Линейно-круговой интерполятор

 

Изобретение относится к области автоматики и В1ичяслительной техники , и может быть использовано в системах числового программного управления станками, Целью изобретения является повышение точности круговой интерполяции дуги. Линейно-круговой интерполятор содержит регистры , сумматоры, умножители, блоки элементов И, блок тактирования, генератор импульсов, делители, коммутатор , блок линейной интерполяции, сумматор-накопитель, блок переключения . Данное изобретение сочетает две существенно отличакициеся группы интерполяции с постоянным шагом и многоразрядными приращениями. Применение блока линейной интерполяции по методу оценочной функции и связанных с ним дополнительных элементов и блоков к интерполятору с Многоразрядными приращеииями позволило исключить накопление ошибки, скачков, существенно повысить точность круговой интерполяции. При круговой интерполяции после расчета миогордзряд ных приращений производится коррекция положения рассчитанной точки путем линейной интерполяции одиночными шагами из этой точки к центру окружности. 3 з.п. ф-лы, 5 Ш1 (Л 01 о

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

0% (11) 15114 G 05 В 19/18 Р .

Р с

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTGPCHGMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (61 ) 1!49218 (21 ) 3772836/24-24 (22) 27.07,84 (46 ) 28.02.86 ° Бюл. ¹ 8 (7I ) Харьковский ордена Ленина политехнический институт им. В.И, Ленина (72) Ю.А. Раисов и А.Г. Середкин (53) 621.503,55 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 732818, кл. G 05 В 19/IS, !979, Авторское свидетельство СССР № 1149218, кл. С 05 В 19/18, 1982. (54)ЛИНЕЙНО-КРУГОВОЙ ИНТЕРПОЛЯТОР (57)Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники,и может быть использовано в системах числового программного управления станками, Целью изобретения является повышение точности круговой интерполяции дуги. Линейно-круговой ннтерполятор содержит регистры, сумматоры, умножители, блоки элементов И блок тактирования, генератор импульсов, делители, коммутатор, блок линейной интерполяции, сумматор-накопитель, блок переключения, Данное изобретение сочетает две существенно отличающиеся группы интерполяции с постоянным шагом и многоразрядными приращениями. Применение блока линейной интерполяции по методу оценочной функции и связанных с ним дополнительных элементов и блоков к интерполятору с многоразрядными приращениями позволило исключить накопление ошибки, скачков, существенно повысить точность круговой интерполяции. При круговой ин-терполяции после расчета многоразрядных приращений производится коррекция положения рассчитанной точки путем линейной интерполяции одиноч ными шагами из этой точки к центру окружности. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

215090 2

Блок переключения 24 содержит элементы И 45"48. Связи, показанные на схеме, обеспечивают требуемое для правильной работы интерполятора подключение шин 29 и 30 на выходные шины 35 и 36 в режиме линейной интерполяции и в режиме круговой интерполяции - на шины 34 и 37 для передачи в сумматоры 7 и 8 соответственно.

Блок тактирования 19 включает

RS -триггер 49, генератор импульсов

50, элемент И 51, счетчик импульсов

52, дешифратор 53. По входной линии

38 поступают импульсы, задающие цикл вычислений, выходные шины 39-44 под55

1 1

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники и может быть использовано в системах числового программного управления станками.

Цель изобретения — повышение точности круговой интерполяции дуги.

Данное техническое решение сочетает две существенно отличающиеся группы интерполяции: с постоянным шагом и многоразрядными приращениями. Применение блока линейной интерполяции по методу оценочной функции и связанных с ним дополнительных элементов и блоков к интерполятору с многоразрядными приращениями позволило исключить накопление ошибки, скачков, существенно повысить точность круговой интерполяции.

На фиг. 1 приведена структурная схема предлагаемого интерполятора; на фиг. 2 — схема выполнения блока тактирования; на фиг. 3 — пример выполнения блока линейной интерполяции; на фиг. 4 — блок переключения, Линейно-круговой интерполятор содержит первые 1 и 2, вторые 3 и 4 и третьи 5 и 6 регистры, первые 7 и

8 и вторые 9 и 10 сумматоры, умножители 11 и 12, делители 13 и 14, первые 15, 16 и вторые 17, 18 блоки элементов И, блок тактирования 19, генератор импульсов 20, коммутатор

21, блок линейной интерполяции 22, сумматор-накопитель 23, блок переключения 24, первые 25, 26 и вторые 27, 28 выходы делителей !3 и 14 соответственно, 29-30, 31-33 входы и 34-37 выходы блока переключения, вход 38 и выходы 39-44 блока тактирования.

50 ключаются к соответствующим блокам интерполятора {см. Фиг. 1).

