Definition und Ursachen:
Jitter (Zittern, Flackern, zeitliche Schwankung) bezeichnet in der digitalen Signalverarbeitung, Kommunikationstechnik und Automatisierungstechnik die unerwünschten zeitlichen Abweichungen vom idealen Zeitpunkt eines Ereignisses, einer Signalflanke oder der Ankunft eines Datenpakets. Es sind kurzfristige, unregelmäßige Schwankungen in der Zeit oder Phase eines Signals.
Jitter kann durch verschiedene Faktoren verursacht werden:
- Netzwerklatenzschwankungen: Unregelmäßige Verzögerungen bei der Datenübertragung in Netzwerken.
- Betriebssystem-Scheduling: Schwankungen in der Ausführungszeit von Tasks in Multitasking-Betriebssystemen.
- Hardware-Eigenschaften: Ungenauigkeiten in Taktgebern oder elektronischen Komponenten.
- Externe Störungen: Elektromagnetische Interferenzen.
Relevanz in der Automatisierungstechnik:
Jitter ist ein kritischer Faktor für Echtzeitanwendungen, insbesondere dort, wo höchste Präzision und Synchronisation erforderlich sind:
- Motion Control: Bei der präzisen Steuerung von Servomotoren und Achsen kann Jitter zu ungleichmäßigen Bewegungen, Vibrationen, Fehlpositionierungen oder schlechter Bearbeitungsqualität führen. Die Synchronisation mehrerer Achsen im Nanosekundenbereich (z.B. mit EtherCAT Distributed Clocks) ist entscheidend, um Jitter zu minimieren.
- Regelungstechnik: Jitter in den Abtastzeiten von Regelkreisen kann die Regelgüte und Stabilität beeinträchtigen.
- Datenakquisition: Zeitlicher Jitter bei der Erfassung von Messdaten kann die Präzision von Zeitstempeln und die Korrektheit von Analysen beeinträchtigen.
- Kommunikationssysteme: Hoher Jitter in Feldbussen oder Industrial Ethernet kann die deterministische Datenübertragung gefährden und zu Kommunikationsfehlern führen.
Maßnahmen zur Jitter-Minimierung:
- Deterministische Systeme: Einsatz von Echtzeitbetriebssystemen und echtzeitfähigen Kommunikationsprotokollen (z.B. EtherCAT, PROFINET IRT, TSN).
- Hardware-Zeitstempel: Präzise Zeitstempel direkt in der Hardware für die Synchronisation (z.B. Distributed Clocks).
- Optimiertes Netzwerkdesign: Vermeidung von Überlastung, Verwendung von Industrial Ethernet-Switches.
- Jitter-Kompensation: Einsatz von Puffern oder speziellen Algorithmen, um Jitter auszugleichen.
Die Minimierung von Jitter ist ein Qualitätsmerkmal hochperformanter Automatisierungssysteme und ein Fokus bei der Entwicklung von Industrie 4.0-Technologien.
→ Siehe auch: Echtzeitfähigkeit, Latenz, Determinismus, Distributed Clocks, Industrial Ethernet, TSN (Time-Sensitive Networking)
