确定时钟信号质量制造技术

本发明专利技术提出了检测某种扰动，比如，通过检测循迹误差非典型的变化，尤其是具有超过预定阈值的偏差的循迹误差，从而检测对辅助装置时钟造成的至少一次短机械冲撞（冲击或振动）。通过统计测量的偏差可确定这种非典型的变化，比如方差或标准差。有利地，所提出的解决方法允许确定时钟信号的质量并且提供适当的对应措施。本发明专利技术可应用于各种技术系统，包括具有时钟的辅助装置，比如工业和自动化系统内的装置。该解决方法可应用于通信系统内，该通信系统使用协议，使其装置的时钟同步，比如，工业以太网。

【技术实现步骤摘要】
确定时钟信号质量
本专利技术涉及确定辅助装置内时钟信号的质量的方法和装置。
技术介绍
时钟同步为流程自动化和控制系统正确操作的基础。通常，自动化系统的组成部分（也称为辅助装置）具有内部时钟（由石英驱动），该时钟必须与（优先选择的）主装置的时钟同步。基于工业以太网的系统使用指定的协议（此外，基于IEEE1588-2008标准）进行同步。在这种情况下，通过在链状结构内连续地将所谓的SYNC消息从一个组成部分发送给下一个组成部分，进行这种同步。在本地辅助装置处，控制算法用于生成称为“受控时间”的主时间估计的平稳版本（smoothversion），并且为本地辅助装置的输出。然后，其他的应用可将受控时间用作精确的同步时间，用于进行控制和/或通信。然而，现有解决方法不能确定受控时间的值的质量，也不能检测用于同步硬件的突然的外部扰动，比如振动或冲击。因此，该目的在于克服上述缺点，尤其在于提供一种解决方法，该解决方法根据比如机械冲撞，允许辅助装置确定受控时间信号的质量和/或检测突然的扰动（disturbances）。根据独立的权利要求书的特征，解决了该问题。其他的实施例源自所附权利要求书。
技术实现思路
为了克服该问题，提供了确定辅助装置内时钟信号的质量的方法，其中，确定循迹误差（trackingerror）的统计测量，其中，根据通过统计测量的循迹误差的偏差，确定时钟信号的质量。因此，通过检测循迹误差非典型的变化，尤其是具有大于预定阈值的偏差的循迹误差，从而可检测比如对辅助装置的至少一次短机械冲撞。通过统计测量的偏差可确定这种非典型的变化。这种解决方法可用于确定辅助装置处产生的短扰动和/或时钟信号的质量是好还是坏（比如，如果偏差在预定值以下则被认为是坏）。同样，根据时钟信号的质量等级，可开始采取对应措施。要注意的是，可存在两个以上的质量等级（好、坏），造成采取不同的行动（或者根本没有采取行动）。同样可选地，辅助装置表示时钟信号的质量，比如提高报警信号旗。在本地辅助装置（比如，朝着在辅助装置上运行的应用程序）处可给出这种表示，和/或使用同步的时间信号，可将消息发送给通信网络的至少一个组成部分比如，主装置和/或任何其他的辅助装置和/或客户应用程序。在一个实施例中，统计测量包括方差和/或标准差。在另一个实施例中，根据滤波函数确定方差和/或标准差。可使用各种滤波器，比如低通滤波器。在又一个实施例中，滤波函数对应于VAR(eT)=z(k)其中eT为循迹误差，σ(eT)为循迹误差的标准差，VAR(eT)为循迹误差的方差，k为步骤，a为滤波参数。在下一个实施例中，根据时钟信号的质量，确定时钟信号的扰动。也具有以下实施例，时钟信号的质量低于指定阈值时，辅助装置（slavedevice）使用主时间估计信号，以及时钟信号的质量至少达到指定的阈值时，辅助装置使用受控时间信号。因此，有利地，通过低质量的信号检测扰动时，使用主时间估计信号，该信号不受到辅助装置的控制并且不包含施加给辅助装置的本地扰动。已经检测出扰动之后，可进行若干个周期。然后，可再次使用辅助装置的受控时间信号。根据另一个实施例，受控时间信号基于循迹误差并且循迹误差基于主时间估计信号和受控时间之间的差异。要注意的是，受控时间基于辅助装置的时钟，尤其基于为辅助装置提供时钟信号的石英。还要注意的是，辅助装置包括PI控制器，该控制器处理循迹误差并且将受控信号传送给时钟；将时钟的输出回馈给PI控制器的入口，从主时间估计中减去该输出，产生随后的循迹误差。根据辅助装置时钟的周期，尤其根据到达辅助装置（比如沿着包括先前的辅助装置和主装置的链条）的同步消息，以离散时间步骤可进行调整。根据下一个实施，根据时钟信号的质量调整用于进行通信的间隔。因此，质量等级可用于调整客户应用程序所需要的通信间隔，将同步流程（Process）的输出用作时间基础。良好的共同的时基允许塞满更密集地共用一个网络的不同客户的通信时隙，而不造成相互干扰（interference）。因此，良好的同步可造成用于进行通信的时隙更短，这就增大了可用带宽以及该系统的整体性能。根据一个实施例，确定循迹误差的标准差，通过确定本地扰动可造成的最大循迹误差，确定是否在标准差方面(withrespectto)不可能（unlikely）具有循迹误差，根据比较最大的循迹误差和循迹误差所估计的方差的函数，确定扰动。根据一个实施例，通过emt(k)=max(|eT(k)|,|eT(k)+eT(k-1)|)确定本地扰动可造成的最大循迹误差。在另一个实施例中，循迹误差所估计的方差的函数对应于其中，参数a0和a1构成假阳性检测（falsepositivedetections）和假阴性检测（falsenegativedetections）之间的权衡（trade-off）。根据下一个实施例，本地扰动包括机械冲撞或振动。因此，可检测施加给时钟的任何机械冲撞，尤其与常规噪声等级相比，足够强烈以及对于预定数量的时钟周期，足够短的情况下。以上问题也由确定时钟信号质量的装置解决，该装置包括处理单元，设置成确定循迹误差的统计测量，根据通过统计测量的循迹误差的偏差，确定时钟信号的质量。要注意的是，在该处理单元上也可执行此处所述的方法步骤。进一步要注意的是，所述处理单元可包括至少一个，尤其是若干个装置，这些装置设置成执行此处所述的方法步骤。该装置可逻辑上或物理上分开；尤其地，若干个逻辑上分开的装置可组合成至少一个物理单元。所述处理单元可包括以下中的至少一个：处理器、微型控制器、硬接线电路、ASIC、FPGA、逻辑装置。根据一个实施例，该装置为一连串若干个辅助装置中的一个辅助装置，所述辅助装置由主装置提供主时钟信号。根据又一个实施例，该装置包括PI控制器，该控制器处理循迹误差并且将受控信号传送给时钟，将时钟输出回馈给PI控制器的入口，从主时间估计中减去该输出，产生随后的循迹误差。此处所提供的解决方法进一步包括计算机程序产品，直接可下载到数字计算机的存储器内，包括软件代码部分，用于执行此处所述的方法步骤。此外，计算机可读介质解决了上述问题，比如，各种储存，具有计算机可执行指令，适合于促使计算机系统执行此处所述的方法。而且，包括此处所述的至少一个装置的系统解决了上述问题。附图说明结合下面的实例以及图中讨论的考虑因素，进一步阐述本专利技术的上述特性、特征和优点及其实现方式。图1显示了可在辅助装置内执行的时钟同步控制环路的结构；图2显示了机械冲击造成的标准频率偏移(f-f0)/f0。具体实施方式图1显示了可在辅助装置内执行的时钟同步控制环路的结构。辅助装置的时钟不（明显地）受到外部扰动（比如冲击或振动）的扰动时，时钟同步流程（process）唯一相关的扰动是信号n，通过该信号，所估计的主时间w（mastertime）与真实的主时间y不同。要注意的是，扰动n包括主装置和这个实际的辅助装置之间所有的噪声和扰动（累积的噪声）。误差eT表示输入到PI控制器101（比如包括成比例的（P）和整体的（I）部分）的循迹误差。PI控制器101的输出称为信号u，将该信号馈入辅助装置的受控时钟102中。受控时钟102的输出由受控时间表示，从估计的主时间w中减去该受控时间。受控时钟102可受到扰动d（比如，冲本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种确定辅助装置内时钟信号的质量的方法，其中，确定循迹误差的统计测量，其中，根据通过统计测量的循迹误差的偏差，确定时钟信号的质量。