Блок линейной интерполяции 22 содержит 85 -триггер 54, элемент задержки 55, элементы И 56, 57, регистры 58, 59, входы 60, 61 и 62 блока9 выходы 63, 64 блока линейной интерполяции, Связи блока линейной интерполяции обеспечивают линейную интерполяцию по методу оценочной, функции вдоль прямой, задаваемой точками с координатами Х „ У„ и О, О, где Х„ и

У вЂ” координаты, получаемые с выхода сумматоров 7 и 8, по направлению к точке с координатами 0,0.

Блок переключения 24 содержит также элементы И 65, 66, элементы

ИЛИ 67, 68, а блок линейной интерполяции 22 — блоки элементов И 69 и

70 и сумматор-накопитель 71.

На фиг, 1 обозначено: выход 72

1 сумматора-накопителя 23 и выход 73 генератора импульсов.

Блоки элементов И интерполятора содержат т двухвходовых элементов

И, где m — разрядность блока. Выходы элементов И образуют выходную шину блока, первые входы — первую входнуЮ шину, вторые входы — вторую входную шину.

Устройство работает следующим образом.

В регистрах 1 и 2 в исходном состоянии устанавливаются координаты начальной точки Х, У дуги при круговой интерполяции либо величины перемещения по осям Хо, Ур 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 1 и 2 не меняется, В умножителях 11 и 12 производится умножение содержимого регистров

1 и 2 на величину шага интерполяции по контуру Н. Величина шага Н определяется заданной скоростью подачи и длительностью цикла вычислений Т т.е. Н= Ч, причем 3 =const. Если регистры 1 и 2 имеют m разрядов каждый, а для величины шага Н предусмотрена К разрядов, то разрядность произведения составит (m + К)..

В регистрах 3 и 4 размЖцаются суммы содержимого соответствующего умножителя 11 и 12 и m младших разрядов делимого делителей 13 и 14, суммированне которых производится сумматорами 9 и 10. Делители 13 и 14 осуществляют деление содержимого регистров 3 и 4 на величину радиуса дуги

R при круговой интерполяции или на величину перемещения по контуру 1 при;линейной интерполяции. Деление производится с точностью до К разрядов, т.е. К вЂ” разрядное частное размещается в выходном регистре делите-. ля 13 (или 14), a m — разрядный остаток сохраняется в регистре делимого, Блоки элементов И 15 и 16 служат для передачи содержимого m младших разрядов делимого делителей 13 и

14 на сумматоры 7 и 8. В регистрах

5 и 6 хранятся величины приращений координат 0 Х и d У. Блок тактирования

19 с приходом каждого тактового сигнала по входу 38 вырабатывает на выходах 39-44 последовательность из шести импульсов, которые определяют последовательность операций в устройстве. Блок переключения 24 в режиме круговой интерполяции подключает выход регистра 5 на вход сумматора 8 по.шине 7 и на выход ннтерполятора по оси у по шине 36; выход регистра 6 подключен на выход сумматора

7 по шине 34 и на выход интерполятора по оси х по шине 35. В режиме линейной интерполяции выход регистра S подключен к шине 35, выход регистра 6 — к шине 36. В этом режиме подключения шин 34 и 37 к выходам регистров 5 и 6 не производится. Укаэанные. элементы обеспечи" вают расчет и выдачу приращений координат на методу ЦДА с многоразрядными приращениями.

При круговой интерполяции после расчета многоразрядных приращений производится коррекция положения рассчитанной точки путем линейной интерполяции одиночными шагами из этой точки к центру окружности. Принцип коррекции поясняется на фиг. 5.

После каждого шага рассчитывается значение оценочной функции для окружности. Линейная интерполяция к центру окружности прекращается при изменении знака оценочной функции для окружности. Линейную интерполяцию одиночными шагами выполняет блок линейной интерполяции 22, в регист- . ры которого поступают координаты начальной точки движения с сумматоров

7 и 8, Коммутатор 21 разрешает про1215090 4 хождение импульсов от генератора 20 для ведения линейной интерполяции.

С выхода 63 блока линейной интерполяции 22 по координате Х импульсы поступают на входы регистра 1 и регистра 5, уменьшая их содержимое на единицу с приходом каждого импульса, При этом через блок элементов

И 17 разрешается сложение значения !

0 координаты Х с содержимым сумматоранакопителя 23, в котором хранится значение оценочной функции для окружности. Аналогичные действия происходят при расчете координаты у по линии 64, импульсы поступают на входы регистра 2 и регистра 6, уменьшая их содержимое. С каждым импульсом через блок элементов И 18 содержимое регистра 2 поступает в

20 сумматор-накопитель 23. При переполнении сумматора-накопителя (изменение знака оценочной функции для окружности) коммутатор 21 запрещает прохождение импульсов с генератора

25 20 на блок линейной интерполяции 22.

