[发明专利]一种EtherCAT主站控制系统的快速时钟同步方法

说明书

本发明公开了一种EtherCAT主站控制系统的快速时钟同步方法，其中方法包括：通过时钟频率跟随的方法实现快速的时钟同步；设定固定周期定时线程和可变周期定时线程，分别处理非周期性数据和周期性数据；通过改变可变周期定时线程的周期，完成时钟频率跟随的功能。该快速时钟同步方法实现了EtherCAT主站与参考时钟的同步，避免因时钟不同步而导致的丢包问题；采用频率跟随的方法实现了快速的时钟同步，避免了其他时钟同步方法中超调量过大和稳定时间的不确定性对系统性能的影响，能够准确快速的跟踪参考时钟的运行频率；采用改变主站时钟的运行频率的方法实现时钟同步，避免了由于时刻替换导致的时间缺失，保证了系统的稳定运行。

技术领域

本发明涉及工业自动化领域，特别涉及一种EtherCAT主站控制系统的快速时钟同步方法。

背景技术

在分布式运动控制系统中，时钟同步是保证控制器与各执行端，以及各执行端之间协调性工作的基础。EtherCAT采用分布时钟的原理使得各从站的时钟与参考时钟(通常为在逻辑环形拓扑结构中的第一个支持分布时钟功能的EtherCAT从站)的保持同步，同步精度可达1us。然而，EtherCAT分布时钟的时钟同步功能通过专用的硬件逻辑模块来实现，其方法对于在PC机上实现的EtherCAT的主站而言并不适用。同时，在对速度、精度、多轴协调性能等方面要求较高的运动控制领域中，快速的时钟同步方法是保证其系统性能的关键因素。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中由于EtherCAT主站与参考时钟不同步所带来的丢包问题以及由于PI控制器等时钟同步速度较慢的问题，提供一种基于时钟频率跟随的EtherCAT主站控制系统的快速时钟同步方法。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种EtherCAT主站控制系统的快速时钟同步方法，其特征在于，所述方法包括：

S1、分别设定固定周期定时线程和可变周期定时线程，所述固定周期定时线程传输和处理用于配置通信通道和与应用层进行数据交互的信息；所述可变周期定时线程通过改变定时周期的大小完成跟随参考时钟运行频率的任务，可变周期定时线程用于处理实时信息；

S2、EtherCAT主站运行状态机，使得各个从站由初始状态到预运行状态再到安全运行状态，最后进入运行状态；

S3、当EtherCAT主站控制系统内的各个从站进入到运行状态后，主站按照当前的时钟周期δ_mi周期性地采集参考时钟的时间戳，并计算在主站时钟周期δ_mi下对应的参考时钟的时钟间隔δ_r；根据二者的比值关系可得下个同步周期的定时时间间隔为δ_m(i+1)＝Tδ_mi/δ_r，式中T为以参考时钟为基准时钟的系统的理想的周期时间；按照计算所得值调节主站可变周期定时线程的周期大小，实现主站时钟与参考时钟间的时钟同步。

进一步地，在EtherCAT主站控制系统的各个从站由初始状态向预运行状态转变时，主站按照自身的时钟通过固定周期定时线程以相同的时间间隔δ_m周期性地获取参考时钟的时间戳(T₁，T₂，……T_n)，根据参考时钟的时间戳计算在按主站时钟运行频率定时的时间间隔δ_m下参考时钟的时钟间隔的平均值δ_r＝(T_n-T₁)/(n-1)，所述主站的可变周期定时线程在主站进入运行状态前的初始定时周期δ_m0为：δ_m0＝Tδ_m/δ_r，式中T为以参考时钟为基准时钟的系统的理想的周期时间。

进一步地，采用多次采集求取平均值的方法减少传输噪声对采集的所述参考时钟的时间戳准确性的影响。