时间触发以太网研究及在多轴同步控制的应用

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1、学校代码10530学号201510171868分类号TN91密级公开硕士学位论文时间触发以太网研究及在多轴同步控制的应用学位申请人周斌指导教师彭思齐副教授学院名称信息工程学院学科专业电子与通信工程研究方向电力通信网络与系统二〇一八年六月六日TimeTriggeredEthernetResearchandApplicationinMulti-AxisSynchronizationControlCandidateZhouBinSupervisorAssiociateProf.PengSi-qiCollegeCollegeofInformation

2、EngineeringProgramElectronicsandCommunicationEngineeringSpecializationPowerCommunicationNetworkandSystemDegreeMasterofEngineeringUniversityXiangtanUniversityDateJune6th，2018摘要本世纪以来，以太网作为电子网络通信技术之一取得了巨大的发展，网络运动控制领域日益受到人们的关注，智能化、网络化、开放性好的网络控制系统成为各国工业界未来发展的趋势。时间触发以太网（TimeTrigg

3、eredEthernet）以其高带宽、高实时性、确定性通信、高精度的时钟同步等特点被广泛应用于工业自动化领域。同时，传统的适用于多轴同步控制系统的现场总线技术已经不能满足现代化工业控制领域的发展需求。因此，在多轴网络运动控制系统设计领域，引入该TTE网络就显得十分必要，它不仅能够让主从站点的通信变得更快，同时还能够让系统控制有着更大的扩展空间，并能够有效解决轴数受限问题，此外，会让系统拥有更高的实时性和稳定性。本文对TTE进行研究，在此基础上，完成了对TTE时钟同步关键算法及TTE在多轴同步控制应用的研究。论文主要内容如下：1、阐述了TTE网

4、络和多轴同步控制的发展现状，分析了各自存在的不足，突出了将TTE网络引入多轴同步控制系统的重要性。对TTE网络系统架构和数据传输进行深入研究，详细介绍了TTE网络传输数据类型和不同数据帧的分发调度原理。2、研究了TTE时钟同步关键算法，规划了时钟同步流程，重点分析了TTE时钟同步的关键参数和相关算法。在此基础上，对TTE协议进行建模，通过仿真证明了TTE时钟同步机制能保证在设备间的时钟偏差在所设定的5us的时钟精度范围内。3、在对实时以太网和多轴控制系统进行深入研究的基础上，将两者有机结合，创新性的构建了DSP+FPGA为应用层的具有TTE网

5、络功能的主从式多轴网络运动控制系统。同时，在实现高精度时钟同步的基础上，针对TTE多轴同步控制系统，提出了以Altera公司的FPGA为从处理器实时网络的应用层，从而实现了具有TTE从站功能的网络运动控制系统。此外，设计了基于TTE网络时钟同步控制系统的集总帧模型和TTE网络模型以及伺服接口模块。最后，在软硬件的基础上搭建了实验仿真平台，实验达到预期效果，为进一步研究开发奠定了良好的基础。关键词：时间触发以太网；时钟同步；多轴同步控制IAbstractSincethiscentury,Ethernetasoneoftheelectronicn

6、etworkcommunicationtechnologyhasmadegreatprogress,theNetworkMotioncontrolSystemfieldisgettingmoreandmoreattention,intelligent,networked,opennetworkcontrolsystembecomesthefuturedevelopmenttrendoftheindustryofallcountries.TimetriggeredEthernetiswidelyusedinthefieldofindustria

7、lautomationforitshighbandwidth,highreal-time,deterministiccommunicationandhighprecisionclocksynchronization.Atthesametime,thetraditionalfieldbustechnologysuitableformulti-axissynchronouscontrolsystemcannotmeetthedevelopmentdemandofmodernindustrialcontrolfield.Therefore,inth

8、edesignfieldofMulti-AxisNetworkmotioncontrolsystem,itisverynecessarytointroducethe