Режим линейной интерполяции.

В этом режиме в регистры 1 и 2 вводятся величины ХЕ и У переме30 щений по осям на участке интерполя- ции, в умножителях ll и 12 устанавливается множитель Н, в делителях

l3 и 14 — делитель 1 (длина участка интерполяции), в регистрах 3 и 4— нули, в блок переключения 24 эадает35 ся по входу 33 команда Линейная интерполяция". На каждый сигнал цикла по входу 38 блок 19 вырабатывает 6 тактов, Первый такт по линии 39 разрешает запись содержимого регистра

40 во входной регистр умножителя 11, вслед за чем производится умножение величины Х на Н. Второй такт по линии 40 разрешает передачу содержимого ш младших разрядов делимого дели45 теля 13 через блок элементов И 15 иа сумматор 9 и запись суммы в регистр

3. Третий такт по линии 41 paspemaет запись содержимого регистра 3 в регистр делимого делителя 13, вслед

50 за чем осуществляется опер щия деления и запись результата деления.в регистр 5, Аналогичные действия при прохождении первых трех тактовых сигналов производятся во втором коорди55 натном канале. Четвертый и пятый такты в этом режиме действий ие производят, шестой такт по линни 44 разрешает передачу содержимого регист1215090 ров 5 и 6 на выходные шины 35 и 36 соответственно. В режиме линейной интерполяции коммутатор 21 закрыт, Режим круговой интерполяции.

В этом режиме в регистрах 1 и 2 устанавливаются величины Х, У0 координаты начальной точки дуги, в умножителях 11, 12 — величина шага интерполяции Н по дуге, в делителях 10

13 и 14 — радиус дуги окружности R.

Операции, производимые тактами 1-3, остаются прежними, как и в режиме линейной интерполяции. Четвертый такт по линии 29 разрешает передачу 1 содержимого регистра 5 через блок переключения 24 на шину 37 и суммирование с содержимым регистра 2 через сумматор 8, а также передачу содержимого регистра 6 через блок пере- 20 ключения 24 на шину 34 и суммирование с содержимым регистра 1 через сумматор 7, При этом выполняются операции У;„=У; +ьу;; X;„=X;+ 6Х

В четвертом такте также производит- 2Б ся запись координат начальной точки интерполяции в регистры блока линейной интерполяции 22 по линиям 61 и

62. В пятом такте открывается коммутатор 21 и разрешается прохождение ЗО импульсов генератора 20 через коммутатор 21 на вход блока линейной интерполяции по линии 60 до момента переполнения сумматора-накопителя 23.

В сумматоре-накопителе 23 хранится значение оценочной функции для окруж" ности. После расчета прирашений по

ЦДА методу в сумматор-накопитель добавляется величина Н . В процессе

2 линейной интерполяции одиночными 40 шагами при шаге по оси Х уменьшается на единицу содержимое регистра 1, регистра 5 и изменяется на величину -(2Х +1) содержимое сумматора-накопителя 23. При шаге по оси Y уменьшается на единицу содержимое регистра 2, регистра 6 и изменяется на величийу -(2 > + 1) содержимое сумматора-накопителя. При переполнении сумматора-накопителя 23 возни- SO кает сигнал, закрывающий ключ по линии 72, интерполяция прекращается.

На вход блока переключения в режиме круговой интерполяции по линии 31 подается сигнал "Круговая интерполя- 55 ция", поэтому шестой такт по линии

44 разрешает передачу содержимого регистра 5 через блок переключения

24 на выходную шину )Ь, а содержимого регистра 6 — на выходную шину 35.

В интерполяторе реализуются следующие вычисления, В режиме линейной интерполяции: где ent - целая часть выражения;

1„.,8ч. — остатки i-го шага вычис1 ления.

B режиме круговой интерполяции по методу ЦДА с многоразрядными приращениями:

Х, (, 1 у ;„= Y; ь (;.

После ЦДА вычислений изменяется значение оценочной функции U для окружности (первоначально 0 =О) (1 (, 2

При шаговой линейной интерполяции оценочная функция имеет вид

Если V О, то делается шаг по оси причем

Ч=Ч + Х.

tt! it(1

Ll= U;„-(2У }, (Ч - l, Если 73 О, то делается шаг по оси

Х, причем

Пошаговая интерполяция прекращается, когда 0 О, после чего принимается где 1,,1 — число шагов линейной интерполяции по осям Х и Y соответственно.

