实时确定性以太网协议(如EtherCAT)已经支持同时运行多轴运动控制系统。这种同步有两个含义。首先，控制节点之间的命令和指令传输必须与一个公共时钟同步。其次，控制算法的执行和反馈函数必须与同一个时钟同步。第一个同步是很好的理解，是网络控制器的一个固有部分。然而，到目前为止，第二次同步一直被忽略，成为运动控制性能的瓶颈。
本文提出了一种新的电机驱动从网络控制器到电机终端和传感器保持同步的概念。该技术可以大大提高同步和控制性能。
为了解释现有解决方案的局限性，考虑一个两轴网络运动控制系统，如图1所示。运动控制主机通过实时网络向两个伺服控制器发送指令和指令值，每个伺服控制器构成网络上的一个从节点。伺服控制器本身由网络控制器、电机控制器、电源逆变器和电机/编码器组成。
实时网络协议使用不同的方法来同步从节点和主机。一种常见的方法是在每个节点上配置一个本地同步时钟。这种对时间的理解确保所有伺服轴指令值和命令是紧密同步的。换句话说，实时网络上的所有网络控制器都是同步的。
通常，网络控制器和电机控制器之间有两个中断。第一个通知电机控制器何时需要收集输入并将其放到网络上。第二个通知电机控制器何时从网络读取数据。该方法实现了运动控制器与电机控制器之间的数据同步交换，具有很高的定时精度。但是，向电机控制器传输同步数据是不够的;电机控制器还必须能够同步响应数据。没有这种能力，电机控制器就不能充分利用网络的定时精度。电机控制器在响应命令值和命令时的I/O问题。
电机控制器中的每一个I/O(如脉宽调制(PWM)定时器和ADC)都具有固有的延时和时间量化特性。例如，让我们看看图2中的PWM定时器，它为电源逆变器生成栅驱动信号。计时器通过比较指令值Mx和上下计数器生成网格信号。当控制算法改变Mx时，新的占空比直到下一个PWM周期才会生效。这相当于零阶保持效应，这意味着每个PWM周期T内的占空比只更新一两次(如果使用双更新模式)。
在实时网络中，无论数据交换的同步程度有多高，PWM定时器的定时量化最终都会成为轴同步的决定性因素。当接收到新指令值时，在新占空比生效之前无法对其作出响应。这导致时间不确定性高达一个PWM周期(通常在50到100微米的范围)。事实上，同步周期和PWM周期之间会有一个不确定和可变的相位关系。与实时网络中小于1 mus的时间不确定性相比，电机控制器I/O在同步网络运动控制中起着更为关键的作用。事实上，决定同步精度的不是实时网络，而是系统I/O。
系统有三个同步域，A、B和C，它们没有绑定在一起。他们实际上是不同步的，并有可变的不确定性高达一个PWM周期。
在高性能多轴伺服系统中，时间不确定性对机器人和机床的影响是显而易见的。电机控制轴在I/O水平上时间偏移量的变化将直接影响机器人或机床最终的三维定位精度。
考虑一个简单的运动曲线，如图3所示。在本例中，电机速度命令值(蓝色曲线)先升后降。如果坡度速率在机电系统的能力范围内，则实际的期望速度服从命令值。然而,如果系统中任何位置有延迟,实际速度(红色曲线)将落后于指令值,导致Δθ位置误差。
