基于改进卡尔曼滤波算法的实时以太网时钟同步系统的研究
发布时间：2021-02-16 05:34
随着实时以太网技术的高速发展,它已替代了普通现场总线在运动控制通讯领域的地位。而同步运动控制作为运动控制领域中的关键技术,也是实时以太网技术通讯实现的重要环节,主要存在时钟同步及同步控制策略两个难点。传统的以软件时间戳为基础的时钟同步系统同步过程简单,成本低,且存在同步精度低,测量过程噪声严重等问题。本文基于实时以太网,对IEEE1588时钟同步原理进行了分析和研究,提出基于卡尔曼滤波的时钟同步优化算法,搭建系统平台实现微秒级的时钟同步。论文的主要研究工作如下:首先围绕IEEE1588时钟同步原理,阐述了PTP同步报文结构。再进一步深入探讨了影响时钟同步精度的主要因素,如:时钟频率漂移、时间戳获取位置、网络链路不对称、同步时间间隔等。然后围绕描述的影响同步精度的主要因素,提出时钟同步改进方案及优化算法。提出了频率补偿方案,通过补偿频率,保持主从时钟间的频率差在可控范围内,减少因频率漂移引起的同步误差;提出了补偿软件时间戳方案,使得到的软件时间戳时间更接近于硬件时间戳时间,减少因软件时间戳精度过低引起的同步误差;提出了修正时钟偏差和传输延时方案,减少因链路不对称引起的延时抖动及同步误差;...
【文章来源】：浙江理工大学浙江省
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
数据比较算法流程
T T T3-(1)图3.4 Wireshark软件获取报文抵达时间以相同方式，计算出从时钟端报文从驱动层传输到物理层所经历的时间 ，记Delay_Req 报文到达物理层的时间 ，结合 Delay_Req 报文在驱动层加盖的时间戳 。有 的计算公式如式 3-(2)。slaves1 s2 T T T3-(2)3.2.3频率补偿方案针对主从时钟间时钟源频率不同引起的时钟漂移情况，提出频率补偿方案。频率补偿方案可分为频率因子补偿方案和本地漂移量补偿方案。而无论是频率因子补偿方案还是本地漂移量补偿方案，都需要频率可调的时钟模块作为前提。(1)频率漂移因子补偿方案如图 3.5 所示，主时钟端每隔一个同步同期，对从时钟端发起 Sync 报文，与同步原理中的命名一致
而 E2E 和 P2P 两者的不同是测量方式，E2E 透明时钟主要使用请求应答测量机制，而 P2P则是端延时测量机制，因此 E2E 和 P2P 无法同时使用。图3.6 P2P透明时钟测量方式如图 3.6 所示，P2P 所采取的测量手段是逐段测量及校正主从时钟间的链路延时。当主时钟向各从时钟发起 Sync 报文时，通过和相邻的 P2P 节点交换 Pdelay_Req、Pdelay_Resp报文来测量端口间的链路延时，再得出链路延时后，P2P 需要把该链路延时及交换机驻留
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于PTPd2的精密时钟同步软件实现方法[J]. 陶稳静,陆阳,卫星,贾向利. 计算机工程. 2019(03)
[2]英国高价值制造战略与航空制造创新[J]. 刘亚威. 科研管理. 2018(S1)
[3]基于mini C-RAN的IEEE1588时间同步方案[J]. 黄鹤飞,陈印锋,冯建武. 电子测量技术. 2017(06)
[4]基于EtherCAT实时通信的电机驱动控制[J]. 林梦云,马文礼,熊皑,钱俊璋. 微型机与应用. 2017(10)
[5]人工智能各国战略解读:日本机器人新战略[J]. 赵淑钰. 电信网技术. 2017(02)
[6]应用IEEE 1588的配电网终端队列时延不对称通信路径的时钟同步补偿算法[J]. 钱超,徐迅,梅军,喻洁,郑建勇,王勇,稽文路,张明. 电网技术. 2015(12)
[7]智能制造——“中国制造2025”的主攻方向[J]. 周济. 中国机械工程. 2015(17)
[8]德国工业4.0战略对中国制造业转型升级的借鉴[J]. 杜传忠,杨志坤. 经济与管理研究. 2015(07)
[9]韩国产业政策新动态及启示[J]. 肖红军. 中国经贸导刊. 2015(04)
[10]“印度制造计划”带来中国企业投资新机遇[J]. 高潮. 中国对外贸易. 2014(12)
博士论文
[1]实时以太网下多轴运动控制的同步问题研究[D]. 许雄.上海交通大学 2013
[2]基于实时以太网的多轴运动控制系统研究[D]. 许万.华中科技大学 2009
硕士论文
[1]基于以太网实时多轴运动控制研究与实现[D]. 高军神.哈尔滨理工大学 2017
[2]基于EtherCAT总线的多轴控制系统设计[D]. 谢锴.浙江大学 2017
[3]基于RT-Thread的POWERLINK从站开发[D]. 张航天.华中科技大学 2016
[4]IEEE1588与同步以太网技术的研究与实现[D]. 王军.西安电子科技大学 2016
[5]基于IEEE1588协议的航电以太网时钟同步系统的研究与实现[D]. 梁姣.东南大学 2015
