一种基于分布式控制系统的时钟同步方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于分布式控制系统的时钟同步方法，具体该时钟同步方法包括：S1获取主站时钟与参考时钟之间的时钟偏移量；S2获取参考时钟与主站时钟之间的初始运行速度比值；S3基于步骤S2中得到的初始运行速度比值得到主站时钟与参考时钟之间的传输延迟；S4基于步骤S1中得到的时钟偏移量和步骤S3中得到的传输延迟对各从站时间进行补偿；S5分别获取各从站的从站时间在同步模式下的起始时间；S6采用时钟频率跟随的方法实现时钟同步。其可在一个时钟同步周期内完成对时钟偏移和主站时钟漂移的补偿，有效避免了其他时钟同步方法(如PI控制器)中由超调量过大和/或稳定时间的不确定性对系统性能的影响。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及智能运动控制
，特别涉及一种基于分布式运动控制系统的时钟同步方法。
技术介绍
分布式运动控制系统中，时钟同步是保证控制器主模块与各执行节点端之间、及各节点之间协调工作的基础。尤其是在对速度、精度、多轴同步性等方面要求较高的运动控制领域中，简便快速的时钟同步方法是保证控制系统性能的关键因素。目前，时钟同步协议有多种，如NTP(Network Time Protocol，网络时间协议)、GPS、IEEE1588精准时钟同步协议、EtherCAT分布时钟协议、PROFINET采用的PTCP协议以及CIP(通用工业协议)采用的CIPsyn协议。虽然针对不同的网络标准有不同的网路协议，但同步的原理基本相同。一般来说，影响时钟同步效果的因素分为三部分:(1)参考时钟的稳定性、(2)传输延迟的准确性、(3)对主站时钟运行速度的调整。导致时钟不同的根本原因在于时钟漂移和时钟偏差，因此快速准确地对时钟漂移和时钟偏差进行补偿是主站时钟速度调整追求的目标。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提供了一种基于分布式控制系统的时钟同步方法，
有效解决了对时钟偏移和主站时钟漂移的快速补偿。本专利技术提供的技术方案如下：一种基于分布式控制系统的时钟同步方法，该分布式控制系统中包括一主站和多个从站，所述时钟同步方法包括：S1获取主站时钟与参考时钟之间的时钟偏移量；S2获取参考时钟与主站时钟之间的初始运行速度比值；S3基于步骤S2中得到的初始运行速度比值得到主站时钟与参考时钟之间的传输延迟；S4基于步骤S1中得到的时钟偏移量和步骤S3中得到的传输延迟对各从站时间进行补偿。进一步优选地，在步骤S2中具体包括：通过线性拟合的方法和周期性采集到的参考时钟的时间戳得到参考时钟运行速度与主站时钟运行速度之间的初始运行速度比值。进一步优选地，在步骤S3中具体包括：S31记录参考时钟广播当前参考时钟的时刻τ及参考时钟接收主站时钟应答数据帧的时刻τ’，同时记录主站时钟接收当前参考时钟的时刻t及主站时钟发送应答数据帧的时刻t’；S32分别得到主站时钟的时间差均值Δt和参考时钟的时间差均值Δτ；S33基于步骤S2中得到的初始运行速度比值以及步骤S32中得到的主站时钟的时间差均值Δt和参考时钟的时间差均值Δτ得到主站时钟与参考时钟之间的传输延迟Delay。进一步优选地，在步骤S33中所述传输延迟Delay具体为：Delay＝(Δτ-K0Δt)/2其中，Δt为主站时钟的时间差均值，Δτ为参考时钟的时间差均值，K0为初始运行速度比值。进一步优选地，在步骤S4之后还包括：S5分别获取各从站的从站时间在同步模式下的起始时间；S6采用时钟频率跟随的方法实现时钟同步。进一步优选地，在步骤S6中具体包括：S6.1周期性的获取参考时钟的时刻；S6.2基于预设的主站时钟的时间间隔得到参考时钟相对应的时钟间隔，并计算得多次累计参考时钟对应时间间隔的平均值，以此得到参考时钟和主站时钟运之间的运行速度比值；S6.3基于当前同步时刻的时钟偏移量和步骤S6.2中得到的运行速度比值得到主站时钟下一周期的理论运行速度；S6.4基于步骤S6.3中得到的理论运行速度以及预设主站时钟运行速度阈值确定主站时钟下一周期的实际运行速度，实现对主站时钟运行速度的调整。进一步优选地，在步骤S6.3中理论运行速度a'l(i+1)具体为：a'l(i+1)＝(1+Toffset/T)Kial(i)其中，Toffset为时钟偏移量，T为参考时钟的时钟周期，Ki为运行速度比值，al(i)为主站时钟当前实际运行速度。进一步优选地，在步骤S6.3之后还包括：截断误差补偿。进一步优选地，在步骤S4之后还包括：S7设定一虚拟时钟；S8基于所述虚拟时钟调整主站中本地事件的触发时间。进一步优选地，在步骤S8中调整后主站中本地事假的触发时间K具体为： K = t n + Γ - τ n a l ( n + 1 ) ]]>其中，tn为第n次时钟同步时主站时钟的实际时刻，τn为第n次时钟同步时虚拟时钟的时刻，al(n+1)为第n次时钟同步周期主站时钟的实际运行速度，Γ为调整前主站中本地事假的触发时间。本专利技术的有益效果在于：在本专利技术中，在保证主站设备(主站)正常运行的情况下，可在一个时钟同步周期内完成对时钟偏移和主站时钟漂移的补偿，有效避免了其他时钟同步方法(如PID控制器)中由超调量过大和/或稳定时间的不确定性对系统性能的影响。