchronizing are noted and analyzed based on the actual running environment in the industrial fieldbus. The results show that it reduces communication cost and ensures the smoothness of the system with low lag effects under heavy load. The proposed time synchronization method optimizes the architecture of sync message transmission in dual ring fieldbus, and improves the efficiency of time synchronization in the stations of CNC system.     

High-precision time synchronization in real-time Ethernet-based CNC systems

This paper presents a time synchronization method to achieve high-precision distributed clocks in real-time Ethernet-based computer numerical control (CNC) systems with a ring topology. The proposed synchronization method adopts the frequency compensation and peer-to-peer transparent clock mechanisms, and utilizes a real-time synchronization protocol to embed the time synchronization into the real-time communication cycle. An optimal proportional-integral controller is then designed for the frequency compensation mechanism based on the model and analysis of the time synchronization process. Besides, the hardware implementation of this time synchronization strategy is described. Finally, a real time Ethernet-based CNC system with a ring topology is built, and experiments are conducted to verify the performance of the presented synchronization scheme. The experimental results demonstrate that the proposed time synchronization method achieves high synchronization precision. The peak-to-peak jitters are measured to be only 42.42 and 95.5 ns for one and four hops, respectively.     

基于车载环境的时间同步协议优化

针对车载以太网在运行时间同步协议过程中存在的不足,提出涉及到主时钟仲裁、启动时间加速、冗余路径选择和故障恢复机制的优化方法并采用实物网络测试验证其可行性和有效性。在保证同步精度的前提下,对这些问题提出优化措施从而使车载时间同步过程始终处于可预测的状态;在运行过程中同步时钟对节点和链路故障具有容错能力并提出同步彻底失效时的容错机制,从而避免同步故障对正常驾驶产生影响。     

TTCAN的时间同步分析

对基于时间触发的通讯协议TTCAN的耐间同步策略进行了阐述,提出群组内部同步算法的数学模型,并对其同步精度进行了分析。     

A HIGH-PRECISION SYNCHRONOUS SAMPLING APPROACH FOR LARGE-SCALE DISTRIBUTED WIRE SENSOR NETWORKS IN SEISMIC DATA ACQUISITION SYSTEMS

In large-scale land or marine seismic data acquisition systems, a multinode distributed wire sensor network structure is still presently the main choice. Synchronous sampling between each node in such systems is very important, which may significantly influence the results of the ensuing data analysis. A synchronous sampling approach with its implementation is introduced in this article. The main idea of this approach is combined command delay compensation with clock phase compensation of CDR (clock data recovery) to achieve high precision of synchronization. For testing, a kind of six-node land seismic data acquisition system with 100 m distance between two neighboring nodes is successfully developed using this approach. Test results indicate that the achieved precision of synchronous sampling is fixed after power-on with no time accumulation effect; the sampling clock phase difference between two neighboring nodes is maximally 1 ns in the worst case, and the command synchronization error among all the nodes is less than 1 ns independent of the number of nodes and the distance between nodes. High synchronous precision is much more significant for the shallow stratum engineering seismic exploration, because shallow exploration always needs high sampling rates; for example, 32 kilo sample per second, and hence the tolerant synchronization error is much smaller.     

分布式网络时钟同步研究

为了实现分布式测控系统的时钟同步,提出了基于物理层物理介质无关接口的时钟同步方法。详细分析了分布式网络主从节点间实现时间同步的过程,提出了基于介质无关接口的时间服务单元的设计。在时间服务单元准确获取网络数据帧离开和到达时刻的基础上,实现了各从节点相对主节点的频率偏差修正,通过往返法测量链路时延,通过实时计算交换时延补偿交换时延的不确定性,从而实现了主节点到从节点的高精度时间同步。针对分步式网络的特点,在时间同步的基础上提出了基于时间信息的同步触发方法。试验证明,基于介质无关接口的开环时间传递能够实现25 ns的高精度时钟同步。