[6]工业以太网交换机精确时钟同步应用研究[D]. 岳中涛.上海交通大学 2015
[7]IEEE1588精密时钟同步协议的研究及其在核心路由器中的实现[D]. 蔡羽.东南大学 2015
[8]基于IEEE1588的高精度时间同步方法及实现研究[D]. 陈先兵.哈尔滨工程大学 2014
[9]IEEE1588网络时延测量研究与实现[D]. 陈金凤.中国科学院研究生院（国家授时中心） 2013
[10]多轴运动控制系统的设计与应用[D]. 吴君.上海交通大学 2011
本文编号：3036259
【文章来源】：浙江理工大学浙江省
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
数据比较算法流程
T T T3-(1)图3.4 Wireshark软件获取报文抵达时间以相同方式，计算出从时钟端报文从驱动层传输到物理层所经历的时间 ，记Delay_Req 报文到达物理层的时间 ，结合 Delay_Req 报文在驱动层加盖的时间戳 。有 的计算公式如式 3-(2)。slaves1 s2 T T T3-(2)3.2.3频率补偿方案针对主从时钟间时钟源频率不同引起的时钟漂移情况，提出频率补偿方案。频率补偿方案可分为频率因子补偿方案和本地漂移量补偿方案。而无论是频率因子补偿方案还是本地漂移量补偿方案，都需要频率可调的时钟模块作为前提。(1)频率漂移因子补偿方案如图 3.5 所示，主时钟端每隔一个同步同期，对从时钟端发起 Sync 报文，与同步原理中的命名一致
而 E2E 和 P2P 两者的不同是测量方式，E2E 透明时钟主要使用请求应答测量机制，而 P2P则是端延时测量机制，因此 E2E 和 P2P 无法同时使用。图3.6 P2P透明时钟测量方式如图 3.6 所示，P2P 所采取的测量手段是逐段测量及校正主从时钟间的链路延时。当主时钟向各从时钟发起 Sync 报文时，通过和相邻的 P2P 节点交换 Pdelay_Req、Pdelay_Resp报文来测量端口间的链路延时，再得出链路延时后，P2P 需要把该链路延时及交换机驻留
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于PTPd2的精密时钟同步软件实现方法[J]. 陶稳静,陆阳,卫星,贾向利. 计算机工程. 2019(03)
[2]英国高价值制造战略与航空制造创新[J]. 刘亚威. 科研管理. 2018(S1)
[3]基于mini C-RAN的IEEE1588时间同步方案[J]. 黄鹤飞,陈印锋,冯建武. 电子测量技术. 2017(06)
[4]基于EtherCAT实时通信的电机驱动控制[J]. 林梦云,马文礼,熊皑,钱俊璋. 微型机与应用. 2017(10)
[5]人工智能各国战略解读:日本机器人新战略[J]. 赵淑钰. 电信网技术. 2017(02)
[6]应用IEEE 1588的配电网终端队列时延不对称通信路径的时钟同步补偿算法[J]. 钱超,徐迅,梅军,喻洁,郑建勇,王勇,稽文路,张明. 电网技术. 2015(12)
[7]智能制造——“中国制造2025”的主攻方向[J]. 周济. 中国机械工程. 2015(17)
[8]德国工业4.0战略对中国制造业转型升级的借鉴[J]. 杜传忠,杨志坤. 经济与管理研究. 2015(07)
[9]韩国产业政策新动态及启示[J]. 肖红军. 中国经贸导刊. 2015(04)
[10]“印度制造计划”带来中国企业投资新机遇[J]. 高潮. 中国对外贸易. 2014(12)
博士论文
[1]实时以太网下多轴运动控制的同步问题研究[D]. 许雄.上海交通大学 2013
[2]基于实时以太网的多轴运动控制系统研究[D]. 许万.华中科技大学 2009
硕士论文
[1]基于以太网实时多轴运动控制研究与实现[D]. 高军神.哈尔滨理工大学 2017
[2]基于EtherCAT总线的多轴控制系统设计[D]. 谢锴.浙江大学 2017
[3]基于RT-Thread的POWERLINK从站开发[D]. 张航天.华中科技大学 2016
[4]IEEE1588与同步以太网技术的研究与实现[D]. 王军.西安电子科技大学 2016
[5]基于IEEE1588协议的航电以太网时钟同步系统的研究与实现[D]. 梁姣.东南大学 2015
[6]工业以太网交换机精确时钟同步应用研究[D]. 岳中涛.上海交通大学 2015
[7]IEEE1588精密时钟同步协议的研究及其在核心路由器中的实现[D]. 蔡羽.东南大学 2015
[8]基于IEEE1588的高精度时间同步方法及实现研究[D]. 陈先兵.哈尔滨工程大学 2014
[9]IEEE1588网络时延测量研究与实现[D]. 陈金凤.中国科学院研究生院（国家授时中心） 2013
[10]多轴运动控制系统的设计与应用[D]. 吴君.上海交通大学 2011
本文编号：3036259
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