[发明专利]一种基于分布式时钟的多机器人控制同步系统及方法

权利要求书

1.一种分布式控制系统，其特征在于，包括主控制器和多个从控制器，所述主控制器与所述多个从控制器之间采用级联网络连接；所述主控制器包括初始化单元、偏差计算单元、同步判断单元以及补偿单元，其中：所述初始化单元，用于获取所述多个从控制器的链路结构以确定所述分布式控制系统的网络拓扑结构，并根据所述网络拓扑结构，对所述多个从控制器完成初始化；

所述偏差计算单元，用于获取所述多个从控制器的时间戳信息，分别计算每一所述从控制器相对于所述主控制器的传导延时和初始偏差；

所述同步判断单元，根据所述传导延时和所述初始偏差，判断所述多个从控制器与所述主控制器是否同步；

所述补偿单元，用于在所述多个从控制器与所述主控制器同步时，设置所述分布式控制系统的同步周期，在所述同步周期内，所述主控制器与所述多个从控制器之间进行数据交互并进行时钟漂移补偿；

所述同步判断单元，根据下面的公式判断所述多个从控制器与所述主控制器是否同步，

△t＝(T_local(n)+T_offset-T_delay)-T_{sys_ref}

其中，T_local(n)为从控制器的本地时间、T_offset为从控制器与主控制器之间的初始偏差、T_delay为从控制器到主控制器的传输延时、T_{sys_ref}为主控制器的参考时钟；

如果△t小于等于预设阈值，则表示所述从控制器与所述主控制器同步，如果△t大于预设阈值，则表示所述从控制器与所述主控制器不同步。

2.根据权利要求1所述的分布式控制系统，其特征在于，所述网络拓扑结构为线性网络拓扑结构或环形网络拓扑结构。

3.根据权利要求1所述的分布式控制系统，其特征在于，所述主控制器和所述多个从控制器分别包括时钟漂移补偿电路，用于进行时钟漂移补偿；

所述时钟漂移补偿电路包括第一速度观测器、第一加法器、第一低通滤波器、第一鉴相器、第二加法器、第二低通滤波器、第二鉴相器、数控振荡器和第二速度观测器；

所述第一速度观测器的输入端接收系统参考时钟信号，输出端与所述第一加法器的第一输入端连接；所述第一加法器的输出端与所述第一低通滤波器的输入端连接；所述第一低通滤波器的输出端与第一鉴相器的输入端连接，所述第一鉴相器的输出端与所述第二加法器的第一输入端连接；所述第二加法器的输出端与所述数控振荡器的输入端连接；所述第二低通滤波器的输入端接收系统静态误差信号，所述第二低通滤波器的输出端与所述第二鉴相器的输入端连接；所述第二鉴相器的输出端与所述第二加法器的第二输入端连接；所述数控振荡器的输出端与所述第二速度观测器的输入端连接，所述第二速度观测器的输出端与所述第一加法器的第二输入端连接；所述数控振荡器的输出端为从控制器的本地时间。

4.根据权利要求3所述的分布式控制系统，其特征在于，所述系统静态误差信号通过下面的公式计算：

其中，T_local(n)为从控制器的本地时间、T_offset为从控制器与主控制器之间的初始偏差、T_delay为从控制器到主控制器的传输延时、T_{sys_ref}为系统参考时钟信号。

5.根据权利要求1所述的分布式控制系统，其特征在于，所述主控制器还用于根据所述同步周期，控制所述多个从控制器进行周期性中断；

所述多个从控制器根据周期中断信号，控制机器人进行运动计算及轨迹规划。