Трехкоординатный линейный интерполятор

 

ТРЕХКООРДИНАТНЫЙ ЛИНЕЙНЫЙ ИНТЕРПОЛЯТОР, содержащий сумматор, первый, второй и третий регистры , отличающийся тем, что, с целью повышения точности инте| полятора , в него введены три регистра, дешифратор, мультиплексор и блок программ , подключенный первым, вторым и третьим адресными выходами к соответствующим первым входам мультиплексора и к первым входам аещифратора, а четвертым адресным выходом - к второму входу мультиплексора и к первому управляющему входу сумматора, соеаиненного вторыми управляющими входами с первыми командными выходами блока программ , информационными входами - с вьосодами мультиплексора, а выходами с информационными входами первого, второго, третьего, четвертого, пятого и щестого регистров, подключенных управляющими входами к выходам дешифратора , связанного вторым входом с втчзрым командным выходом блока программ, подключенного первым, вторым и третьим входами к выходам соответственно четвертого , пятого и шестого регистров, (Л причем выходы первого, второго, третьего , четвертого, пятого и шестого с регистров соединены с вторыми входами мультиплексора .

СОЮЭ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

OllHCAHHE ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

leaaL

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЭОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬП ИЙ (21) 3430497/18-24 (2 2 ) 27.04 . 82 (46) 23,08.83. Бюл. № 31 (72) N. П. Фецоренко и А. М. Полишук (53) 621.50.355 (088,8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР № 401964, кл. G 05 B 19/18, 1971.

2, Авторское свидетельство СССР № 271903, кл. С; 06 G, 7/30, 1968 (п рототип ) (54) (57) TPEXKOOPElHHATHblA ЛИНЕЙНЫЙ ИНТЕРПОЛЯТОР, соцеркаший сумматор, первый, второй и третий ре. гистры, о т л и ч а ю ш и и с я тем, 1 что, с целью повышения точности интерполятора, в него ввецены три регистра, дешифратор, мультиплексор и блок программ, поцключенный первым, вторым и третьим адресными выходами к соответствующим первым вхоцам мультиплексо„„SU„„1037214 A

3 у 6 05 В 19/18; G 05 В 19/415 ра и к первым вхоцам цешифратора, а четвертым адресным выхоцом - к второму входу мультиплексора и к первому управ ляюшему входу сумматора, соециненного вторыми управляюшими вхоцами с пер выми команцными выхоцами блока lIpo рамм, информационными вхоцами с выхоцами мультиплексора, а выходами с информационными вхоцами первого, второго, третьего, че гвертого, пятого и шестого регис гров, поцключенных управляюшими вхоцами к выхоцам цешифрато ра, связанного вторым вхоцом с вторым команцным выхоцом блока программ, подключенного первым, вторым и третьим вхоцами K выхоцам соответственно чев вертого, пятого и шестого регистров, причем выхоцы первого, второго, третьего, четвертого, пятого и шестого регистров соединены с вторыми входами мультиплексора.

1 10372

Изобретение относится к области авто матики и цифровой вычислительной техники, оно может быть использовано в системах числового программного уп равления движением, исполнительного 5 органа по двум или трем координатам.

Известен линейный интерполятор, со держаший программный блок, блоки вентилей, сумматоры, счетчики, регистры, блок анализа знака t 1) . 10

Однако этот интерполятор не обеспечивает максимальной точности расчета промежуточных точек траектории и не обеспечивает формирование траекторий по . трем координатам.

f5

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является трехко ординатный линейный интерполятор, со„цержаший регистры, сумматоры, схемы совпадения, блоки определения знаков 20 оценочных функций, счетчик перемешений t23.

Сушность формирования траекторий с прмошью известного интерполятора заключается в расчете трех оценочных функ- 25 ций, причем сигналы на элементарные перемешения исполнительного органа формируются в зависимости от знаков этих оценочных функций.

Недостатком известного интерполято- 30 ра являетая то, что он не обеспечивает максимальной точности расчета промежуточных точек траектории.

