【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及工业自动化控制，尤其涉及一种基于tsn(time-sensitivenetworking，时钟敏感网络)与ethercat(ethernet for control automationtechnology，以太网控制自动化技术)异构网络的多电机同步控制方法。
技术介绍
1、在现代工业自动化和控制系统中，多电机同步控制是一项重要任务，多电机同步控制旨在确保多个电机以一致的速度、位置或运动模式运行，从而提高整个系统的性能和精度。同步控制离不开高效可靠的实时通信技术。传感器和执行器之间需要实时的数据交换和控制指令传输，以确保多电机之间的同步性。传统通信方式无法满足实时性和同步性的需求，因此需要更先进的通信技术来满足这些要求。近年来，以太网技术在工业自动化领域得到广泛应用。随着以太网技术和实时通信协议如ethercat等的发展，这些技术的发展使得多电机系统间的数据传输速度和精确同步能力大幅提高，为实现实时同步控制提供了有效的技术支持。
2、由于多电机系统的复杂性和相互之间的相互影响，实时同步控制需要应对以下主要问题：
3、(1)通信延迟：通信延迟是指从控制指令发送到执行实际动作的延迟时间。多电机系统中，每个电机的控制指令需要经过通信网络传输到相应的从站设备，由驱动器执行。通信延迟会导致控制指令到达电机的时间差，影响电机的同步性能；
4、(2)数据同步：多电机系统中，各个电机的数据(如位置、速度等)需要在实时同步控制过程中保持一致。数据同步问题包括时钟同步、数据传输同步和控制计算同步。若
5、尽管以太网和实时通讯协议提供了较好的技术基础，但多电机实时同步控制仍面临挑战。多电机实时同步控制的目标是实现多个电机之间的协同工作，提高整个系统的性能。复杂的多分布式控制和协同控制的策略受到模型不确定性与参数敏感性等因素的影响，这影响到同步精度与系统可靠性。此外，由双电机的同步控制向多电机同步控制。甚至多到更大规模电机集群与大空间跨度协作系统的控制，都需要结合适当的控制结构与实时通信手段以实现有效控制。虽然以太网技术和实时通信协议在实现实时同步控制方面提供了支持，但目前尚未提出解决多电机同步控制实时通信需求的有效方法。
技术实现思路
1、鉴于上述的分析，本专利技术实施例旨在提供一种基于tsn与ethercat异构网络的多电机同步控制方法，用以解决现有技术中多电机需要实时同步通信的技术问题。
2、为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种基于tsn与ethercat异构网络的多电机同步控制方法，包括：
3、建立计算机pc、tsn交换机和多个电机控制器之间的通信，设置时钟同步周期和时间差阈值，并进行时钟同步初始化；
4、在一个时钟同步周期内，所述计算机pc通过所述tsn交换机向各所述电机控制器发送控制指令数据包，各所述电机控制器将所述控制指令数据包解析为脉冲信号通过相应的子ethercat网络发送至该子网络中的第一电机驱动器，子网络中剩余电机驱动器级联接收脉冲信号；所述各电机驱动器回传相应伺服电机的运动状态至所述计算机pc；当所述计算机pc监测到伺服电机运动状态与控制指令不符合时，进行该伺服电机故障修复后触发时钟同步初始化；或者，当计算机pc监测到控制指令执行总延迟大于所述时间差阈值时，触发时钟同步初始化；
5、当所述时钟同步周期结束时，再次触发时钟同步初始化。
6、进一步地，所述建立计算机pc、tsn交换机和多个电机控制器之间的通信，包括：
7、将所述计算机pc、电机控制器及tsn交换机设置为同一tsn域的同一网段内；
8、所述计算机pc作为服务端，创建服务端套接字；
9、将所述服务端的连接设置为多线程形式，进行轮询监听；
10、将各所述电机控制器作为客户端分别通过tsn交换机连接至所述服务端；
11、所述服务端轮询获取到一个新客户端的连接，则创建一个子线程用于和该客户端进行通信。
12、进一步地，所述时钟同步初始化，包括：
13、在tsn域中，使用gptp同步方式，将所述计算机pc与各电机控制器的硬件时间戳对齐；
14、在每个子ethercat网络中，采用分布式时钟同步机制，以每个电机控制器作为每个子ethercat网络的主站参考时钟，计算出所述主站参考时钟到相应的各个从站中第一个电机驱动器的链路传播延时和初始时钟偏移量；
15、所述第一个电机驱动器根据主站参考时钟、链路传播延时和初始时钟偏移量计算本地时钟误差，基于所述本地时钟误差对第一个电机驱动器本地系统时间进行调整为第一个电机驱动器的校准时钟；
16、级联的电机驱动器在前一个电机驱动器校准时钟的基础上依次增加一个微时钟漂移，得到级联的每个电机驱动器的校准时钟；其中，所述微时钟漂移由所述计算机pc预先发送一条同步指令，通过计算每个子ethercat网络中第二个电机驱动器与第一个电机驱动器之间的链路传输延时获得。
