基于實時以太網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控系統(tǒng)通信協(xié)議關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代制造業(yè)的不斷發(fā)展，基于實時以太網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控系統(tǒng)已經(jīng)越來越多的應(yīng)用到高精高速加工中，逐步取代基于特定現(xiàn)場總線的網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控系統(tǒng)。本文以基于實時以太網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控系統(tǒng)為研究對象，提出了一種新的通信協(xié)議——SKYLINK，并針對該協(xié)議深入研究了網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控系統(tǒng)中實時性和可靠性的優(yōu)化設(shè)計、網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)延遲的精確控制、分布式時鐘同步策略、運(yùn)動同步控制算法等關(guān)鍵技術(shù)。
　　為了實現(xiàn)SKYLINK協(xié)議中實時性和可靠性的優(yōu)化設(shè)計，本文首先提出了

2、即時信息控制機(jī)制來提高協(xié)議的實時性，并將集總幀通信模式和點對點通信模式結(jié)合應(yīng)用在一個通信周期內(nèi)的通信規(guī)劃，該規(guī)劃根據(jù)通信模式不同將通信周期分為時鐘同步過程和信息通信過程，并在這兩個過程中分別傳遞對可靠性要求不同的數(shù)據(jù)來保證系統(tǒng)的高可靠性；然后，本文提出了將SKYLINK協(xié)議與基于集總幀通信模式的協(xié)議兩者中實時處理通信異常所需的時間冗余進(jìn)行比較，來證明SKYLINK協(xié)議的實時性和可靠性。
　　為了實現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)延遲的精確控制，需要將

3、網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)延遲固定為小于一個周期，且固定值與實際值的差值抖動極小。本文首先對SKYLINK協(xié)議中的網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)延遲進(jìn)行了模型分析，得出了該延遲與通信周期的關(guān)系，并提出了對該延遲根據(jù)硬件重新分類，并在硬件層面對分類細(xì)化后各個延遲進(jìn)行固定的控制方法，該方法使網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)延遲完全由硬件來控制，實現(xiàn)了對該延遲的精確控制。
　　為了實現(xiàn)SKYLINK協(xié)議的高精度時鐘同步，本文提出了將即時信息控制機(jī)制與IEEE1588協(xié)議結(jié)合的時鐘同步策略，將減少測量

4、誤差作為提高時鐘同步精度的主要方式，通過提高同步頻率和減少被測量的數(shù)量來提高時鐘同步精度。同時由于同步頻率提升會對由晶振不穩(wěn)定性形成的時鐘頻率漂移造成影響，本文提出了使用DPLL對時鐘漂移和使用PI控制器對時鐘偏移進(jìn)行分離補(bǔ)償?shù)姆椒?。為了驗證提出的時鐘同步策略具有穩(wěn)定性和相當(dāng)高的時鐘同步精度，對時鐘漂移動態(tài)補(bǔ)償和時鐘偏移動態(tài)補(bǔ)償進(jìn)行了算法分析，提出了時鐘同步策略的硬件技術(shù)方案,并在基于該方案搭建的環(huán)型網(wǎng)絡(luò)數(shù)控系統(tǒng)實驗測試平臺上進(jìn)行了時鐘

5、偏差測量實驗。
　　為了實現(xiàn)SKYLINK協(xié)議高精度運(yùn)動同步控制的目標(biāo)，本文提出了基于所有軸反饋信息的位置同步算法，通過將采樣反饋信息的收集、計算過程和運(yùn)動同步控制過程在周期通信的兩個過程中相分離，具備了及時獲取所有軸反饋信息和減少從站額外計算壓力的能力，從而提高了位置同步算法的精度；并提出了基于固定且小于通信周期的網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)延遲來預(yù)估位置同步誤差的運(yùn)動消息預(yù)估算法，從而提升了位置同步誤差的補(bǔ)償精度，也進(jìn)一步提高了位置同步算法的精度