基于面向TTE的新型数据综合系统的设计与实现

针对传统总线无法实时网络传输,新型总线时间触发以太网(TTE)兼容IP协议和IEEE802.3协议,但TT业务和BE业务需设备满足TTE协议,实际工程缺少适用性的问题,设计了一种基于FPGA的时间触发以太网数据综合系统。该数据综合系统以FPGA作为核心控制器,千兆网作为主要通信接口,在满足高速率、高宽带、高灵活的前提下,设计出数据综合模块,将多种传统总线与TTE总线良好兼容。试验结果表明:系统在同步精度高达40 ns、通信抖动仅为392 ns的前提下,数据转换收发无误码现象。同时将多种数据混合编帧,具备极高的稳定性与灵活性,为TTE网络数据服务于实际工程提供了可靠的解决方案。

基于ZYNQ的时间触发以太网系统设计

时间触发以太网(TTE)是一种基于标准以太网的实时网络通信技术,采用“时钟同步”和“时间触发”来确保关键数据的通信实时性和确定性,解决了标准以太网基于“事件触发”的通信方式无法保证通信确定性这一问题,通过冗余传输和故障检测、隔离机制来提升网络的可靠性,具有大带宽、强实时性、高可靠性和兼容标准以太网的技术特点,能够满足安全关键系统的强实时通信需求,本系统应用ZYNQ芯片实现了TTE网络协议,完成了数据采集、数据传输、数据判读等功能。测试展现了TTE技术的高可靠性和时效性,并展现出本系统的兼容性和多任务工况的应用拓展性。

基于可变增益PID控制器的车载以太网时钟同步算法研究

在车载以太网中,电机力矩、碰撞检测等控制类或关键突发信息的通信,由于其实时性要求比较高,需要借助时间敏感网络(Time Sensitive Net,TSN)协议,特别是流预留等机制来确保实时性或带宽,而要实现这些协议,网络节点间的高精度时钟同步是基础。通过设计基于根轨迹的PID控制器,对运行在从时钟节点上的时钟同步过程进行控制,并对控制器增益系数进行基于误差变化的自适应处理。实验结果表明,与未采用增益系数环节的控制器相比,采用自适应增益系数调整的控制器在同步过程的稳态误差绝对值均值降低了45%,稳态误差标准差降低了41%;与采用较小增益系数相比,采用自适应增益系数调整的同步过程在稳态过渡过程时间上降低了75%。实验结果证实了该方案可以有效平衡同步过程的稳态过渡过程时间和稳态同步精度。

一种专用结构的无线系统硬件架构设计

基于对无线网络信号进行处理的特定需要,文中介绍了一种采用非标结构的无线系统硬件架构的设计方案,方案主要包括无线系统方框图介绍、系统内的主要数据流向、组成系统的各单板(控制和交换板、背板、电源板、风扇板)的硬件功能和实现方式、背板的布板考虑,介绍了系统运行过程并给出了流程图等。基于此方案研发的硬件系统架构已经完成初始样机调测,列出了调测结果,实际运行表明,该方案可靠,数据传输稳定,验证了方案的可实现性和实用性。

基于Ethernet Powerlink多轴伺服运动控制系统的同步性能研究

研究并设计了基于Ethernet Powerlink技术的多轴伺服运动控制系统的基本结构,阐述了其工作原理,重点从传输延时、偏移补偿和漂移补偿三个方面分析了Ethernet Powerlink多轴伺服运动控制系统的同步性能,并通过试验验证了其同步性能可以满足多轴伺服运动控制领域的要求。

IEEE1588 Time Synchronizing System Multiplexing Industrial Ethernet of Distribution Automation

The present study explores an IEEE1588 Synchronizing System for smart distribution grid based on Industrial Ethernet. The paper first analyzes the communication system in distribution network and then proposed the project of time synchronizing system using IEEE1588 in distribution network. The study focuses on rational clock correcting time region segmentation, selecting the best clock source injection point and multiple redundant methods when correcting time method lose efficacy, etc. The precision of time synchronizing is better than that of 1 millisecond.

