基于射电望远镜的网络同步控制应用研究

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	基于射电望远镜的网络同步控制应用研究
	王地
学位类型	硕士
导师	张振超
	2012-05
学位授予单位	中国科学院研究生院
学位专业	天体物理
关键词	网络同步控制网络控制系统模型工业以太网网络时延时间同步协议
摘要	网络控制系统的时间特性及节点间的同步控制理论与方法是高精度运动控制的主要研究内容之一，也是建立实时控制系统必须解决的问题。本文基于射电望远镜主动面板拼接控制这一课题，在网络控制系统的时延特性、不同网络的时延机理、促动器同步控制网络与时间同步协议设计应用等方面进行了深入的研究与实践。本文的主要工作与贡献有：（1）提出一种用于射电望远镜主动面板拼接控制的网络同步控制方法。该方法使网络内的所有节点保持时钟同步，进而实现运动同步。同步实现策略是在被同步对象的网络协议栈内添加精准时钟协议，通过传递同步时钟报文的方式控制本地时钟并校正偏差。（2）分析研究网络控制系统的时延问题。包括时延产生原因、不同类型网络所采用媒体访问控制方法、网络访问策略，及其对网络时延的影响。给出了冲突检测算法和令牌环网的优先级调度算法描述。（3）研究了不确定时延网络控制系统模型，对网络控制系统的稳定性加以分析。给出了典型的网络控制系统模型，及按照不同的驱动组合方式产生的被控对象模型。对不确定时延网络控制系统的数学模型加以分析推导。给出了状态反馈网络控制模型和输入反馈网络控制系统模型，推导了满足系统稳定前提下的网络时延与采样周期的关系。（4）深入研究分布式系统的时钟同步算法及基于以太网的时钟同步协议。给出了Lamport 逻辑时钟算法、Cristian 算法、Berkeley 算法、和Change andRobert 算法的原理和流程描述。在此基础上对大范围、粗精度NTP 协议和小范围、高精度的PTP 协议的模型、原理、对时策略加以分析。详细讨论了PTP 协议的系统边界划分、端口状态与状态机模型、最佳主时钟算法等问题，为PTP 协议实现做好准备。（5）模拟分析促动器控制网络的时延与负载状态。应用网络分析工具建立基于以太网的促动器同步控制网络模型，模拟了分支节点、主控节点的网络时延与负载变化规律。就模拟结果分析发现网络负载一定的前提下，网络时延受网络负载的影响不明显。（6）设计一种促动器网络同步控制方案，并给出实现方法。同步网络基于以太网构建，所有节点通过精准时间协议保持时间同步。节点的主控单元使用嵌入式微控制器，运行嵌入式以太网协议栈，在协议栈内实现对精准时间协议的支持。协议栈实现对控制报文和时间同步报文的解析。
学科领域	射电望远镜 ; 自动控制 ; 计算机网络
文献类型	学位论文
条目标识符	http://ir.niaot.ac.cn/handle/114a32/88
专题	学位论文
推荐引用方式 GB/T 7714	王地. 基于射电望远镜的网络同步控制应用研究[D]. 中国科学院研究生院,2012.