Так, в начале отработки траектории первая же промежуточная точка выбира ется не всегда правильно. Это происходит из- за того, что все сумматоры в исхоцном состоянии сбрасываются в нуль и блок определения знаков оценочных функций устанавливается в такое положе- О ние, что открыт канал выдачи шагов по оси Х, каналы выдачи шагов по осям У и 2 закрыты. Другие промежуточные ! точки траектории, несмотря на отсутствие накапливаюшейся ошибки, также расчитываются не точно. Это происхоцит изза того, что оценка положения промежуточных точек траектории по отношению к идеальной прямой выполняется по оценоч-. нымофункциям в точке стояния исполнительного органа, а не по экстраполирован ным оценочным функциям.

Бель изобретения - повышение точно сти интерполятора за счет расчета промежуточных точек траектории. 55

Поставленная цель достигается тем, что в трехкоординатный линейный интерполятор, содержаший сумматор, первый, 14 2 второй и третий регистры, введены три регистра, цешифратор, мультиплексор и блок программ, подключенный первым, вторым и третьим адресными выходами

1 к соответствующим первым входам мультиплексора и к первым вхоцам дешифратора, а четвертым адресным выходомк второму входу мультиплексора и к пер вому управляюшему входу сумматора, соединенного вторыми управляющими входами с первыми команцными выхоцами блока программ, информационными входами - с выходами мультиплексора, а выходами - с информационными входами первого, второго, третьего, четвертого, пятого и шестого регистров, поцключенных управляюшими входами к выхоцам дешифратора, связанного вторым входом с вторым командным BxogoM блока программ, подключенного первым, вторым и третьим входами к выходам соответственно четвертого, пятого н шестого регистров, причем выходы первого, второго, . третьего, четвертого, пятого и шестого регистров соединены с вторыми входами мультиплексора.

На фиг. 1 дана блок схема трехкоординатного линейного интерполятора; на фиг. 2 блок-схема блока программ; на фиг. 3 - пример шаговой траектории, отработанной исполнительным органом, на фиг. 4 (a и о) — участки шаговых траекторий, отработаннь|е при управлении известным и прецложенным интерполято рами соответственно; на фиг. 5 — табли ца последовательности операций на выхо дах блока программ.

Трехкоорцинатный линейный интерполятор содержит мультиплексор 1, сумматор 2, дешифратор 3, блок 4 программ, первый регистр 5, второй регистр 6, третий регистр 7, четвертый регистр 8, пятый регистр 9, шестой регистр 10, шины 11 числовых входов, второй вход 12 дешифратора, четвертый ацресный выход блока 13 программ, первые команцные выходы блока 4 шины прог рамм (сложения, вычитания, сдвиг) 14, 15, 16, первый, второй, третий адресные выходы блока программ 17, 18, 19, ши ны управления иеполнительным органом по координатам х, у и соответственно 20, 21, 22, входы блока программ 4 (знаков экстраполированных оценочных функций Fý F э F ) 23 24, 25 шину начала работы 26, .шину тактирующих

17! сигналов 27, шину конца работы 28, 35

Э }0372

Блок программ 4 соцеркит матрицу элементов И-НЕ 29, регистр сдвига 30, . p5 - триггер 31, первый и второй элементы И 32, 33, первый элемент 2ИИЛИ 34, третий элемент И 35, первый, второй и третий 3-триггеры 36-38, четвертый элемент И 39, второй элемент 2И-ИЛИ 40; первые и вторые элементы И-НЕ 41, 42.

Мультиплексор 1 служит для комму- 10 тации выходных.шин любого из регистров 5-10 или вхоцных шин 11 на вхоц сумматора 2. Agpec с любого регистра или шин 11 опрецеляется набором сигналов на выходах 17, 18, 19, Мульти. плексор может быть выполнен, например, на серийно выпускаемых промышленностью микросхемах серии 133КП5.

Сумматор 2 служит для вычисления значений экстраполированных оценочных 20 . функций в, ., F . Команды на выв9 ° j вс в с полнение операций сумматором поступают на выхоц 14, 15 и 16, причем на выходе 14 задается команда на сложение содержимого сумматора с числом, 25 поступающим с мультиплексора 1, на выхоце 15 зацается команда на вычитание из содержимого сумматора числа, .поступающего с мультиплексора 1, на выходе 16 задается команца на сдвиг содержимого сумматора вправо на один разряц, прн этом знаковый разряц не сдвигается. Сумматор 2 может быть выполнен, например, на серийно выпускаемых промышленностью микросхемах 133ИМ1.