基于RTEthernet改进的时钟同步算法

以太网其庞大的网络系统在复杂的环境中存在网络链路延迟,节点时钟的漂移,同步能力差等问题;通过研究RTEthernet协议的起源和工作原理,考虑到影响实时以太网时间同步精密度的时钟拜占庭故障、网络传输延迟和漂移率等3个因素,建立了符合RTEthernet协议的通信模型;对FTA时钟同步算法在故障下时钟同步精密度损失率提升较少的问题进行了研究,引入了滑动窗口技术,提出了容错滑动窗口(FTSW,fault tolerant sliding window)算法;容错滑动窗口算法能进一步提高分布式系统在进行时钟同步是对故障节点的容错能力;最后,使用CANoe仿真工具对FTSW算法进行仿真验证,FTSW算法的容错性优于FTA时钟同步算法算法,且在系统(7个节点)中存在两个拜占庭故障的情况下,同步后的精密度损失率降低了7.1%。

Ethernet POWERLINK在机器控制领域的应用

Ethernet POWERLINK技术是最早被开发和投入使用的一种实时通信技术,目前它已经被广泛地应用于各类对动态性能和精度要求较高的机器控制场合。本文主要介绍Ethernet POWERLINK技术在CNC与机器人和高速、高精度同步运动控制领域中的应用。

实时以太网总线控制器设计

在总线式控制系统中,现场总线的传输速率和同步精度是影响多轴协同加工任务完成速度和精度的关键因素。为满足高速、高精制造装备对控制系统现场总线传输速率、同步精度的性能要求,解决工业通信总线信息安全问题,以国产FPGA芯片为平台,设计符合IEEE802.3规范的通用以太网接口电路,构建线型级联网络拓扑架构。通过研究工业控制过程数据与服务数据的通道传输原理,提出了一种通道映射的数据传输方法,使总线数据的传输效率得到提升。采用分布式时钟同步机制,利用时间戳计算网络传输延时和时间偏移,通过对总线控制器进行补偿达到同步控制的目的。实验结果表明,所设计的高精度同步实时以太网总线控制器,在100 Mb/s以太网链路中最小通信周期可达250 μs,网络各节点的同步精度小于50 ns,达到国际先进水平。

时间触发以太网与时间敏感网络时钟同步失效对比分析

确定性网络技术逐步应用于航电、工业自动化、车载等任务关键系统,如时间触发以太网(TTE)、时间敏感网络(TSN)等,但时间同步技术是这类网络可靠运行的基础,目前缺乏量化分析模型以及不同协议时间同步服务可靠性对比分析。针对该问题,分析了上述两种协议时间同步过程,提炼出导致时间同步失效的因素,提出两种时间同步协议失效概率的评估模型,在此基础上对比分析了失效场景与失效概率,最后使用OPNET对两种时间同步协议的失效概率进行仿真,仿真结果与建模结果一致。该时间同步失效概率评估模型可供行业参考。

基于IEEE1588的时钟同步算法软件实现

基于工业以太网通信技术,本文给出了一种精准时间协议的软件实现方法。它基于划分时隙的以太网确定性调度通信机制,有效地消除了以太网冲突的影响,并通过硬件定时、中断补偿等手段,大大提高了时钟同步的精度。经测试的结果表明,它可以达到亚微秒级的时钟抖动精度,满足大部分工业系统的要求。

IEEE1588时钟同步协议在数字化变电站中的应用探讨

针对IEC61850对变电站内不同应用层面的同步精度要求,比较了硬接线同步方式、简单网络时间协议(SNTP)和IEEE1588精确时间协议(PTP)的优缺点。介绍了IEEE1588时间协议的时钟类型以及它们之间的关系,详细分析了IEEE1588时间同步的基本原理。应用目前硬件支持条件,论证了在数字化变电站中应用IEEE1588实现高精度时间同步的可行性。基于未来变电站自动化系统对高精度时间同步信息的需求,提出了IEEE1588时间协议在IEC61850数字化变电站中的2个工程应用方案,其一为单变电站型,其二为多变电站型。在应用方案中,讨论了利用北斗卫星定位系统、全球卫星定位系统(GPS)和原子时钟构建最高级时钟的冗余配置方案。

