基于時(shí)鐘同步的網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)動(dòng)控制方法與實(shí)現(xiàn).pdf

1、網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)具有降低布線成本、便于診斷和維護(hù)、以及提高系統(tǒng)柔性等優(yōu)點(diǎn)，運(yùn)動(dòng)控制網(wǎng)絡(luò)是其關(guān)鍵組成部分。網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)需要通過控制網(wǎng)絡(luò)在控制器和各個(gè)運(yùn)動(dòng)軸驅(qū)動(dòng)器之間高頻率、低延遲、低抖動(dòng)地交換控制和傳感數(shù)據(jù)，以保證運(yùn)動(dòng)的高速度和高精度。而串行控制網(wǎng)絡(luò)本質(zhì)上是有限帶寬和異步的，這是網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)動(dòng)控制應(yīng)用所面臨的主要障礙，因此對(duì)這一問題的研究具有重要意義。本文提出了基于預(yù)測(cè)控制和網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘同步的解決方法。 首先，本文討論了網(wǎng)絡(luò)同步在

2、多軸協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)控制中的作用，提出了一種基于網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘同步的分布式插補(bǔ)方法。分析了網(wǎng)絡(luò)延遲對(duì)單軸跟蹤控制性能的影響，提出了基于時(shí)間戳和預(yù)測(cè)控制的補(bǔ)償方法。對(duì)固定網(wǎng)絡(luò)延遲，采用Smith預(yù)估器加以補(bǔ)償，并應(yīng)用零相位誤差跟蹤控制和Youla參數(shù)化改善其動(dòng)態(tài)特性和魯棒性。對(duì)隨機(jī)時(shí)變網(wǎng)絡(luò)延遲，采用廣義預(yù)測(cè)控制算法和報(bào)文緩沖機(jī)制加以補(bǔ)償。仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了上述算法的有效性。 采用同步的時(shí)鐘，網(wǎng)絡(luò)延遲可從每個(gè)報(bào)文中的時(shí)間戳信息獲得。本文討論了三

3、種控制網(wǎng)絡(luò)的時(shí)鐘同步機(jī)制，提出了適用于多種網(wǎng)絡(luò)的從時(shí)鐘的調(diào)整算法，給出了基于ARM7系統(tǒng)的IEEE 1588協(xié)議的實(shí)現(xiàn)。 控制網(wǎng)絡(luò)的最大允許延遲界限對(duì)實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)控制算法非常重要。本文提出了基于時(shí)間自動(dòng)機(jī)的控制網(wǎng)絡(luò)最大延遲分析方法，通過建立網(wǎng)絡(luò)調(diào)度的時(shí)間自動(dòng)機(jī)模型，用模型檢查方法分析網(wǎng)絡(luò)的最大延遲，并給出了三種控制網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間自動(dòng)機(jī)模型。 提高運(yùn)動(dòng)控制網(wǎng)絡(luò)通信的可靠性可有效地降低網(wǎng)絡(luò)延遲，本文分析了電磁干擾對(duì)通信的影響，提出了