Линейно-круговой интерполятор

 

1. ЛИНЕЙНО-КРУГОВОЙ ИНТЕРПОЛЯТОР , содержащий в каждом координатном канале последовательно соединенные первый регистр и делитель., подключенный первым выходом к первому входу группы вентилей, о т л ич а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения ТОЧНОСТИ отработки заданной скорости перемещений и точности интерполяции по контуру дуги, он содержит блок тактирования, блок переключения и в каждом координатном канале последовательно соединенные первый сумматор, второй регистр, умножитель и второй сумматор, выход которого соединен с первьм входом первого регистра, а второй вход - с выходом группы вентилей, второй вход которой соединен с вторым входом первого регистра и с первым выходом блока тактирования, второй выход которого подключен к второму входу умножителя, третий выход - к второму входу делителя, а четвертый выход к первому входу второго регистра другого канала и к первому входу блока переключения, соединенного выходом с первьм входом первого сумматора, второй вход которого подключен к выходу второго регистра, блок переключения соединен вторым входом с вторым выходом делителя, третий вход которого подключен к входу устройства. i 2. Интерполятор по п. 1, о т л ичающийс тем, что блок такти (Л С рования содержит генератор импульсов , выходом соединенный с первым входом первого элемента И, второй вход которого через первый триггер соединен с выходом первого счетчика, а также последовательно соединенные второй элемент И, второй триггер, второй счетчик и дешифратор, выходы 4 со которого соединены с.выходами блока iтактирования, выход первого элемента tc |И соединен с входом первого счетчика и входом второго счетчика, входы оо второго элемента И и S-вход первого триггера подключены к входам блока тактирования.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„114921. (ц G 05 В 19/18

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY CBlrtPETEJltaCTHY

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЦТИЙ (21) 3525052/24-24 (22) 20.12.82 (46) 07.04.85. Бюл. 13 (72) О.Г. Простаков, Ю.A. Раисов, А.Г. Середкин и А.Н. Сухер (71) Харьковский ордена Ленина политехнический институт им. В.И.Ленина (53) 621. 503. 55(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Ф 500518, кл. С- 05 В 19/18, 1974.

2. Авторское свидетельство СССР

У 732818, кл. & 05 В 19/18, 1977 (прототип). (54) (5 7) 1 . ЛИНЕЙНО-КРУГОВОЙ ИНТЕРПОЛЯТОР, содержащий в каждом координатном канале последовательно соединенные первый регистр и делитель., подключенный первым выходом к первому входу группы вентилей, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения точности отработки заданной скорости перемещений и точности интерполяции по контуру дуги, он содержит блок тактирования, блок переключения и в каждом координатном канале последовательно соединенные первый сумматор, второй регистр, умножитель и второй сумматор, выход которого соединен с первым входом первого регистра, а второй вход — с выходом группы вентилей, второй вход которой соединен с вторым входом первого регистра и с первым выходом блока тактирования, второй выход которого подключен к второму входу умножителя, третий выход — к второму входу делителя, а четвертый выход— к первому входу второго регистра другого канала и к первому входу блока переключения, соединенного выходом с первым входом первого сумматора, второй вход которого подключен к выходу второго регистра, блок переключения соединен вторым входом с вторым выходом делителя, третий вход которого подключен к входу устройства.

2. Интерполятор по п. 1, о т л и- 9 ч а ю щ и и с,я тем, что блок тактирования содержит генератор импульсов, выходом соединенный с первым С входом первого элемента И, второй вход которого через первый триггер соединен с выходом первого счетчика, а также последовательно соединенные второй элемент И, второй триггер, второй счетчик и дешифратор, выходы .которого соединены с..выходами блока

;тактирования, выход первого элемента © ! И соединен с входом первого счетчика и входом второго счетчика входы

У второго элемента И и $-вход первого 00 триггера подключены к входам блока тактирования.

1 11492

Изобретение относится.к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в системах числаваго программного управления станками, Известны линейно-круговые интер5 поляторы с многоразрядными приращениями, построенные на основе цифровых дифференциальных анализаторов (4gA) (1j

Недостатками данных устройств являются большая разрядность вычислений, о необходимая для получения достаточной точности, и, как следствие, высокая сложность.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является линейно-, круговой интерполятор, содержащий общий делитель и в каждом координатном канале последовательно соединенные первый вентиль, регистр, делитель и второй вентиль, причем первый выход делителя соединен с входом регистра этого же канала, второй выход делителя — с входом первого вентиля другого канала, выход общего делителя — с первыми входами вторыхвеити25 лей, выходы которых соответственно подключены к входам делителей координатных каналов (2).