Дешифратор 3 служит цля разрешения записи s любой из регистров 5-10 числа иэ сумматора 2. Адрес регистра ойрецеляется набором сигналов на вы- 40 холах 17, 18, 19 блока 4. При наличии сигнала на вхоце 12 цешифратор по набору сигналов на выхоцах блока 4, 17, 18, 1Ь формирует на выхоце сигнал на оцин из регистров и соцеркимое сумма- 45 тора 2 заносится в этот регистр. Дешифратор 3 может быть выполнен, например, на серийно выпускаемых промышленностью микросхемах 13ЗИДЗ.

Наличие сигналов на в-ой строке 50 и в-м столбце матрицы 29 онрецеляет набор сигналов на элементах И-НБ 41, 42, с помощью которых на выхоцахшинах 12-19, поступающих на управление работой интерполятора, формируется 55 соответствующая программа управления. ,На исполнительный орган сигналы поступают по такту Т8 по шинам 20, 21, 14 4

22 в зависимости от режима работы инте рполя то ра.

Регистры 5-10 служат для хранения начальнык вванньвх jB_#_ j вд II j, 152 I отрабатываемой траектории и экстрапо лированных оценочнъвх функций з- э

F 1„знаки которых по входам 2k, 24, ?

25 поступают на вход блока программ 4.

В процессе формирования отрезков прямолинейных траекторий испольэувотся знаки экстраполированньвх оценочных функций, значения которых вычисляются слецуюшим образом

E IaXj.- jaYj.=F.. (q

3=0 3 в=о вв : J zI;-M lpxj =F (г) в=О

j zt.- :: j vj = . (з1, в-Q g о К гпе jD Х j, j (j, jr<1 — моввувви нрираше ний коорцинат межцу крайними (опорньвми) точками формируемого отрезка траектории;

=о, j Xj; > =О, jaVj; W=O,jaZj довательные номера узловых точек фор мируемого отрезка; в,;, -1,— значения экстраполироFa з ванных оценочных функций в точках (j+>, + ), (в+ —, k+ ), (в+, lc+ ) соответственно;

1 в. На„=O,S(t X j- Ц

F,. „„„=Î,5 (!ае1-j xj) (Ц

F „„=о (jaZ )- 1аУЦ (bj

- начальные значения экстраполированных оценочных функций при в=О, -O., .к-О.

Формирование управляющих сигналов цля исполнительного органа, выполняющего элементарные шаги й)(,ZLY dZ npu отработке траектории, осуществляется в соответствии с данными табл. 1.

Таблица 1

О

В 1037214 Ф

Здесь знаки экстраполированных оце ° при 1=0, j=o, к=о согласно выражени» ночных функций определены следующим ям (4), (5), (6). По жакам этих функобразом ций формируется (согласно табл. 1) один

F; (0

) 0

Ij э р со

F. .„20

11с из управляющих сигналов на исполнительный орган (ЬХ,Ь (или Ь ). В слепующих циклах последовательно вычисляются новые значения оценочных функций согласно выражениям (1), (2), (3) по слецующему правилу: если в предыдущем цикле выполнялось приращение траектории Ьл, 1, если

0, если

W, если р, если

signs. = э

81®n p, 1й

1О то в выражениях (1), (2) значение и деков увеличивается на единицу, т.е. из предыдущего значения экстраполиро15 ванной оценочной функции Р " вычита1, ется значение!ЬУ!, а к предыдущему значению Р; прибавляется значение Ь2 1;

3 если в прецьщущем цикле выполнялось элементарное приращение М, то в выра» жениях (1 ), (3) значение индекса уве20 личивается на единицу, т.е. к прецьщущему значениям F;> и F . прибавляются э. э соответственно значения iBX! и ) hZ i,. если в предыдущем цикле выполнялось

25 элементарное приращение в2, то в выражениях (2), (3) значение индекса увеличивается на единицу, т.е. из предыдущих значений Е1э, F jgвычитаются соответственно значения Id<1 и !вУ I °

Пример последовательного выполнения операции. при управлении отработкой шаговой траектории, определенной исхоцными данными Ь)(=2, ЬУ =4, 1Ь 71 = 1, приве ден в табл. 2.

