[发明专利]一种基于干扰观测反馈控制技术的IEEE1588时钟同步方法

摘要

一种基于干扰观测反馈控制技术的IEEE 1588时钟同步方法，采用基于扩张状态观测器的反馈控制方法，首先建立频率补偿时钟的状态空间模型，将影响时钟同步精度的晶振频率漂移和时间戳量化误差等不确定因素归结为"总和扰动"并扩张为新的状态变量，通过扩张状态观测器进行估计，并设计反馈控制律计算频率补偿值，从时钟根据频率补偿值调整自身频率，实现主从时钟同步的目的。本发明能显著提高时钟同步的精度和稳定性。

主权项

1.一种基于干扰观测反馈控制技术的IEEE 1588时钟同步方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：步骤1)首先由最佳主时钟算法确定主从层次结构，主时钟节点的时间作为参考时间，其余时钟节点为从时钟节点；步骤2)主从时钟之间周期性交换消息包，根据接收到消息包的时间戳之间的差值计算出主从时钟之间的时钟偏差，过程如下：所述的消息包包括同步消息包Sync、跟随消息包FollowUp、延迟测量请求消息包DelayReq和延迟测量响应消息包DelayResq，时间戳通过带时间戳管理功能的物理层收发器模块在消息包到达物理层时获得时间戳信息，包括主时钟发送同步消息包的时间戳tm1、从时钟收到同步消息包的时间戳ts1、从时钟发送延迟测量请求消息包的时间戳ts2、主时钟收到延迟测量请求消息包的时间戳tm2，时钟偏差Toffset通过以下公式获得：步骤3)选择从时钟的时间作为状态变量，建立频率补偿时钟的状态空间模型，其输入是根据时钟偏差计算得到的频率补偿值与频率补偿初值之和，输出是从时钟时间；频率补偿时钟内置晶体振荡器用于产生工作时钟,该时钟通过频率补偿值实现频率补偿功能,使得普通的晶振也能用于高精度的时钟同步，该频率补偿时钟包括32位加数寄存器、32位累加寄存器、32位亚秒寄存器、32秒寄存器和增量寄存器，频率补偿初值取决于从时钟晶振频率fPLL和标称频率f0，通过以下公式获得：步骤4)将影响时钟同步精度的不确定因素归结为"总和扰动"并扩张为新的状态变量，所述不确定因素包括晶振频率漂移和时间戳量化误差，建立频率补偿时钟的扩张状态空间模型；所述的“总和扰动”为f＝(kc‑b0)u+w，f为扩张的状态变量，其中输入u为频率补偿初值与频率补偿值之和，(kc‑b0)u为晶振频率漂移造成的“内部扰动”，w为时间戳量化误差造成的“外部扰动，b0≈kc是对不确定时钟常数kc的估计值；步骤5)利用扩张状态观测器计算得到的从时钟时间估计值来设计反馈控制律，根据时钟偏差计算频率补偿值，从时钟根据频率补偿值实时调整自身的频率，最终达到主从时钟同步的目的。