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。     

主从分布式多轴控制系统同步采样机制研究

为满足多轴位控系统对各协调联动轴位置信号的同步采样精度需求,在主从分布式多轴运动控制系统架构下,提出采用FPGA实现基于自定义总线的"同步锁存、顺序读取"采样机制。在自主研发的主从分布式多轴运动控制系统实验平台上进行多轴位置信号同步采样实验。实验结果表明,所提出的同步采样机制可以有效减小顺序采样延时导致的编码器信号计数偏差;在八轴运动控制系统中各个运动轴接收到同步锁存信号的时延不确定性小于15 ns;在对1 MHz以内的光电编码器信号同步采样时两轴间的计数误差稳定在1个脉冲之内。由此验证所提出的多轴同步采样机制能满足位置信号的同步采样要求,保证在轴数增加的情况下不会对同步采样精度产生过多影响。     

EPA工业测控网络的时钟同步分析与改进

为了提高时钟同步精度以保证通信调度的确定性,对比分析了工业网络常用几类时钟同步方法,重点剖析了IEEE1588时钟同步系统,深入探讨了PTP系统的软件实现,对源代码移植作了必要的说明,分析了时钟同步精度不高的原因,并提出了三大改进方案,测试了改进后的系统。测试结果表明,采用了改进方案后系统的时钟同步精确性得到了较大的提高。     

网络冗余系统中精确时钟同步方法

精确时钟协议IEEE1588在分布式制系统中应用广泛.但是在基于并行化网络冗余的分布式控制系统中,IEEE1588协议由于在状态机设计中没有考虑网络冗余的情况,由于同步线路延时计算偏差,造成网络冗余系统的时钟同步存在切换扰动,导致系统在冗余网络切换过程中出现同步偏差.本文在深入分析了IEEE1588协议在网络冗余系统中造成切换扰动的原因.并且,在兼容IEEE1588协议基础上,提出了网络冗余时钟同步方式,以及基于该方法的冗余同步优化算法,解决了冗余网络切换过程中时钟同步的偏差.     

无线传感器网络中延迟补偿的分布式时钟同步算法

时钟同步为无线传感器网络中的节点处理分布式任务提供了一个共同的时间参考,无线传感器网络需要精确的时钟同 步来保持数据的一致性和协调性,但是同步过程中的不确定性延迟会严重干扰同步参数的计算。 为了消除消息延迟的不确定 性对时钟同步的影响,本文考虑高斯分布的消息延迟,建立了新的时钟同步模型,并基于卡尔曼滤波和分布式时钟同步算法,提 出了一种能够有效处理延迟影响的时钟同步算法,该算法使用广播的单向通信方式,所有参数可以在接收端独立更新,另外考 虑了以计算的全局时间为参考更新偏差来提升同步精度。 使用 5 个节点进行 MATLAB 仿真实验和 nRF52832 硬件验证,在微 秒级延迟下,本算法的同步精度可以维持在 10 μs,相较于其他算法,本算法维持了很好的同步精度和稳定性。     

基于智能变电站数字化保护的采样数据同步技术应用

智能变电站数字化保护是将变电站信息采集、传输、处理、输出过程全部数字化,通过分层、分布式通信网络传输,实现全站信息共享。由于超高压变电站动态电磁环境、温度等因素影响,采集电路易受干扰,严重影响采样过程和数据同步。解决这一难题,需要一次设备智能化,二次设备网络化,通过直接采样或网络采样方式,将电子式互感器、合并单元、智能终端、对时技术等有机结合,提高采样精度和信号传输的可靠性。     

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。     

大规模测试网络的同步采样技术研究与应用

针对分布在数十公里范围内具有上千个测量点的大规模测试网络中同步采集数据的需求，研究了虚拟仪器系统的采样技术，包括在测试网络单元中采用同步数据采集卡的同步采样和采用非同步数据采集卡的近似同步采样；在测试子网中采用实时系统集成总线和星型触发总线的同步采样，以及整个测试网络中采用GPS卫星信号触发的同步采样。大规模测试网络的采样同步精度可以达到1μs以上，应用于输油管道泄漏监测，使泄漏点定位准确性得到数百倍的提高。     

IGH EtherCAT主站分布式时钟机制的应用与研究

针对实时以太网通信协议EtherCAT的分布式时钟机制,提出将其通信机制使用到工业机器人的伺服驱动器的解决方法,用来提高工业机器人的同步能力。论文最初重点研讨EtherCAT分布式时钟的系统时间和从站时钟的同步机制,并完成此过程的分布时钟同步的补偿算法。具体分析了DC机制的流程实现;论文末尾阐述开源IGH EtherCAT主站环境和分布时钟同步性能测试平台的搭建,且得出的测试结果表明系统的从时钟和参考时钟的同步均达到了纳秒级,满足了工业需求。     

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。