Последовательность операций, sbmon няемых интерполятором, следующая, В подготовительном цикле вычисляются начальные значения оценочных функций

Таблица 2.

ЬХ аУ ЬЕ

Яо

М цикла

Э

„э

1 0 0 0 0,5/2-4/=1 0,5/1 2/=0,5

0,5/14/=1,5

0,5

-l,5+1=-0,5

2 0 1 . 0 -1+2=1 ,3 1 1 0 1-4=-3

-О,5+1 0,5

-0,5

2 0 -3+2=-1

-0,5+1=О,5

0,5

0,5 2 -1,5

0,5-4-3,5

1,5

6 1 3 1 -1+2=1

-3,5+1=2,5

Здесь в первом цикле получены начальные значения экстраполированных оценоч- 55 ных функций, по знакам которых (согласно табл. 1) определен первый элементарный шаг приращения траектории àõ Во внесли <О э

Sign F

О,еслй F. >p

Прочерками в табл. 1 указаны знаки экстраполированных оценочных функций, жачения которых не влияют на онреце ление элементарных приращений ЬХ, Ь 1, ЬЕ.

Иэ табл, 1 следует, что логическими условиями формирования управляющих сигналов, являются ;<„ F sisn nF3 «1 (7) ц .Фс для формирования сигнала ЬХ, Р ° . Sign F. =q (8)

Ч 3 цля формирования сигнала ЬЧ э

sign F.. 5ignF . V sign F.. sighF. =1 (я}

13 j % ij для формирования сигнала ь2, втором цикле получены новые значения экстраполированных оценочных функций исходя иэ того, что в первом цикле выполнялось элементарное приращениеЬУ.ITp

; знакам функций, значения которых получе7 1037214 S. ны во втором цикле, определено (соглас- Формирование управляющих сигналов но табл. 1) второе элементарное прираще- для отработки двухкоординатных траек

;ниеЬХ и т.а. торий выполняется также, как и для

На фиг. 3 приведена шаговая траекто- трех координатных траекторий. При этом рия, отработанная исполнительным орга- 5 двухкоординатные траектории определяют ном путем сканирования вблизи отрезкаДй

Ьч = 4, fjlt f= 1. Из фиг. 3 видно, ния расчетов и формирования управляюпнж что рассчитанные промежуточные точки сигналов для одной иэ таких траекторий траектории наиболее близко расположены 1О при jdX I=2, ЫХ I"-4 приведен в возле прямой AN. табл. 3.

Таблица 3

И цикла

F.

„.Э

Дф

1 0 0 0,5/2-4/ 1 0,5 (0-2) l 0 5(0-4) =2

2. 0 1 -1+2=+1 3 1 1 +1-Ф=-3

4. 1 2 -3+2=1

5 1 3 -1+2=+1

6 2 3 +1-4=-3

-1+0= 1

В установочном цикле выполняется занесение исходных данных jdXI I BYI и (52 l приращений координат последовательно по шинам 11 через сумматор 2 в регистры 5, 6, 7 соответственно, а регистры 8, 9, 10 устанавливаются в нулевое состояние.

Правило формирования шаговой траектории по двум координатам такое же, как, и при формировании траектории по трем координатам с учетом того, что приращение по одной из трех координа имеет нулевое значение. Точность двухмерного 35 управления отработанной траектории такая же, как и в случае трехмерного управления, т.е. максимальная возможная для выбранного шага дискретизации.

С7

Устройство работает следующим об- 40 разом.

В йсхоаном попожении состояние сумматора 2 и регистров 5-10 может бьгь пюбое.Работа устройства начинается при поступлении сигнала начала работы на вход блока 4 по шине 26 и выполняется поциклично. В каждом цикле выполняется до восьми тактов, а в конце каждого цикла, эа исключением установочного, формируются управляющие сигналы, поступающие по шинам 20, 21 и 22 на исполнительный орган.

Возможны пять видов циклов, а именно: установочный, подготовительный и три рабочих. Рабочие циклы выполняются в зависимости от значений жаков оценоч : ных функций, хранимых в регистрах 8, 9, 10.

