B类LXI总线的实现与同步精度改进

介绍了B类LXI仪器总线及其所采用的IEEE1588时间同步协议,并对影响该类仪器同步精度的原因进行分析,对主要原因提出解决方法。为了达到B类LXI仪器总线所要求的亚微秒级同步精度,针对晶振频率的不稳定性,提出累积误差修正算法。该算法基于对晶振频率的监测,通过其频率侧得值与理论值的比较并计算得出累积误差,并对此误差进行动态平均,对频率值进行预插值修正,从而保证了晶振频率的稳定性。仿真和实验结果表明,采用该算法的LIX仪器总线的同步精度达到了100ns左右,完全达到了该类仪器所规定的精度。论文同时还给出了基于STM32F107网络型微处理器的B类LXI总线实现方案,具有实现简单,网络延时小等优点。     

IEEE1588精密时钟同步协议的分析与实现

LXI（LAN-based Extensions for Instrumentation）技术的提出进一步推动了测试测量领域的发展,基于IEEE1588精确时钟同步协议的时间同步触发是LXI B类仪器的一个主要特点。本文介绍了IEEE1588精密时钟协议,详细分析了其同步原理,并介绍了一种实现IEEE1588协议的方案,从时钟通过与主时钟交换报文获取时间戳,根据时间戳计算出与主时钟的时间偏差并对自己的时钟进行修正。最后对所设计的系统进行了测试,测试结果显示系统能实现时钟同步。     

基于MCU的LXI B类接口模块设计

在LXI C类接口模块的基础上,设计了基于MCU的LXI B类接口模块.设计中重点解决了基于IEEE1588协议的LXI精密时钟同步问题.在模块设计中采用了FPGA对时间信息加盖时戳,以提高系统的定时精度.该模块可以与传统仪器组合,构成低成本、高性能的LXI仪器.     

用于船舶综合电力系统同步测量的高精度PTP混合时钟同步方法

为了满足船舶综合电力系统同步测控亚微秒级的精度要求,通过分析各种时钟同步协议的优缺点和传统时钟同步方法对船舶同步测量的局限性,提出一种基于IEEE1588协议的卫星时钟同步与时钟同步频率补偿算法相结合的混合时钟同步方案以实现同步测量。所提方案以环星型拓扑结构的交换式以太网为背景,基于集成IEEE1588协议功能的以太网收发器设计了同步测量节点,并研究了一种频率补偿算法,可以动态地对时钟节点的晶振频率进行补偿,使时钟具有良好的守时性,保证了主从时钟的偏差恒定。通过仿真分析和试验对同步偏差性能进行测试,结果显示同步精度维持在±200 ns以内,达到了IEC61850关于同步测量的标准,满足了船舶综合电力系统时间同步的需要。     

LXI总线测试仪器及系统的时间同步研究

LXI总线测试仪器及系统的新应用对时间同步精度提出了亚微秒甚至纳秒级的要求.本文分别从IEEE 1588同步机制、时间戳的提取方式、测试系统的拓扑结构等方面进行研究,分析影响LXI总线测试仪器及系统时间同步精度的主要因素,提出了改进方法并通过试验验证,结果表明:同步以太网辅助IEEE 1588时间同步机制、硬件提取时间戳、星型拓扑结构都可以有效地提高LXI总线测试仪器及系统的时间同步精度.     

基于现场可编程门阵列的硬件时钟同步方法

基于工业以太网的分布式系统为实现高精度的同步数据采集和控制,对时钟同步提出了较高的要求。对基于嵌入式软件的时钟同步方案中同步精度较低的原因进行分析,提出了一种基于现场可编程门阵列(FPGA)的硬件时钟同步方法。使用FPGA对IEEE1588协议进行解析,采用FPGA和硬件描述语言设计时间戳获取、晶振频率补偿和时钟同步算法等模块。对基于工业以太网的分布式系统进行了测试,结果表明系统达到了亚微秒级的精度。     

基于卡尔曼滤波器的IEEE 1588时钟同步算法

时钟同步是网络化分布式测试与控制系统中的一项重要指标。在基于IEEE 1588协议的主从时钟同步中,时钟偏差和时钟漂移的精确测量是主从时钟同步的重要保证。提出了基于二阶卡尔曼滤波器加速运动模型的时钟同步算法,该算法以同步消息包中的时间戳来获取观测值,通过卡尔曼滤波器算法对主从时钟之间的时钟偏差、时钟漂移以及时钟漂移变化率进行估计,使用估计值对从时钟进行补偿与修正。该算法能够消除从时钟的不稳定性对时钟同步的影响。实验结果表明,在时钟同步中引入卡尔曼滤波算法能够显著提高时钟同步精度。     

基于FPGA的LXI模块B类仪器设计

由已成为工业标准的以太网技术发展而来的LXI是解决下一代测试系统理想的解决方案,有必要对LXI仪器进行深入研究。提出了LXI测试网络中实时性和安全性方面问题,并提供了解决方案,同时详细分析了各种触发方式的特点以及其适用的仪器类别。在深入分析了IEEE1588协议的基础上,设计了以FPGA为核心的LXI仪器硬件框架。通过SOPC设计方法对FPGA进行开发,并用verilog语言设计了时间戳状态机以实现B类仪器功能。     

