CN102843764B - 用于解决多站同步问题精确输出同步信号的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于解决多站同步问题精确输出同步信号的方法，首先将从站1的时钟设置为系统基准时钟，当主站读取到相应的时刻值，计算出各从站的延迟误差和偏移误差，并将计算结果写入各从站中；当主站开始同步所有从站时，主站发送指令，从基准时钟从站1读取当前系统时间并写入其余从站中，当从站n接收到此指令后记录当前时间，获得用于输出脉冲的本地参考时钟，进而获得本地时钟偏移Δt，系统根据Δt补偿从而输出精确的同步脉冲。本发明解决了现有技术的缺点，提供了一种能够实现同步输出的用于解决多站同步问题精确输出同步信号的方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于解决多站同步问题精确输出同步信号的方法。
背景技术
现有技术中，基于分布式控制的多个从站无法做到同步，例如在数控系统中的多轴同步，同步采集输入，同步输出以及其他运动控制的同步，这些都限制着分布式控制在同步应用中的发展。因此往往不采用分布式控制，而是都集成在主控线路板上，这样的做法的确能做到同步控制，但由此所伴随的问题是系统过于集成，会造成很多问题，例如走线繁多、可扩展性差、在大型系统上更是难以实现。
发明内容
为了克服现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供了一种能够实现同步输出的用于解决多站同步问题精确输出同步信号的方法。
为达到以上目的，本发明提供了一种用于解决多站同步问题精确输出同步信号的方法，包括如下步骤：
(1) 将从站1的时钟Tref设置为系统基准时钟，则
当数据帧从主站到达从站1时，从站本地时钟Tref的时刻为t1，当数据帧到达从站n时从站本地时钟Tlocal(N)的时刻为tn，并满足：tn- t1=Toffset(n)+Tdelay(n)；
当数据帧经过后续所有从站返回到达从站n时，从站本地时钟Tlocal(N)的时刻为t'n，当数据帧到达从站1时，从站本地时钟Tref的时刻为t'1，并满足：t'1-t'n=-Toffset(n)+Tdelay(n)；
其中：Toffset(n)表示从站1到从站n因上电时间、晶振起振时间造成的偏移误差，Tdelay(n)表示从站1到从站n因传输转发造成的延迟误差；
(2) 当主站读取到相应的时刻值，计算出各从站的延迟误差和偏移误差，并将计算结果写入各从站中；其中，从站n的延迟误差和偏移误差通过下式计算得到：
Tdelay(n) = （（t'1-t1）-（t'n-tn））/2
Toffset(n) = （（t'n+ tn）-（t1+ t'1））/2；
(3) 当主站开始同步所有从站时，主站发送指令，从基准时钟从站1读取当前系统时间Tsys_ref并写入其余从站中，当从站n接收到此指令后记录当前时间tlocal（n），获得用于输出脉冲的本地参考时钟T local_ ref = tlocal（n）- Toffset(n) - Tdelay(n) ，进而获得本地时钟偏移Δt = tlocal（n）- Toffset(n) - Tdelay(n)- Tsys_ref，系统根据Δt补偿T local_ ref从而输出精确的同步脉冲。
作为本发明的进一步改进，主站在多次测量并计算Tdelay(n)、Toffjset(n)的平均值后写入各个从站以减少误差。
本发明的有益效果是: 基于分布式控制的多个从站能够实现同步输出，克服因上电时间、晶振起振时间造成的偏移误差、因数据传输转发造成的延时误差以及因晶振漂移造成的误差，从而可用于多轴同步等同步要求很高的场合。
附图说明
附图1为根据本发明用于解决多站同步问题精确输出同步信号的方法信号传输示意图。
具体实施方式
下面对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
参见附图1，一种用于解决多站同步问题精确输出同步信号的方法，该方法包括如下步骤：
(1) 将从站1时钟Tref设置为系统基准时钟；数据帧到达从站1时从站1本地时钟Tref的时刻为t1,当数据经过后续所有从站返回时，到达从站1时从站本地时钟Tref的时刻为t'1；数据帧到达从站n时从站本地时钟Tlocal(N)的时刻为tn，当数据经过后续所有从站返回时，到达从站n时从站本地时钟Tlocal(N)的时刻为t'n；假设线缆TX和RX平整长度一致，所有设备处理和转发延时一致，无跳变，可以建立以下关系：
