[发明专利]基于贝叶斯原理的数控系统现场总线时间同步方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及现场总线技术领域，具体的说是一种基于贝叶斯估计原理的数控系统现场总线执行时间同步方法及装置。

背景技术

数控系统现场总线(也称：数控控制总线、数控总线)用于实现数控装置(CNC)、I/O单元、伺服驱动单元、主轴单元等部件之间的数据实时通信的串行、数字化、多点、双向通信网络(如图1示)。数控系统现场总线具有高速、高实时性、高同步性、高可靠性等设计要求及运行特点，是简化数控系统连接、提高控制精度和可靠性的关键技术之一。

数控系统现场总线的执行时间同步(也称：时间同步)是指总线所连接的各从站在接收到主站发出的命令后，在同一时刻同时执行。

数控装置与连接在数控系统现场总线的各个从站交换数据过程中，主站所发出的数据按照总线拓扑连接顺序，依次通过各从站实现数据及命令信息的交换，在传输过程中，数据帧在总线传输及经过每个从站转发时，均需消耗一定时间，因此总线连接的各从站接收到主站所发出同一数据存在时间差，而从站通过特定的延时执行单元，能够实现在接收到主站指令后的同步执行。采用数控系统现场总线的高档数控系统，主要面向数控机床、大型复合加工中心等应用环境，对执行控制的同步性精度具有较高需求，如多轴联动运动控制、攻丝操作等，均对总线所连接的伺服轴、主轴等部件之间的精确同步动作提出很高要求。因而，各个从站在接收到主站所发出的诸如同步执行等命令时，需要利用总线提供的时间同步机制实现执行时间同步处理，满足多轴联动的运动控制需求。数控系统现场总线的时间同步精度是决定机床加工精度的关键因素之一，是实现精确多轴联动的基础，也是当前国内外数控领域的热门研究课题之一。

目前的数控系统现场总线的执行同步处理，主要基于IEC61158分布式时钟等方法实现，该方法主要原理是在每个站点上均维持一个时钟，在总线通信过程中，不断维护这些时钟之间的同步计时精度，进而实现时间同步的技术。该方法适用范围广，但实现复杂，且占用网络资源较多，增加了短周期的周期性实时数据传输的实现难度，主要应用于复杂拓扑结构的工业现场总线环境。

此外，由于受到数控系统现场总线主站设备、从站设备上执行时间同步处理电路所使用的石英晶振振荡器工作精度、温度漂移、电压抖动等因素导致计算出的执行时间同步时刻点存在着一定的不确定性。当前主要的数控系统现场总线产品，其执行同步误差最小值为1u秒，如表1所示，能够满足一般的多轴联动加工时间同步要求，但是对于超精密或超高速加工中心等应用环境，执行时间的同步抖动误差依然是影响加工精度的重要因素之一。

表1目前主流数控系统现场总线执行同步抖动误差比较

发明内容

针对现有技术中存在的上述不足之处，本发明要解决的技术问题是提供一种实现方法简单的针对数控系统现场总线应用环境的总线执行同步方法及装置，以实现数控系统现场总线在通信过程中的高精度执行时间同步。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种基于贝叶斯原理的数控系统现场总线时间同步装置，包括

处理器，用于完成基于贝叶斯原理的通信延时估计计算，并完成执行同步延时时间计算；输入端接受来自总线的总线数据到达指示信号；输入端接受来自执行同步延时计时器发出的同步信号；输出控制信号分别至高精度计时时钟和执行同步延时计时器；并与高精度计时时钟和执行同步延时计时器进行数据传输；

高精度计时时钟，用于计算主站与各从站间的通信延时采样值；输入端接收来自处理器的控制信号；与处理器进行数据传输；

执行同步延时计时器，用于计时至0时刻输出同步信号；输入端接收来自处理器的控制信号；与处理器进行数据传输；

所述控制信号为启动，停止，锁存的控制信号。

所述高精度计时时钟，仅在该模块用于主站时，计算主站与从站之间的通信延时计算。

一种基于贝叶斯原理的数控系统现场总线时间同步方法，包括以下步骤：

进行通信延时采样值计算；

利用贝叶斯原理计算主站与各从站间的通信延时。

所述通信延时采样值计算为主站记录数据向从站发送的起始时间txmit及收到返回数据的时间trcvd，通信延时tdelay＝(trcvd-txmit)/2。

所述利用贝叶斯原理计算主站与各从站间的通信延时包括以下步骤：节点初始化t₁为先验时刻、t₂为后验时刻；

通过计算μ(t₁)；

计算与t₁时刻的估计区间[a(t2)，b(t2)]；