Недостатком известного устройства является низкая точность отработки

30 заданной скорости перемещений (ошибка в скорости может достигать 50/) .

Кроме того, устройству свойственна, хотя и уменьшена по сравнению с другими интерполяторами, вычислительная погрешность.

Целью изобретения является повышение точности отработки заданной скорости перемещений и точности интерполяции па контуру дуги

Поставленная цель достигается тем, .что линейно-круговой интерпалятор, содержащий в каждом координатном канале последовательно соединенные первый регистр и делитель, подключенный первым выходом к первому вхо45 ду группы вентилей, содержит блок тактирования, блок переключения и в каждом координатном канале последовательна соединенные первый сумматор, второй регистр, умножитель и второй сумматор, выход которого соединен с ,первым входом первого регистра, а второй вход — с выходом группы вентилей, второй вход которой соединен с втарыч входам первого регистра и с 55 первым выходом - блока тактиравания, второй выход которого подключен к < второму входу умнажителя, третий

18 2 выход — к втор ому вх оду делителя, а четвертый выход — к первому входу второго регистра другого канала и к первому входу блока переключения, соединенного выходам с первым входом, первого сумматора, второй вход кото-,. рого подключен к выходу второго регистра, блок переключения соединей вторым входом с вторым выходом делителя, третий вход которого подключен к входу устройства.

Кроме того, блок тактирования содержит генератор импульсов, выходом соединенный с первым входом первого элемента И, второй вход которого через первый триггер управления соединен с выходом первого счетчика, а также последовательно соединенные второй элемент И, второй триггер управления, второй счетчик и дешифратор, выходы которого соединены с выходами блока тактирования, выход первого элемента И соединен с входом первого счетчика и входом второго счетчика, входы второго элемента И и S-вход первого триггера подключены к входам блока тактирования.

На фиг. 1 приведена структурная схема предлагаемого интерпалятора; на фиг. 2 - схема выполнения блока переключения на фиг, 3 — схема блока активиравания.

Интерполятор содержит вторые 1 и

2 и первые 3 и 4 регистры, первые

5 и 6 и вторые 7 и 8 сумматоры, умножители 9 и 10, делители 11 и 12, вентили 13 и 14, блок 15 тактирования, блок 16 переключения, первые 17 и 18 и вторые 19 и 20 выходы (шины) делителей 11 и 12 соответственно,:выходы (шины) 21 и 22 блока 16 переключения, выходы (линии) 23 -30 блока 15 тактирования, входы (линии) 31 и 32 блока 16 переключения, выходные шины (линии) 33 и 34 блока 16, вход (линия) 35 блока 15 тактиравания.

Схема блока 16 переключения (фиг.2) содержит четыре группы вентилей 36-39 и две группы элементов ИЛИ 40 и 41.

Связи, показанные на схеме, обеспечивают требуемое для правильной работы интерпалятара подключение шин 19 и 20 (выхады блоков делителей 11 и 12) на выходные шины 33 и 34 и в режиме круговой интерполя-ции на шины 21 и 22 для передачи в сумматоры 5 и 6 соответственно., 1149218

Схема блока 15 тактирования (фиг. 3) содержит триггеры 42 управления, генератор 43 импульсов, элемент И 44, трехразрядный счетчик 45, элемент И 46, триггер 47 управления, счетчик 48 и дешифратор 49. По входной линии 35 поступают импульсы, задающие цикл .вычислений, по линии 32tt команда "Круговая интерполяция, выходные линии 23-30 подключаются к соответствующим блокам интерполятора (фиг. 1).

Устройство работает следующим образом..

В регистрах 1 и 2 в «ходномсосто1$ янин устанавливаются координаты начальной точки Х, Ур дуги при кругоо вой интерполяции либо величины перемещения по осям Х, У на участке отработки при линейной интерполяции. В процессе круговой интерполяции в этих регистрах содержатся величины координат текущей точки дуги; в процессе линейной интерполяции содержимое регистров 3 и 4 не меняется.

