时间触发以太网研究及在多轴同步控制的应用

发布时间：2020-06-01 14:38

【摘要】：本世纪以来,以太网作为电子网络通信技术之一取得了巨大的发展,网络运动控制领域日益受到人们的关注,智能化、网络化、开放性好的网络控制系统成为各国工业界未来发展的趋势。时间触发以太网(Time Triggered Ethernet)以其高带宽、高实时性、确定性通信、高精度的时钟同步等特点被广泛应用于工业自动化领域。同时,传统的适用于多轴同步控制系统的现场总线技术已经不能满足现代化工业控制领域的发展需求。因此,在多轴网络运动控制系统设计领域,引入该TTE网络就显得十分必要,它不仅能够让主从站点的通信变得更快,同时还能够让系统控制有着更大的扩展空间,并能够有效解决轴数受限问题,此外,会让系统拥有更高的实时性和稳定性。本文对TTE进行研究,在此基础上,完成了对TTE时钟同步关键算法及TTE在多轴同步控制应用的研究。论文主要内容如下:1、阐述了 TTE网络和多轴同步控制的发展现状,分析了各自存在的不足,突出了将TTE网络引入多轴同步控制系统的重要性。对TTE网络系统架构和数据传输进行深入研究,详细介绍了 TTE网络传输数据类型和不同数据帧的分发调度原理。2、研究了 TTE时钟同步关键算法,规划了时钟同步流程,重点分析了 TTE时钟同步的关键参数和相关算法。在此基础上,对TTE协议进行建模,通过仿真证明了 TTE时钟同步机制能保证在设备间的时钟偏差在所设定的5us的时钟精度范围内。3、在对实时以太网和多轴控制系统进行深入研究的基础上,将两者有机结合,创新性的构建了 DSP+FPGA为应用层的具有TTE网络功能的主从式多轴网络运动控制系统。同时,在实现高精度时钟同步的基础上,针对TTE多轴同步控制系统,提出了以Altera公司的FPGA为从处理器实时网络的应用层,从而实现了具有TTE从站功能的网络运动控制系统。此外,设计了基于TTE网络时钟同步控制系统的集总帧模型和TTE网络模型以及伺服接口模块。最后,在软硬件的基础上搭建了实验仿真平台,实验达到预期效果,为进一步研究开发奠定了良好的基础。
【图文】：

层次结构图,网络协议,时间触发,协议层

则不通过时间触发协议的封装，根据传统以太网数据帧的发送机制进行传输ＴＴＥ协议体逡逑系架构是ＴＴＥ重要组成部分，是建立在时间触发架构基础上，ＴＴＥ的网络协议体系结逡逑构如图２．１所示：逡逑６逡逑

星型网络,监控模块,时间同步,数据交互

逦＾逡逑ｉ逡逑图２．１ＴＴＥ网络协议体系架构图逡逑通过上图可知，协议层结构就是所谓的正面层次结构，它涵盖了邋ＩＰ、ＴＣＰＶＵＤＰ协逡逑议以及ＴＴ同步协议等％而其侧面，ＴＴＥ服务控制机制则涵盖了时钟同步、容错、数逡逑据传输等管控机制，另外还有对应的网络配置等。在此协议架构中，，将同步协议融入其逡逑中之后，就能够完成两种数据类型的传输，一个是ＴＴ，另一个是ＥＴ，前者为时间触发逡逑数据，后者则是事件触发数据在传统以太网中，融入ＴＴＥ层次结构，即使不需要逡逑进行变化，相关的ＩＰ、ＴＣＰ等高层协议，都能够支持时间触发服务。逡逑在ＩＥＥＥ８０２．３标准中，ＴＴＥ网络所具有的功能主要有：时间触发服务的供给者，就逡逑是相应的以太网和交换机终端上的通信控制装置。在此网络中
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TP273;TP393.11

【参考文献】