无线传感器网络中延迟补偿的分布式时钟同步算法

时钟同步为无线传感器网络中的节点处理分布式任务提供了一个共同的时间参考,无线传感器网络需要精确的时钟同步来保持数据的一致性和协调性,但是同步过程中的不确定性延迟会严重干扰同步参数的计算。为了消除消息延迟的不确定性对时钟同步的影响,本文考虑高斯分布的消息延迟,建立了新的时钟同步模型,并基于卡尔曼滤波和分布式时钟同步算法,提出了一种能够有效处理延迟影响的时钟同步算法,该算法使用广播的单向通信方式,所有参数可以在接收端独立更新,另外考虑了以计算的全局时间为参考更新偏差来提升同步精度。使用5个节点进行MATLAB仿真实验和nRF52832硬件验证,在微秒级延迟下,本算法的同步精度可以维持在10μs,相较于其他算法,本算法维持了很好的同步精度和稳定性。

基于EPL的分布式时钟同步方法

工业以太网协议Ethernet POWERLINK(EPI)分布式站点的时钟同步方法并不能在实时运行过程中保持很高的同步精度,无法满足特定环境下的控制要求;研究了工业以太网协议EPL的两种时钟同步机制,通过数理计算分析了时钟同步误差产生的原因,针对误差较大的缺点,提出了减小误差的方法;通过迭代计算消除了主从站同步报文往返的路径延迟,并设计基于现场可编程门阵列(FPGA)的集线器(Hub)用于EPL菊花链网络拓扑结构,有效地克服了时钟同步报文往返传输延时不一致的缺点,测试结果表明新方法明显优于协议自身的时钟同步方法,对于实现基于EPI的高精度分布式时钟同步网络具有重要意义。

分布式计算系统中逻辑时钟的研究

主要论述了逻辑时钟在调试分布式系统领域的应用。首先讨论了逻辑时钟方法及逻辑时钟的修改算法 ,然后介绍了自行研制的分布式 S4系统中逻辑时钟监控器模块的实现方法。

分布式标准时钟基准的批量自动化电能表检定

针对常规电能表检定过程中出现检定标准不精确的问题,设计了一种分布式标准时钟基准的批量自动化电能表检定方法,设计了一种新型的批量电能表检测方案,包括分布式标准时钟基准,电源供电模块(辅助电源系统)、多路直流大电压模块、多路直流小电压模块、单路直流电流模块、多路误差计算模块等,并设计了一种标准直流电源模块,实现高精度直流输出。设计了由专用微处理器(CPU)和现场可编程门阵列(FPGA)组成的数据处理模块,实现高精度电能检定。该检定装置已应用于直接接入式直流电能表、间接接入式直流电能表的检定,并取得良好成果。

一种分布式系统的时钟同步装置设计

本文设计了一种简易、经济的无线同步装置。该装置包含电源电路、电源管理模块、稳压模块、同步电路模块及同步信号输出模块,可以使具备引脚中断输入及相应中断服务程序的无线设备间实现时间戳同步。此无线同步装置具有同步时间精确、方案简单、操作过程方便等特点,一定程度上解决了无线设备同步方案复杂、实现过程昂贵的问题。

分布式网络化运动控制系统协同调度方法研究

提出一种分布并行结构下运动控制系统跨层次通信任务协同调度方法。首先,通过构建分布式时钟系统生成一类基于保障性时隙序列的跨层次任务调度表,将协同调度问题分解为时钟和时隙释放时间两个同步问题;然后,采用卡尔曼估计器预测分布式时钟偏差及偏差的变化,并采用比例积分控制器跟随控制各网络节点时隙序列释放时间设定值的输出。基于分布式时钟的通信时隙释放同步实验结果表明:四跳链路下同步总误差的峰峰值仅为2.167μs,验证了所提方法的有效性。

EtherCAT精确时钟同步技术的实现

为了解决工业自动化领域中分布过程的同步动作的问题,首先基于EtherCAT的网络拓补结构,阐述了工业以太网EtherCAT的时钟同步机制,设计了分布式时钟的同步算法、仿真程序及具体实现过程,进行同步误差仿真分析,然后通过搭建基于ARM和FPGA的硬件平台对同步效果进行测试,实验结果证明EtherCAT分布式时钟能够达到小于100ns的同步精度,实现了从站之间的同步,从而满足了高速高精加工的需求。

无线传感器网络时钟参数追踪与一致性同步

针对无线传感器网络分布式时钟同步问题,在不可靠网络以及随机性干扰的情况下,提出了基于卡尔曼滤波的最大一致性时钟同步算法。在获得硬件时钟参数后,通过设置预定偏斜目标,各节点可不通过网络交换来调整时钟偏斜。为了进一步使节点间时钟偏移达到同步,设计了最大一致性控制方案来补偿节点,并基于图论给出算法收敛性证明。仿真结果表明算法能够快速跟踪硬件时钟参数,较加权最大一致性时钟同步算法收敛速度更快,全局平均同步误差下降了一个数量级。

基于EtherCAT实时以太网的伺服运动控制系统设计

针对工业运动控制中多轴同步性问题,设计了一款基于EtherCAT实时以太网的伺服运动控制系统。系统主站根据EtherCAT通信原理对从站通信控制器分布式时钟进行操作,使其输出同步信号,实现对两轴实验平台运动的同步控制。实验结果表明,该系统具有良好的稳定性和同步性。

基于ROS和IgH主站的多关节机器人控制系统设计

针对基于现场总线的多关节机器人系统响应速度慢、通信带宽低以及实时性差等方面的问题,基于ROS和IgH主站,设计了一种多关节机器人控制系统。首先,选取合适的EtherCAT通讯周期、同步信号周期以及轨迹插补周期,将IgH主站和ROS平台融合;其次,对多关节机器人进行运动学建模,建立URDF模型;然后,结合ROS提供的Moveit!功能包集,设计了实时性好、同步性高且性能稳定的机器人控制系统。最后,通过搭建完整的机器人平台进行实验,测量运行过程中的实时任务周期以及轨迹变化。实验结果表明该机器人控制系统具有良好的实时性、同步性以及可靠性。

基于ET1100的多轴系统实现及其同步性能验证

对于多轴控制系统,研究系统的控制精度和各轴同步性能.结合BechHoff公司ET1100的实时以太网技术,构建了ET1100加FPGA的雕刻机控制系统.使用Altera的FPGA实现ET1100的控制时序和状态机切换,主从站通信协议CoE的解析并且负责电机控制驱动板的脉冲产生.最终完成了雕刻机控制系统的从站构建,验证了由ET1100提供的分布式时钟的同步性能.实验表明,系统控制可靠、精度高,同步性能优越.

无线传感器网络时间同步算法研究

时间同步技术是无线传感器网络中非常重要的协议之一,是保证传感器网络中各个节点协同工作的核心机制。根据有无参考节点将时间同步算法分为双向消息交换时间同步算法和分布式一致时间同步算法,其中双向消息同步机制广播消息交换算法和基于ACK帧的时间同步算法。这三类双向消息时间同步算法的时间同步消息发送数目逐级递减,能耗相对应降低;而分布式一致时间同步算法摒弃了参考节点的选择,同时同步所有的传感器节点,避免了参考节点失效而无法进行时钟同步的情况。基于现有研究的分析及归纳,最后给出了时间同步算法未来可能的研究方向。