В подготовительном цикле вычисляются начальные значения экстраполирован ных оценочных функций F j нщч, F y э. 3

F к„о,KoTopb!e заносятся B регис в9 ры 8, 9 и 10 соответственно. В конце цикла в зависимости от знаков начальных оценочных функций формируется один из сигналов dX,d,M или й2 который по щй»,не 20, 21 и 22 поступает на исполнительный орган. В каждом из рабочих циклов вычисляются значения двух из оценочных функций F,-., Г; „F - которые заносятся в регистры 8, 8, 10 соответственно. В конце каждого цикла формируется один из сигналов йХ, (или ВР в зависимости от значений знаков оценочных функций, полученных на конец данного цикла, который по шинам 20, 21 или 22 поступает на управление исполнительным органам, отрабатывающим траек торию.

Работу устройства рассмотрим на примере управления движением исполни тельного органа при исхоцных цан»

nb дх =2„/AXl=4, д2)=1 прираще-. ний координат. В табл. 4 приведены on рации, последовательно выполняемые устройством при формировании управля ших сигналов по выходам 12-22. Эти сигналы вырабатывает блок 4 в зависи мости от значений знаков оценочных функций, поступающих на входы блока программ 4 по шинам 23, 24, 25 со знаковых разрядов регистров 8, 9 и 10.

При поступлении на вхоц устройства по шине 26 сигнала начала работы нач нается установочный цикл. По шине 27 вход устройства поступают тактирующи сигналы. По nepsoMy такту установочн го {первого, фиг. 5) цикла блок 4 вы батывает сигналы на выходах 13, 17, 18 и 19. Сигнал на выходе 13 соотве ствует чтению канала с ацресом, определенным сигналами, поступающими на выходы 17, 18 и 19. Таким образом, по первому такту данные ЬХ!посту лающие íà axon шины 11 устройства по шинам 11 через мультиплексор 1, засыпаются в сумматор 2. По второму такту этого цикла блок 4 вырабатывае сигналы на входах и выхоцах -12 и 19, Сигнал на вхоце 12 соответствует за несению содержимого сумматора 2 в один из регистров, адрес которого определяется набором сигналов на вых дах 17, 18, 19 и дешифратором 3. Та ким образом, по второму такту данные f5 (заносятся в регистр 5. Аналогично по третьему такту данные id/) поступающие на вход устройства по ши нам 11, заносятся в сумматор 2, а по четвертому такту эти данные заносятся в регистр 6. По пятому такту данн

)д2,поступающие на ахоп устройства по шинам 11, заносятся в сумматор 2, а по шестому такту эти цанные занос ся в регистр 7, По седьмому такту гистры 8, 9 и 10 устанавливаются в, нулевое состояние. По восьмому такту блоке 4 вырабатывается сигнал конца цйкла, и блок 4 подготовлен к выполне нию подготовительного (второго, фиг. цикла, По первому такту подготовительног . (второго, фиг. 5) цикла блок 4 форми сигналы на выходах 13, 15 и 18. Си нал на выходе 15 поступает на управл ший вход сумматора 2 в вице команцы, "Вычесть", Таким образом, по этом

1037214 10 такту из аанных (4 Z1, находящихся е сумматоре 2 после выполнения пятого такта предыдущего цикла, вычитаются данные IDY.I, поступающие íà ахоп суме 5 матора 2 через мультиплексор 1 из регистра 6.

По второму такту подготовительного цикла блок 4 формирует сигналы на выходах 12, 16, 17, 18. Сигнал на вы»

xoge 16 поступает на управляющий вход сумматора 2 в виде команцы сцвига содержимого сумматора {кроме знакового разряда) на один разряц вправо. Полученное в сумматоре 2 значение экстраи- полированной оценочной функции !

5 э на заносится в регистр 8, так как на вхоц е дешифратора 3 в это время поступают о- сигналы с выходов 12 и 17 и 18 блока 4, указывающие адрес регистра 8.