一种分布式电力电子环网拓扑及时钟同步算法

为解决电力电子分布式控制系统中的时钟同步问题,提出了一种基于以太环网的分布式控制拓扑结构,并详细论述了实用易行的时钟同步算法。包括全同步过程和自同步过程的时钟同步算法既可以补偿时钟初始偏差以及线路传输延时,也可以实时地补偿不同站点时钟的晶振漂移。并搭建了以DSP与FPGA为核心的分布式控制平台,实验验证了上述拓扑与算法的可行性,实现了系统中各个站点的时钟同步,实验得出时钟同步精度在15 ns以内。对实验中存在的不足之处提出了对应的改进方法,以进一步提高同步精度。     

基于PTP协议的列车通信网络时间同步优化研究

目前列车通信网络支持的网络时钟协议,时间同步精度只能达到亚微秒,无法满足当前列车各节点时间同步精度的需求。针对上述问题,本文提出将精确时钟协议应用在列车通信网络中。为了实现低偏差范围情况下的高同步精度,本文在传统PI控制算法基础上,在改进的时钟伺服系统中提出多模型PI控制优化算法,设定比例系数KP和积分系数KI的阈值极限值,推导阈值极限值与PI输出补偿值的定量关系,进而补偿从节点的时间偏差。最后,以某列车通信网络场景为研究对象在OMNeT++仿真平台进行建模仿真,分析主从节点时间偏差值。与传统PI控制算法得到的时间偏差值相比,列车通信网络中各节点的时间偏差的改进值均在30ns以内,同步偏差最低可达1.38ns,验证了所提算法的优越性。     

LXI总线标准规范关键技术研究

针对目前国内在LXI技术的研究与开发尚处于起步阶段,关键LXI仪器主要依赖进口。深入研究了LXI总线规范和关键技术,如模块通信、同步/触发、IVI驱动和LXI设备网页等,重点对同步和触发技术的原理进行了研究。能全面提高自主创新能力,缩小测试测量领域与国外差距,为未来网络化测试设备的研制和生产提供理论基础和技术储备。     

精确时钟同步协议最佳主时钟算法

精确时钟同步协议(IEEE1588)是关于网络测量和控制系统的时间协议,可达到较高的网络对时精度,实现高精度的时间同步.最佳主时钟算法(BMC)是IEEE1588的最主要的核心技术之一,按IEEE1588协议进行时钟同步的系统通过运行最佳主时钟算法来选择系统中的主时钟,其他时钟全以主时钟作为参考进行时钟同步.分析了精确时钟同步协议最佳主时钟算法的组成、相关概念及原理,根据算法的原理和实际要求设计了最佳主时钟算法功能模块,在Linux下用C语言编写程序,实现了最佳主时钟算法,给出了模块的设计流程图,为测试模块的功能,设计了测试验证图.通过验证,所设计的程序能实现最佳主时钟算法.     

IEEE1588对时同频算法

为了提高IEEE1588对时精度,满足1μs以内对时精度的要求,需要在对从钟偏移量调整的基础上进行从钟频率调整以实现与主钟同频同相。现有的时钟同频算法仅根据相邻2次SYNC报文的收、发时间戳计算时钟频率差实现主、从钟同频。在IEEE1588V2透明时钟对时模式下,由于没有考虑到SYNC报文Correction域的影响,该算法无法收敛。提出了对该算法的改进,加入SYNC报文Correction域和时钟偏移量的修正,该算法可以快速收敛,快速实现从钟与主钟同频。通过实际测试系统,验证了改进后算法的可行性和准确性。     

LXI技术在管道泄漏监测系统上的应用

LxI(LAN extension for instrument)是一种新兴的测试总线,其核心技术IEEE1588时钟同步可以计算以太网信息传输延迟,从而校准各个时钟,使系统各模块达到相对同步,具有精度高、速度快、成本低等优点.为了将该技术应用到泄漏检测领域,本文在深入研究IEEE-1588工作原理的基础上,以LabVIEW为语言环境,编写了一种基于IEEE-1588的虚拟仪器校时程序,并将其应用于管道泄漏监测系统.通过大量的实验,验证了该程序对于提高测试结果的精度和重复性,以及减小管线长度对测试结果影响上的作用.     

基于GPS的变电站自动化系统校时问题定量分析

定量分析了变电站时钟同步的校时误差、自动化装置时钟精度及基于两者的校时时间间隔确定等问题。结合脉冲信号校时和串行通信校时的工作过程,得出了各自的校时精度;装置时钟分辨率和时钟精度应根据系统要求的最小事件顺序记录SOE(Sequence Of Events)分辨率选取。分析发现,变电站自动化装置的时钟误差不仅取决于校时精度,更取决于自动化装置本身的时钟精度。指出校时时间间隔的选取对自动化装置时钟同步具有决定性影响．并给出了计算公式。     

基于IEEE1588协议的从时钟设计及其控制研究

时钟漂移与传输迟延的不确定性是影响同步精度的主要原因,通过分析IEEE1588协议原理,设计了从时钟结构。实际通信网络存在很多不确定性和延时抖动,固定不变的PI控制器参数往往很难达到满意的对时精度。设计了运用粒子群优化算法对控制器参数进行在线整定的从时钟伺服控制系统,Matlab仿真结果表明,该控制方法具有较高的精度和自适应能力,在网络参数或从时钟发生变化时也能很好地保持同步精度。