В умножителях 9 н 10 производится умножение содержимого регистров 1 и 2 на величину шага интерполяции по контуру Н. Величина шага Н определяется заданной скоростью подачи V и приЗО нятой длительностью цикла вычисления приращений, т.е. Н = 4t причем t= const. Если регистры 1 и 2 имеют по ш разрядов каждый, а для шага предусмотрено К разрядов, то разрядность произведения составит Ы (m + к), В регистрах 3 и 4 размещаются суммы содержимого соответствующего умно-. жителя. 9 и 10 и m младших разрядов делимого делителя 11 и 12, суммиро- 4О ванне которых производится суммато- . рами 7 н 8. Делители 11 и 12 осуществляют деление содержимого регистров

3 и 4 на величину радиуса дуги В. при круговой интерполяции или на величину перемещения по контуру 3 при линейной интерполяции. Деление производится с точностью до к разрядов, т.е. кразрядное частноЕ размещается в выходном регистре делителя 11 (или 12),зо а m — - разрядный остаток остается в регистре делимого. Вентили 13 и 14 служат для передачи содержимого m младших разрядов делимого делителей

11 и 12 на сумматоры 7 и 8. Блок 15 тактирования с приходом каждого .тактового сигнала по входу 35 вырабатывает последовательность из восьми

4 импульсов на выходах 23.-30, которые определяют последовательность операций в устройстве. Блок 16 переключения в режиме круговой интерполяции подключает выход делителя 11 - кразрядное частное с шины 19 — на вход сумматора 6 по шине 22 и выход интерполятора по оси Y по шине 34, выход делителя 12 по шине 20 подключен на вход сумматора 5 по шине 21 и на выход устройства по оси Х по шине

33. В режиме линейной интерполяции выход 19 делителя 11 подключен к шине 33, выход 20 делителя 12 — к шине 34; подключения к шинам 21 и 23 с выходов делителЕй не производятся.

В режиме линейной интерполяции в регистры 1 и 2 вводятся величины

Х. и Ч перемещений по осям на

1 I участке интерполяции, в умножителях

9 и 10 устанавливается множитель Н, в делителях 11 и 12 — делитель (длина участка интерполяции), в регистрах 3 и 4 — нули, в блок 16 переключения задается по входу 31 команда "Линейная интерполяция". На каждый сигнал цикла по входу 35 блок

15 вырабатывает восемь тактов ° Первый такт по линии 23 разрешает запись содержимого регистра 1 во входной регистр умножителя 9, вслед за чем производится умножение величины Хо на Н. Второй такт по линии 24 разрешает передачу содержимого m младших разрядов делимого делителя 1 I через вентиль 13 на сумматор 7 и запись суммы в регистр 3. Третий такт по линии 25 разрешает запись содержимого регистра 3 в регистр делимого делителя 11, вслед за чем осуществляется операция деления .

Четвертый такт по линии 26 разрешает передачу частного с шины 19 через блок 16 переключения на выходную шину 33 по оси Х. Пятый такт по линии 27 разрешает передачу содержимого регистра 2 в умножитель

10 и осуществление операции умножения. Шестой такт по линии 28 разрешает запись результата суммирования содержимого выходного регистра умножителя 10 и ш младших разрядов делимого делителя 12 в регистр

4. Седьмой такт по линии 29 разрешает запись содержимого регистра 4 в регистр делимого делителя 12,вслед за чем выполняется операция делений.

Восьмым тактом по линии 30 содержи» мое регистра частного делителя 12

1149218

R Х, Н+а„-аХ. ;

"1 "1 . ь Y. = еи 1 (g H R

55 с шины 20 подключается на выходную шину 34 блока 16 переключения по оси

В режиме круговой интерполяции в регистрах 1 и 2 устанавливаются величины Х, Y, — координаты начальной точки дуги, в умножители 9 и

10 — величина шага интерполяции Н по дуге, в делители 11 и 12 — радиус дуги окружности R. Последовательность 10 прохождения сигналов по линиям 23-30 зависит от номера цикла.

В нечетных циклах сохраняется такая же последовательность, как и при линейной интерполяции. Опера- lS ции, производимые с первым, вторыи и третьим тактами остаются прежними.

На четвертом такте по сигналу линии

26 содержимое регистра частного делителя 11 поступает на выход 34 по 20 и по шине 22 на вход сумматора 6.

На второй вход сумматора 6 подключен выход регистра 2 координаты Y

По сигналу с линии 26 разрешается запись результата суммирования в ре- 25 гистр 2, т.е. образования в нем величины у, „- "у,. у, Далее по сигналам пятого, шестого и седьмого тактов осуществляются операции, аналогичные режиму линейной интерполяции. ЗО

По сигналу восьмого такта (линии 30) содержимое регистра частного делителя

12 с шины 20 подается на выходную шину 33 по оси Х и по шине 21 на вход сумматора 5, осуществляющего суммирование его с содержимыи регистра

По этому же сигналу с линии 30 производится запись результата суммирования в регистр 1, в котором образуется новое значение координаты х т.е.

