随着实时以太网技术的高速发展,它已替代了普通现场总线在运动控制通讯领域的地位。而同步运动控制作为运动控制领域中的关键技术,也是实时以太网技术通讯实现的重要环节,主要存在时钟同步及同步控制策略两个难点。传统的以软件时间戳为基础的时钟同步系统同步过程简单,成本低,且存在同步精度低,测量过程噪声严重等问题。本文基于实时以太网,对IEEE1588时钟同步原理进行了分析和研究,提出基于卡尔曼滤波的时钟同步优化算法,搭建系统平台实现微秒级的时钟同步。论文的主要研究工作如下:首先围绕IEEE1588时钟同步原理,阐述了PTP同步报文结构。再进一步深入探讨了影响时钟同步精度的主要因素,如:时钟频率漂移、时间戳获取位置、网络链路不对称、同步时间间隔等。然后围绕描述的影响同步精度的主要因素,提出时钟同步改进方案及优化算法。提出了频率补偿方案,通过补偿频率,保持主从时钟间的频率差在可控范围内,减少因频率漂移引起的同步误差;提出了补偿软件时间戳方案,使得到的软件时间戳时间更接近于硬件时间戳时间,减少因软件时间戳精度过低引起的同步误差;提出了修正时钟偏差和传输延时方案,减少因链路不对称引起的延时抖动及同步误差;最后再引入改进的卡尔曼滤波算法,对时钟偏差及频率漂移进行滤波,使时钟偏差的测量过程更准确、平稳,同时减少野值数据对卡尔曼滤波精度的影响,进一步提高时钟同步精度。接着针对时钟同步系统,设计了主要包括硬件及软件两个部分的总体实现方案。对系统的硬件进行了相应设计,主要包括硬件控制器的选择,所搭载系统的移植等。软件方面主要设计并完成了时钟同步优化算法和实现流程,包括UDP通讯流程、最佳主时钟算法流程、本地时钟同步算法和改进的卡尔曼滤波算法流程等。最后调整不同参数进行实验,验证各因素对同步精度的影响及优化算法、改进方案的可行性。通过对软件时间戳补偿前后进行实验,验证了时间戳精度越接近底层时钟同步精度越高以及补偿软件时间戳算法的可行性;通过调整同步时间间隔进行反复实验,验证同步周期及时钟频率漂移对同步精度的影响,并得出最优同步时间间隔为1s;通过在主从时钟间连接不同中间设备、加大链路抖动延时实验,验证链路不对称性对时钟同步精度的影响,分析了不同连接方式下时钟精度差异的原因,验证网络直连的时钟同步精度最高;通过对引入卡尔曼滤波前后时钟偏差的测量,验证卡尔曼滤波能使测量过程快速收敛,并显著降低时钟偏差,大幅度提高同步精度,同步精度可达14μs;最后通过滤波前后从时钟间的时钟偏差的测量,证明本文系统和算法可提高多轴同步控制系统的时钟同步精度,同步精度提高超过20μs。