17、进一步地，所述第一个电机驱动器根据主站参考时钟、链路传播延时和初始时钟偏移量来计算本地时钟误差，基于所述本地时钟误差对第一个电机驱动器本地系统时间进行调整为第一个电机驱动器的校准时钟包括：
18、以各个电机控制器硬件时间戳作为主站参考时钟，计算出所述参考时钟到对应的第一个电机驱动器的链路传播延时和初始时钟偏移量；
19、第一个电机驱动器根据所述主站参考时钟、链路传播延时和初始时钟偏移量来计算本地时钟误差；
20、其中，初始时钟偏移量是指当所述时钟同步初始化过程开始时，电机控制器的主站参考时钟与第一个电机驱动器的本地时钟之间的时间差；所述链路传播延时是电机控制器到第一个电机驱动器之间的传输延迟；
21、计算第一个电机驱动器的本地时钟误差，如下：
22、e1＝ci-ti-trefi
23、其中，e1为电机控制器i对应的第一个电机驱动器的本地时钟误差，ci为电机控制器i对应的第一个电机驱动器的本地时钟，ti为电机控制器i对应的第一个电机驱动器的链路传播延时，trefi为电机控制器i的参考时钟；
24、第一个电机驱动器基于本地系统时间和所述本地时钟误差调整得到校准时钟。
25、进一步地，所述控制指令数据包中包含发送时间戳；
26、每个子ethercat网络中的电机控制器接收所述控制指令数据包，并解析为脉冲信号发送至子ethercat网络中的所述第一个电机驱动器；
27、所述第一个电机驱动器根据寻址提取出自己对应的指令并将剩余的指令通过ethercat总线传递给下一个电机驱动器，以此类推，剩余电机驱动器依次级联接收脉冲信号。
28、每个电机驱动器接收所述脉冲信号驱动相应伺服电机运动，同时记录接收脉冲信号时间戳并上传至所述计算机pc；
29、基于所本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于TSN与EtherCAT异构网络的多电机同步控制方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述建立计算机PC、TSN交换机和多个电机控制器之间的通信，包括：
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述时钟同步初始化，包括：
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第一个电机驱动器根据主站参考时钟、链路传播延时和初始时钟偏移量来计算本地时钟误差，基于所述本地时钟误差对第一个电机驱动器本地系统时间进行调整为第一个电机驱动器的校准时钟包括：
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述控制指令数据包中包含发送时间戳；
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述当所述计算机PC监测到伺服电机运动状态与控制指令不符合时，进行该伺服电机故障修复包括：
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述如果不符合将进行所述伺服电机故障修复包括：
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，基于所述故障严重程度，进行停止系统、停止或禁用发生故障的伺服电机、或者进行在
9.根据权利要求1-8任一项所述的方法，其特征在于，包括：
10.根据权利要求1-8任一项所述的方法，其特征在于，所述伺服电机运行状态数据包括：伺服电机当前位置、速度、加速度、功率、温度、电流、电压、故障码、警报信息、运行日志、事件记录信息。
...【技术特征摘要】
1.一种基于tsn与ethercat异构网络的多电机同步控制方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述建立计算机pc、tsn交换机和多个电机控制器之间的通信，包括：
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述时钟同步初始化，包括：
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第一个电机驱动器根据主站参考时钟、链路传播延时和初始时钟偏移量来计算本地时钟误差，基于所述本地时钟误差对第一个电机驱动器本地系统时间进行调整为第一个电机驱动器的校准时钟包括：
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述控制指令数据包中包含发送时间戳；
6.根据权利要...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈晓乐，张宏超，梁晓明，孙云龙，李淑慧，江达，杜玲，
申请(专利权)人：中国北方车辆研究所，
类型：发明
国别省市：
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