高性能同步相量测量装置的研制与应用

利用同步时钟授时实现异地相量同步测量,研制一种双CPU结构的高性能同步相量测量装置。介绍了基于双CPU结构的同步相量测量装置的软硬件设计方案。针对硬件设计,介绍了数据采集单元、同步时钟单元、高速通信网络单元的设计;针对软件设计,采用嵌入式实时操作系统uC/OSⅡ开发软件,重点阐述软件的移植和任务的划分,uC/OSⅡ的引入使同步相量测量装置的开发和维护变得简单。通过高速以太网实现异地SPMU的互联,构建全网动态稳定监视与控制系统。

以太网时间同步技术的研究进展及其应用

精确的时间同步是网络化测试和控制的一项关键技术。分析比较了几种主要的以太网时间同步协议,并重点介绍了IEEE 1588协议(精确同步时钟协议)如何实现以太网的时间同步,分析了该协议在武器装备领域的应用前景。

双目视觉脉搏测量系统中的相机同步采集方法

基于千兆以太网实现了连接在同一台计算机上的两部相机同时工作。采用一个即插即用的数据采集模块作为同步触发信号发生器,利用LabVIEW编程产生两路具有指定周期的同步脉冲信号,用于触发两部相机同步工作。采用Microsoft Visual C++编写相机同步采集软件,实现了两台相机间的同步图像采集及自动存储。同步帧率达到18帧/s,为课题组的双目视觉脉搏信息测量研究奠定了基础。

基于IEEE1588的时钟同步技术及其应用

叙述了IEEE1588时钟同步协议的产生与发展,介绍基于IEEE1588时钟同步技术实现分布式网络化测试系统精确时钟同步的原理和方法;通过列举一些公司对IEEE1588技术的具体应用,给出基于Intel IXP46X的时钟同步网卡原理图及具体应用实例。最后阐明IEEE1588精确时钟同步技术可以实现整个系统的高精度时钟同步,可以有效解决分布式测控系统的实时性问题,可以有效改善和提高系统的测控精度。

以太网分布式数据采集同步和实时传输研究

研究虚拟仪器通过以太网控制分布式数据采集嵌入式系统进行同步数据采集和实时数据传输。通过分析各采集单元的采集同步误差源,提出减小同步误差的方法;分析通用嵌入式数据采集系统同时实现数据采集和实时传输的难点,提出解决方案。在各采集系统中运用以太网、TCP/IP网络通信协议,通过对标准网络协议进行改进、简化,减小网络延时,提高系统网络速度和实时性。对系统的网络速度、可靠性、同步误差以及实时性的实验测试,验证了系统方案的可行性和对标准网络协议改进、简化的有效性。

大型飞机综合试验分布式测试系统研究

基于ARJ21新支线飞机电气特性测试系统的实践,提出了基于以太网的大型飞机综合试验系统的需求、实时数据传输方式、网络同步方法以及试验数据管理等,为我国大型飞机综合试验系统设计和空中试飞测试提供参考。

数控系统以太网接口技术的研究

分析了数控系统对现场总线接口要求,列举了国内外总线型数控系统常见组建方案及其优缺点,通过构建一种基于广播帧同步的以太网新的组建方案提出了一种数控系统通讯协议——EtherCNC,结合伺服本身结构特点提出伺服驱动系统电流环同步校正原理,为解决伺服驱动器控制周期与网络通讯周期不匹配问题提出了位置控制指令细分技术,最后,通过网络同步性测试实验检验了总线同步性能。实验和应用证实本方案有效可行。

基于以太网的数控系统实时通信和时间同步

为实现基于以太网的数控系统运动控制层的实时通信和精确时间同步,对避免时间片冲突的实时通信算法和基于精确时间协议的同步算法进行了优化处理。为提高处理效率,在实时通信的同时进行时间同步,并对实时通信和时间同步的报文结构进行了融合和简化处理。在以太网帧中,增加了时间域来存放时间信息,将报文分为同步报文、跟随报文和从站报文三类。采用时间片配置方法,配置了实验参数,保证了通信的实时性和时间同步的精度,满足了数控系统的需求。