另外，在本专利技术中提供的时钟同步方法中，能够准确快速的跟踪参考时钟的运行频率，并采用了频率跟随的方法实现时钟的快速时钟，不需要复杂的自适应控制算法，方法简单易行。再有，在本专利技术中提供的时钟同步方法中，还可以在本地系统没有权限直接控制主站时钟运行速度的情况下实现与参考时钟的相对时钟同步，保证系统的协调运行。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细地解释。图1为本专利技术中基于分布式控制系统的时钟同步方法一种实施方式流程示意图；图2为本专利技术中基于分布式控制系统的时钟同步方法另一种实施方式流程示意图；图3为本专利技术中基于分布式控制系统的时钟同步方法另一种实施方式流程示意图。具体实施方式如图1所示为本专利技术提供的基于分布式控制系统的时钟同步方法一种实施方式流程示意图，该分布式控制系统中包括一主站和多个从站，从图中可以看出，在该时钟同步方法包括：S1获取主站时钟与参考时钟之间的时钟偏移量；S2获取参考时钟与主站时钟之间的初始运行速度比值；S3基于步骤S2中得到的初始运行速度比值得到主站时钟与参考时钟之间的传输延迟；S4基于步骤S1中得到的时钟偏移量和步骤S3中得到的传输延迟对各从站时间进行补偿。具体，在本实施方式中，在步骤S1之前包括：启动主站设备，设定一固定周期定时线程(用于非周期信息的交互)和一可变周期定时线程(用于对同步性能要求高的过程数据的交互)。之后，进入系统的预运行阶段，分别获取主站时钟/各从站时钟与参考时钟之间的时钟偏移量，以及通过线性拟合的方式根据周期性采集到的参考时钟的时间戳计算得到参考时钟与主站时钟运行频率的比值(即上述初始运行速度比值)。随后，进入系统的安全运行阶段，即进入上述步骤S3。具体在步骤S3中包括：参考时钟阶段性的广播当前参考时钟的时刻(τ1,τ2,......,τn)；主站时钟记录接收到参考时钟时间戳的时刻(t1,t2,......,tn)；接收到参考时钟时间戳后，主站时钟应答数据帧，并记录当前的发送时刻(t1’,t2’,......,tn’)；参考时钟接收到主站时钟的应答数据帧后，记录当前的接收时刻(τ1’,τ2’......,τn’)，并将其发送给主站时钟。之后，主站设备分别计算主站时钟的时间差的均值Δt及参考时钟的时本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于分布式控制系统的时钟同步方法，其特征在于，所述分布式控制系统中包括一主站和多个从站，所述时钟同步方法包括：S1获取主站时钟与参考时钟之间的时钟偏移量；S2获取参考时钟与主站时钟之间的初始运行速度比值；S3基于步骤S2中得到的初始运行速度比值得到主站时钟与参考时钟之间的传输延迟；S4基于步骤S1中得到的时钟偏移量和步骤S3中得到的传输延迟对各从站时间进行补偿。

【技术特征摘要】
1.一种基于分布式控制系统的时钟同步方法，其特征在于，所述分布式控制系统中包括一主站和多个从站，所述时钟同步方法包括：S1获取主站时钟与参考时钟之间的时钟偏移量；S2获取参考时钟与主站时钟之间的初始运行速度比值；S3基于步骤S2中得到的初始运行速度比值得到主站时钟与参考时钟之间的传输延迟；S4基于步骤S1中得到的时钟偏移量和步骤S3中得到的传输延迟对各从站时间进行补偿。2.如权利要求1所述的时钟同步方法，其特征在于，在步骤S2中具体包括：通过线性拟合的方法和周期性采集到的参考时钟的时间戳得到参考时钟运行速度与主站时钟运行速度之间的初始运行速度比值。3.如权利要求1所述的时钟同步方法，其特征在于，在步骤S3中具体包括：S31记录参考时钟广播当前参考时钟的时刻τ及参考时钟接收主站时钟应答数据帧的时刻τ’，同时记录主站时钟接收当前参考时钟的时刻t及主站时钟发送应答数据帧的时刻t’；S32分别得到主站时钟的时间差均值Δt和参考时钟的时间差均值Δτ；S33基于步骤S2中得到的初始运行速度比值以及步骤S32中得到的主站时钟的时间差均值Δt和参考时钟的时间差均值Δτ得到主站时钟与参考时钟之间的传输延迟Delay。4.如权利要求3所述的时钟同步方法，其特征在于，在步骤S33中所述传输延迟Delay具体为：Delay＝(Δτ-K0Δt)/2其中，Δt为主站时钟的时间差均值，Δτ为参考时钟的时间差均值，K0为初始运行速度比值。5.如权利要求1-4任意一项所述的时钟同步方法，其特征在于，在步骤S4之后还包括：S5分别获取各从站的从站时间在同步模式下的起始时间；S6采用时钟频率跟随的方法实现时钟同步。6.如权利要求5所述的时钟同步方法，其特征在于，在步骤S6中具体包括：S6.1周期性的获取参考时钟的时刻；S6.2基于预设的主站时钟的时间间隔得到参考时钟相对应的时钟间隔，并计算得多次累计参考时钟对应时间...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈鑫，周楠，吴杰文，唐浩，陈日东，黄昕，
申请(专利权)人：深圳市旗众智能自动化有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44