В четных циклах генерация сигналов начинается с линии 27 и идет в последовательности 27-28-29 — 30-23-24-»

25 -26. Благодаря этому вначале вы- 45 числяется приращение ЬХ, образуется значение Х;,„, по которому вычисляются значения dY,.

В интерполяторе реализуются следующие вычисления. SO

В режиме линейной интерполяции

ЬХ =елС вЂ” (Х Н AX: где и — целая часть выражения,,Р— остатки j-ro шага вычисх г,. лений.

В режиме круговой интерполяции в нечетных циклах

dg -Е 1+ 1 (X Hiр Д х.=Х;Н P -dY.й;

Х; 1 Х1 „

dX;=pnt(— (Y. Н р

В четных циклах последовательно вычислены

1 и

Н+ Rg Х1R

1 1 1 1

Х „=Х +ДХ- 1

3+1 1 1

DY.-eA р Х,.„Н+ „

Р =Х., 11+ „

X.= Р1 Х1 „

Y. =Y. + йУ.

1+1 3 3

По сравнению с известным предлагаемое устройство при той же сложности обеспечивает более высокие точности интерполяции и отработки заданной скорости перемещения.

В режиме линейной интерполяции элемент И 46 закрыт, счетчики 45 и

48 установлены в нули. С приходом импульса цикла по входу.35 триггер

42 устаналивается в "1", открывается элемент И 44, через который проходят импульсы генератора 43.. Очередной импульс генератора 43 увеличивает содержииое счетчиков 45 и 48 на единицу на выходах дешифратора 49 последовательно, начиная с линии 23 и заканчивая линией 30, появляются сигналы управления. После прихода восьмого импульса счетчики 45 и 48 переполняются, выходной сигнал счетчика

45 устанавливает триггер 42 в состояние "0", элеиент И 44 закрывается и блок ожидает прихода следующего импульса цикла по линии 35.

149218 8

11 и 12 — по (m + к) разрядов, регистры частного делителей — по к разрядов, сумматоры 5 и 6 при параллельном суммировании — по (к + 1) раз рядов, сумматоры 7 и 8 — по (m + 1)

" разрядов. Типичные значения m=20-24, к=7-10. Тогда максимальная раэряд ность регистров не превысит 34. При использовании интегрирования с дробными числами, что обычно делается в

ЕДА, вычисления ведутся с.точностью

10 -10, что соответствует максимальной разрядности чисел 44-48 при практически такой же функциональной сложНосТН устройства.

Высокая точность вычислений приращений ьХ и аУобеспечивает высокую точность отработки заданной скорости перемещений, так как в устройстве составляющие скорости по осям

И (Ч = — . Ч

Х у и

7 1

В режиме круговой интерполяции по линии 32 открывается элемент И

46, через который проходят на триггер 47 импульсы цикла. Если начальная установка триггера 47 "0", то с приходом каждого нечетного импульса цикла счетчик 48 сбрасывается в нуль и порядок прохождения сигналов на выходах дешифратора 49 остается таким же, как в режиме линейной интерполяции. С приходом каждого четного импульса цикла выходной сигнал триггера 47 устанавливает третий разряд счетчика 48 в "1" (состояние счетчика 100), что определяет последовательность прохождения сигналов на выходах дешифратора в порядке 27-2829-30-23-24-25-26 при прохождении восьми импульсов генератора 43.

Благодаря чередованию циклов методическая ошибка интерполяции носит периодический характер с амплиту. дой У11. „ = Н /2R. При линейной интерполяций методическая ошибка не превосходит одной дискретности.

В предлагаемом устройстве все вычисления ведутся с целыми числами, округлений нет и вычислительные погрешности не появляются. Кроме тога, уменьшается разрядность блоков. Так, если регистры 3 и 4 имеют по m разрядов, а множитель Н вЂ” к-разрядов, то регисгры умножителей 9 и 10 должны иметь по (m + к) разрядов, регистры произведения умножителей 9 и 10 и регистры делимого делителей и скорость подачи по контуру а величина Н=1, участвующая в вычислениях приращений, задается точно.

По сравнению с известным предлагаемое устройство позволяет повысить скорость вычерчивания на координатографе при контроле геометрии деталей до 40 м/мин (т.е. в 20 раэ) и скорость записи программ на магнитную

З5 ленту до 800 мм/с (т.е. в 16 раэ).! 149218

1149218

Фиг. Л

5НИИПИ Закаэ f88 ) /33 Тираж 863 Подписное

Филиал ППП "Патент", г.Ужгород, ул.йроектйая, 4