tn- t1=Toffset(n)+Tdelay(n) （1-1式）
t'1-t'n=-Toffset(n)+Tdelay(n) （1-2式）
其中，Toffset(n)表示从站1到从站n因上电时间、晶振起振时间造成的偏移误差；Tdelay(n)表示从站1到从站n因传输转发造成的延迟误差；注：时钟偏移来自晶振频率精度的三个参数：固定频率、温漂、老化率。固定频率：是指在实际输出频率范围内，实际会偏差多少，单位ppm ；温漂: 是指在工作温度范围内，频率会偏差多少，单位ppm；老化率： 是指在工作一年后，频率会偏差多少，单位ppm。比如：固定频率25MHZ，正负10ppm。是指频率在25MHZ正负250HZ范围内变化。
(2) 当主站读取到相应的时刻，然后计算出各个从站的延迟误差和偏移误差，并把这些信息写入各个从站中；
可得到从站n的
延迟误差Tdelay(n) = （（t'1-t1）-（t'n-tn））/2 （1-3式）
偏移误差Toffset(n) = （（t'n+ tn）-（t1+ t'1））/2 （1-4式）
(3) 当主站开始同步所有从站时，主站发送指令，从基准时钟从站读取当前系统时间Tsys_ref,并写入其他从站中；当从站n接收到此指令后，记录当前系统时间tlocal（n），此时可计算出用于输出脉冲的本地参考时钟：
T local_ ref = tlocal（n）- Toffset(n) - Tdelay(n) （1-5式）
此时也可计算出本地时钟偏移：
Δt = tlocal（n）- Toffset(n) - Tdelay(n)- Tsys_ref （1-6式）
根据Δt补偿T local_ ref，消除时钟偏移，输出更精确的同步脉冲。
需要说明的是，为了减少误差，主站可多次测量，计算Tdelay(n)、Toffjset(n)的平均值后写入各个从站，系统根据补偿后的Tsys_local就可以输出精确同步的信号。基于分布式控制的多个从站能够实现同步输出，克服因上电时间、晶振起振时间造成的偏移误差、因数据传输转发造成的延时误差以及因晶振漂移造成的误差，从而可用于多轴同步等同步要求很高的场合。
以上实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所做的等效变化或修饰均涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (2)
1.一种用于解决多站同步问题精确输出同步信号的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1) 将从站1的时钟Tref设置为系统基准时钟，则
当数据帧从主站到达从站1时，从站本地时钟Tref的时刻为t1，当数据帧到达从站n时从站本地时钟Tlocal(N)的时刻为tn，并满足：tn- t1=Toffset(n)+Tdelay(n)；
当数据帧经过后续所有从站返回到达从站n时，从站本地时钟Tlocal(N)的时刻为t'n，当数据帧到达从站1时，从站本地时钟Tref的时刻为t'1，并满足：t'1-t'n=-Toffset(n)+Tdelay(n)；
其中：Toffset(n)表示从站1到从站n因上电时间、晶振起振时间造成的偏移误差，Tdelay(n)表示从站1到从站n因传输转发造成的延迟误差；
(2) 当主站读取到相应的时刻值，计算出各从站的延迟误差和偏移误差，并将计算结果写入各从站中；其中，从站n的延迟误差和偏移误差通过下式计算得到：
Tdelay(n) = （（t'1-t1）-（t'n-tn））/2
Toffset(n) = （（t'n+ tn）-（t1+ t'1））/2；
(3) 当主站开始同步所有从站时，主站发送指令，从基准时钟从站1读取当前系统时间Tsys_ref并写入其余从站中，当从站n接收到此指令后记录当前时间tlocal（n），获得用于输出脉冲的本地参考时钟T local_ ref = tlocal（n）- Toffset(n) - Tdelay(n) ，进而获得本地时钟偏移Δt = tlocal（n）- Toffset(n) - Tdelay(n)- Tsys_ref，系统根据Δt补偿T local_ ref从而输出精确的同步脉冲。
2.根据权利要求1所述的用于解决多站同步问题精确输出同步信号的方法，其特征在于：主站在多次测量并计算Tdelay(n)、Toffset(n)的平均值后写入各个从站以减少误差。
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