【技术特征摘要】
2011.08.30 EP 11179296.61.一种确定辅助装置内时钟信号的质量的方法，其中，确定循迹误差的统计测量，其中，根据通过统计测量的循迹误差的偏差，确定时钟信号的质量，其中，确定循迹误差的标准差，通过确定本地扰动可造成的最大循迹误差，确定是否在标准差方面不可能具有循迹误差，根据比较所述最大的循迹误差和循迹误差的所估计的方差的函数，确定扰动。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述统计测量包括方差和/或标准差。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，根据滤波函数确定方差和/或标准差。4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述滤波函数对应于VAR(eT)＝z(k)其中eT为循迹误差，σ(eT)为循迹误差的标准差，VAR(eT)为循迹误差的方差，k为步骤，a为滤波参数。5.根据权利要求1或2所述的方法，其中，根据时钟信号的质量确定时钟信号的扰动。6.根据权利要求4所述的方法，其中，根据时钟信号的质量确定时钟信号的扰动。7.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述时钟信号的质量低于指定阈值时，所述辅助装置使用主时间估计信号，以及所述时钟信号的质量至少达到指定的阈值时，所述辅助装置使用受控时间信号。8.根据权利要求6所述的方法，其中，所述时钟信号的质量低于指定阈值时，所述辅助装置使用主时间估计信号，以及所述时钟信号的质量至少达到指定的阈值时，所述辅助装置使用受控时间信号。9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述受控时间信号基于所述循迹误差并且所述循迹误差基于所述主时间估计信号和所述受控时间之间的差值。10.根据权利要求1或2所述的方法，其中，根据时钟信号的质量调整用于进行通信的间隔。11.根据权利要求9所述的方法，其中，根据时钟信号的质量调整用于进行通信的间隔。12.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：迈克尔·伯恩哈德·布赫尔，德拉甘·奥布拉多维奇，京特·施泰因德尔，菲利普·沃尔夫鲁姆，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：