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请问伺服通讯中“等时同步”的概念 点击：4342 | 回复：9



vesgine

    
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发表于：2010-08-02 18:45:13
楼主

什么时候要求“等时同步”传输？

“实时通道IRT采用了IRT(isochronous realtime)等时同步实时的ASIC芯片解决方案,以进一步缩短通信栈软件的处理时间,特别适用于高性能传输、过程数据的等时同步传输、以及快速的时钟同步运动控制,其可以在1毫秒时间周期内,实现对100多个轴的控制,而抖动不足1微秒。 ”

上文中的“抖动不足1微妙”怎么理解？


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波恩

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发表于：2010-08-02 19:19:46
1楼

楼主列出的IRT概念可能出自西门子的profinet，Profinet定义了多级实时概念，不同的级别，实时能力不同，等时同步实时能力是最高级别的。

从概念上主张等周期定时触发，不仅要求保证同步周期严格相等，而且要求保证触发时刻也严格一致，以保证不同的网络节点上挂的控制器和传感器等以相同的频率，在相同的时刻，同时执行控制和采样，这在多轴运动控制应用中非常重要。

在这样的等时同步系统中，每个节点在不同周期的触发时刻或者节点之间的触发时刻与理论时刻的差异，就是抖动。

 

对于等时同步网络而言，抖动是很重要的指标，不大于1us也是最基本的要求，有些实时网络号称抖动在几十ns。

 

具备等时同步能力的典型实时网络有：EtherCAT，Profinet IRT，SERCOS，Powerlink，CIP Motion等。

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vesgine

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发表于：2010-08-03 10:25:12
2楼

采用模拟接口或者脉冲接口是不是就没有“等时同步”的概念了？

或者说，相比于前两者，采用高速现场总线接口的最大优势就在于此？除此之外，还有其他优点吗？

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波恩

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发表于：2010-08-03 11:08:41
3楼

之所以要采用“等时同步”网络，目的就是要解决分布式时钟之间的误差和偏差，目前的伺服，无论是模拟口的，还是脉冲串的，内部控制无一例外都会采用分立晶振提供时钟的DSP或MCU，控制节拍的周期和相位都会存在差异，选用50ppm的晶振，周期差异可能并不显著，但相位差异会越来越大，运行N多拍之后，就可能出现差拍。这对于模拟和脉冲口可能无所谓，但对于网络式伺服，就必须克服。因而才需要等时同步，既保证周期一致，又保证相位一致。

至于其它优势，省布线，可靠性，多种数据和状态的交互能力等等，不一而足。

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vesgine

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发表于：2010-08-03 13:07:53
4楼

“网络式伺服”是N个伺服组成一个网络还是一个伺服由N个分立部分组成？网络中的每个节点其时钟是公用的吗？另外，再问个比较简单的问题，多轴运动控制中每一个轴的控制都由一个独立的伺服控制吗？它与“网络式伺服”的关系如何？

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波恩

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发表于：2010-08-03 15:19:27
5楼

所谓网络伺服是指：指令接口采用串行网络的伺服驱动器，由于采用了串行网络，参数和状态也可以分时共享该网络接口。

既可以是N个独立的单轴伺服组网，也可以是一个接入节点上挂N个伺服，或者一个节点具备多个伺服驱动，节点之间一般会各自采用自己的分立时钟源而不是共有一个时钟源，当然技术上也可以共有，但目前基本上都是分立时钟。

运动控制的每个独立的坐标都会采用独立的伺服，也有一个坐标双伺服驱动器的应用，例如龙门同步轴。

网络式伺服可以用于运动控制。

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vesgine

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发表于：2010-08-03 16:44:50
6楼

"之所以要采用“等时同步”网络，目的就是要解决分布式时钟之间的误差和偏差",这里的时钟是每个单轴伺服内部的时钟吧。

那如果是N个独立的单轴伺服组网，且每个单轴伺服采用分立时钟，其“等时同步”是如何实现的呢？我理解的“等时同步”是不是这样的，就比如像电机控制算法中的3相电流需要同步采样，挂在网上的每个伺服也需要同步接收指令？

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波恩

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发表于：2010-08-03 16:58:35
7楼

严格地讲：之所以要采用“等时同步”网络，目的是要解决采用分立时钟的不同节点之间的控制或采样节拍的周期和相位偏差。

 

指令接收是否同步并不重要，重要的是指令是否能足够精确地同时刷新或执行，反馈是否能足够精确地同时采样。

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vesgine

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发表于：2010-08-03 19:21:17
8楼

有点明白了，关键是指令同步执行和同时采样反馈

还有个问题，您上文提到“这对于模拟和脉冲口可能无所谓，但对于网络式伺服，就必须克服。”既然是“可能无所谓”，也就说在某些情况下是有所谓，某些情况下是无所谓，不太明白什么时候无所谓。我想对于多轴运动控制来说，是不是都必须要同步执行指令呢？

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波恩

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发表于：2010-08-03 20:40:12
9楼

同步概念在不同的时间尺度上不具有可比性，比如说过程控制，离散控制，运动控制，对同步的要求差距甚大。

同为运动控制，不同的方案，同步能力也不同，传统的全模拟控制是连续系统，人们关注的是滞后，而不是同步。数字系统往往采用时间离散控制，控制器之间就不可避免地存在控制节拍的差矣，因而同步需求就凸显出来。

采用模拟接口和脉冲接口的伺服，控制核心还是离散时间的数字控制，采用独立时钟的伺服驱动器之间，以及伺服与上位控制器之间，几乎无法保证节拍的一致性，而这类伺服在接口层面又普遍没有无时钟同步机制，所以只能任其自然。好在模拟控制目标一般为速度和电流，即使差拍影响也不会太大，而脉冲控制用于位置控制时，即使差拍，伺服侧每拍的计数量也不会有太大的突变，因而出不了大乱子。

网络化之后，如果控制目标还是速度和电流，个人认为即使差拍问题也不还会太大。但控制目标是位置时，由于指令是以数值表示，如果差拍，就有可能出现明显的问题，以指令规划速度为匀速运动为例：

用绝对位置指令时，伺服侧少一拍，紧跟着的一拍的速度就会出现跳变；伺服侧多一拍，多出来的这拍速度突变为零；

用相对位置指令时，伺服侧少一拍，就会少走一段位置增量；伺服侧多一拍，就会多走一段位置增量；结果造成总位置走不准。

 

所以网络化就必须保证等时同步。运动控制，如果指令能够同步执行，反馈能够同步采样当然更理想。目前国际主流的数控系统都采样等时同步网络，而网络化运控应用也都会严格保证必要的等时同步能力。

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