Потретьему,четвертому и пятому тактам т подготовительного никла данные,. 1 д 2 l из регистра 7 через мультиплексор 1 заносятся в сумматор 2, затем из этих данных вычитаются данные lAXl,ïoñòóпаюшие через мультиплексор 1 на вхоц сумматора 2, и полученный результат сцвигается (кроме знакового разряца) на один разряц вправо. Полученное знат чение экстраполированной оценочной функ30 ции F 11снс,у,заносится в регистр 9. э . Аналогично по шестому, седьмому и восьмому тактам поцготовительн ого никла данные IBX l из регистра 5 через о- мультиплексор 1 заносятся в сумматор 2, 35 затем из этих данных вычитаются цанные lAf t. После сдвига { кроме знакового разряда) полученного результата значение экстраполированной оценочной функции Р „ ц заносится в регистр 10, э

40 По значениям знаков, полученных экстраполированных оценочных функций блок 4

ые на шине 21 сформирует сигнал AÕ по которому исполнительный орган отработает щаг из точки А в точку В (фиг. 3).

Ят-45 По последнему такту цикла сформулиру» ется сигнал конца цикла и блок 4 подготавливается к выполнению рабочего цикла. ( каждый из .рабочих циклов определи»

50 ется знаками экстраполированных оценочных функций, хранимых в регистрах 8, 9, 10 и вычисляемых согласно соотношео киям (7), (8), (9). В зависимости от рует. этих анаков блок 4 формирует управляюг 55 шие сигналы на выходах 12 22, Наприяю мер, если знаки всех экстраполированных оценочных функций имеют отрицательное у аначение, то в знаковых разряцах регист»ll 10372 ров 8, 9 и 10 установлены единичные значения. По первому такту рабочего (третьего, фиг. 3) цикла блок 4 формирует сигналы на выходах 13, 17 и 18, поэтому содержимое экстраполированной оценочной функции F,из регистра 10 э заносится через мультипликатор 1 в сумматор 2. По второму такту к соцержимому сумматора 2 прибавляются данные lhZ I, так как на выходе 14 блок 4 10 установил сигнал, который поступает на вхоц сумматора 2 в вице команцы на сложение, а цанные Ъ21 иэ регистра 7 через мультиплексор 1 поступают на вход сумматора 2, По третьему такту 15 содержимое сумматора 2 заносится в регистр 10. По четвертому, пятому и шестому тактам вычисляется новое значение экстраполированной оценочной функции F ý, которое заносится в ре- 20 гистр 8. В конце этого цикла по знакам экстраполированных оценочных функций блок 4 вырабатывает сигнал с Х,который по шине 20 поступает на выхоц интерполятора, и исполнительный орган выпол- 25 няет шаг иэ точки В в точку С .(фиг. 3).

В послецующих рабочих циклах на выхоце иитерполятора формируются управляющие сигналыhX DZ,àЧ а исполни-. тельный орган выполняет последователь- З0 но из точки С в точку, иэ точки Р в точку Е, иэ точки Е в тоЧку Г. Выполнение рабочих циклов процолжается

14 цо тех пор, пока не буцет отработан весь отрезок шаговой траектории. После этого на вхоц устройства по шине 28 поступает сигнал конца работы, и интерполятор готов по новым начальным паиным приступить к формированию управляющих сигналов на исполнительный орган.

На фиг. 4а привецен пример интерполирования прямой АС с помощью.иэ» вестного интерполятора на оцном элементарном кубе. Исполнительный орган первый шаг выполнит в точку Э (по оси Х), а второй шаг - в точку Е, которая находится на расстоянии V2h от прямой АС, зцесь Ь вЂ” гаш сетки. На фиг. 4Б привецен пример интерполирования той же прямой с помощью прецложенного интерполятора. Первый шаг выполнится в точку В, а второй - в точку С, при этом точка В нахоцится на расстоянии 0,5 2 от прямой АС, т.е. предложенный интерполятор обеспечивает в цва- раза выше точность расчета проме» жуточных точек траектории по сравнению с известным.

Трехкоорцинатный линейный интерпо лятор повышает в цва раза точность управления отработкой линейной траектории и обеспечивает максимальную точность управления отработкой траектории цля выбранного шага цискретизации исходных цанных.

1037214

l037®ld

1037214

1037214

ВНИИПИ Заказ 6008/48 ТиРаж 874 Поцписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул, Проектна„