[发明专利]一种基于EtherCAT的高精度多轴时钟同步方法

说明书

本发明公开了一种基于EtherCAT的高精度多轴时钟同步方法，包括以下步骤：设置时间测量模块，开启时间测量模块，测量EtherCAT sync中断与应用层执行之间的时间，然后将上述测量的时间输入到时钟同步修正算法模块对时钟进行修正，通过时钟同步修正算法模块修正应用层时间，分别对各轴进行以上操作，最终使得所有轴应用层执行中断与EtherCAT同步中断执行间隔为固定值，以实现多轴时钟同步的效果。本发明不仅可以实现单轴伺服与主站的高精度时钟同步，也可实现轴与轴之间的同步，同步等级可达0.1us，大大提升多轴伺服的同步响应，提升控制精度。

技术领域

在此本发明涉及一种多轴时钟同步方法，尤其涉及一种基于EtherCAT的高精度多轴时钟同步方法，属于工业互联网多轴传动技术领域。

背景技术

在此随着工业技术的飞速发展，市场对伺服系统的需求越来越多，而总线伺服因其布线简单，通信速率高，数据吞吐量大，可实现位置/速度/转矩等高级控制等特点，被广泛应用在3C、工业机器人、智能工厂等行业。传统现场总线包括Profitbus-DP、CANopen等，这些传统现场总线通信效率低，通信周期长，很难满足高端运动控制的高同步性、高效高速等要求。

近年来，工业以太网技术取得较大发展，由于工业以太网是基于以太网的一种改造技术，因此其具有以太网的通信速率高，共享资源能力强，可持续发展潜力大的特点，工业以太网技术可以完美的解决传统现场总线存在的问题，因此工业以太网成了现在工业产品设计的一种趋势，基于EtherCAT的总线伺服系统就是一种集成工业以太网技术的伺服方案。

为了系统的同步，EtherCAT协定中有提供分散式时钟机制(DC)，即使通讯循环周期有抖动，时钟的抖动远小于1µs，大约接近IEEE 1588精密时间协议的标准。因此EtherCAT的主站设备不需针对时钟使用特殊的硬件，可以用软件实现在任何标准的以太网MAC，即使没有特殊的通讯协处理器也没有关系。

然而，虽然EtherCAT协议中提供了同步机制，但是各个EtherCAT从站与主站并不是使用的同源时钟，每个设备时钟都有微小差别，最终导致各个轴的同步性不一致，甚至与主站数据滑拍的情况，如图1所示，严重影响伺服的控制性能，导致在高精度轨迹控制中轨迹变形。

以上问题是每个EtherCAT伺服系统都需要面对的，如果不能很好的解决该问题，伺服性能将大打折扣，伺服也将无法应用在高精尖设备中，尤其是多轴传动场合，更是对同步性有严格的要求。

传统的解决方案是设置EtherCAT通信数据缓存(Pbuff)，当EtherCAT同步中断(sync)到达时，将相应的数据送入Pbuff，而不是直接传递给应用层处理，如此可防止EtherCAT sync中断对应用处理产生较大影响，减小通信周期波动带来的应用执行抖动，同时，若EtherCAT sync中断晚于应用中断产生，应用层将提前触发处理中断，数据从Pbuff获取，如图2所示。其中，Pbuff GET代表获取时间，Pbuff Append代表添加数据。

以上方法可以在单伺服使用上解决通信周期波动以及主从时钟不同源导致的通信不同步、数据滑拍等问题，然而此方法只能解决单轴的同步问题，在多轴应用上也仅仅只能解决抖动问题，无法实现多轴的高精度同步。

发明内容

在此为了解决上述技术所存在的不足之处，本发明提供了一种基于EtherCAT的高精度多轴时钟同步方法，其不仅可以实现单轴与主站的时钟同步，还可实现多轴与主站之间的同步，轴与轴之间的同步。

为了解决以上技术问题，本发明采用的技术方案是：一种基于EtherCAT的高精度多轴时钟同步方法，包括以下步骤：