基于實時以太網的網絡化數控系統(tǒng)通信協(xié)議關鍵技術研究.pdf

1、隨著現代制造業(yè)的不斷發(fā)展，基于實時以太網的網絡化數控系統(tǒng)已經越來越多的應用到高精高速加工中，逐步取代基于特定現場總線的網絡化數控系統(tǒng)。本文以基于實時以太網的網絡化數控系統(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)議深入研究了網絡化數控系統(tǒng)中實時性和可靠性的優(yōu)化設計、網絡誘導延遲的精確控制、分布式時鐘同步策略、運動同步控制算法等關鍵技術。
　　為了實現SKYLINK協(xié)議中實時性和可靠性的優(yōu)化設計，本文首先提出了

2、即時信息控制機制來提高協(xié)議的實時性，并將集總幀通信模式和點對點通信模式結合應用在一個通信周期內的通信規(guī)劃，該規(guī)劃根據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據來保證系統(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行比較，來證明SKYLINK協(xié)議的實時性和可靠性。
　　為了實現對網絡誘導延遲的精確控制，需要將

3、網絡誘導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)議中的網絡誘導延遲進行了模型分析，得出了該延遲與通信周期的關系，并提出了對該延遲根據硬件重新分類，并在硬件層面對分類細化后各個延遲進行固定的控制方法，該方法使網絡誘導延遲完全由硬件來控制，實現了對該延遲的精確控制。
　　為了實現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制與IEEE1588協(xié)議結合的時鐘同步策略，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行分離補償的方法。為了驗證提出的時鐘同步策略具有穩(wěn)定性和相當高的時鐘同步精度，對時鐘漂移動態(tài)補償和時鐘偏移動態(tài)補償進行了算法分析，提出了時鐘同步策略的硬件技術方案,并在基于該方案搭建的環(huán)型網絡數控系統(tǒng)實驗測試平臺上進行了時鐘

5、偏差測量實驗。
　　為了實現SKYLINK協(xié)議高精度運動同步控制的目標，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絡誘導延遲來預估位置同步誤差的運動消息預估算法，從而提升了位置同步誤差的補償精度，也進一步提高了位置同步算法的精度