На фиг. 2 приведена схема блока тактирования 19. В исходном состоянии триггер управления 49 находится в состоянии "011, элемент И закрыт, счетчик сброшен. С приходом импульса цикл к входу 38 триггер 49 устанавливается в "1", открывается элемент И 51, через который проходят импульсы генератора 50 ° Очередной импульс генератора 50 увеличивает содержимое счетчика 52, на выходах дешифратора 53 последовательно, начиная с линии 39 и заканчивая линией

44, появляются сигналы управления.

После сигнала по линии 44 появляется сигнал по линии 32, который устанавливает триггер 49 и счетчик 52 в исходное состояние, На фиг. 3 приведена схема блока линейной интерполяции. В регистр 58 по шине 61 загружается начальное значение координаты X для пошаговой линейной интерполяции с выхода сумматора 7 (см. фиг, )) после расчета многоразрядных приращений по ЦДА методу. Аналогично по шине 62 загружается регистр 59 начальным значением координаты Y . В сумматоре-накопителе 71 содержится значение линейной оценочной функции . Первоначально

У = О, триггер 54 находится в "О",.

Первый, импульс, пришедший по линии

60, проходит через открытый элемент

И 56 на линию 63 (шаг по оси X) и открывает блок элементов И 69; при этом в сумматор-накопитель .71 передается содержимое регистра 58. Через элемент задержки 55 триггер 54 устанавливается в "1". Если в сумматоре-накопителе переполнения нет, то триггер 54 остаемся в "1" и следующий импульс проходит через элемент

И 57 на линию 64, содержимое регистра 59 через блок элементов И 70 поступает в сумматор-накопитель 71, и на линию 64 (шаг по оси У). Очередной импульс с линии 60 проходит на линию 63 и 64 в зависимости от нали1215090 чия или отсутствия импульса переполнения с сумматора-накопителя 71 на предыдущем цикле.

На фиг. 4 приведена схема блока переключения, В режиме круговой интерполяции на линии 29 присутствует

"1" (" Круговая интерполяция"). При поступлении четвертого такта по линии 42 шина 29 через блок элементов

И 65 подключается к шине 37, а шина

30 через блок элементов И 66 — к шине 34, При поступлении шестого такта по линии 44 шина 29 через элемент

И 47 и элемент ИЛИ. 68 подключается к выходной шине 36, а шина 30 через блок элементов И 46 и элемент ИЛИ 67к выходной шине 35. формула изобретения

1 ° Линейно-круговой интерполятор, содержащий в каждом координатном канале последовательно соединенные первый сумматор ° первый регистр умножитель, второй сумматор, второй регистр, делитель и первый блок элементов И, выход которого подключен к второму входу второго сумматора канала, а также блок тактирования и блок переключения, первый и второй выходы которого соединены с первыми входами первых. сумматоров соответственно первого и второго координатных каналов, вторые входы которых

35 подключены к выходу первого регистра своего канала, вторые входы первых регистров соединены с первым входом блока перекЛючения и с пер40 вым выходом блока тактирования, второй выход которого соединен с вторым входом делителя в каждом канале, третий выход - с вторым входом второго регистра и вторым входом бло45 ка элементов И, первого и второго координатных каналов, а четвертый выход блока тактирования соединен с вторым входом умножителя в каждом канале, отличающийся тем, что, с целью повышения точности

50 интерполяции по контуру дуги, введены сумматор-накопитель, последовательно соединенные генератор, коммутатор и блок линейной интерполяции и в каждый координатный канал — вто" рой блок элементов И и третий регистр, выход которого соединен с соответствующим входом блока переключения, первый вход третьего ре1215090

10 гистра каждого координатного канала соединен с соответствующим выходом блока линейной интерполяции, с третьим входом первого регистра своего координатного канала и с первым входом второго блока элементов И, второй вход которого подключен к выходу первого регистра, а выход — к соответствующему входу сумматора-на- 10 копителя, подключенного выходом к второму входу коммутатора, третий вход которого подключен к пятому выходу блока тактирования, шестой

I выход которого соединен с третьим входом блока переключения, второй вход третьего регистра в каждом ко;ординатном канале подключен к второ му выходу делителя данного канала, вторые выходы блока переключения 20 являются выходами линейно"кругового интерполятора, вторые входы блока линейной интерполяции соединены с выходом первого сумматора каждого координатного канала. 25

2. Интерполятор по п. 1, о т л ич а ю шийся тем, что блок тактирования.содержит RS-триггер и последовательно соединенные генератор импульсов, элемент И, счетчик 30 импульсов,и дешифратор, выходы которого подключены к выходам блока тактирования, прямой выход RS-триггера соединен с вторым входом элемента И, 5 -вход подключен к установоч- 35 ному входу блока тактирования, à Rвход - к R-входу счетчика и к выходу последнего разряда дешифратора.

3. Интерполятор по и. 1, о т л ич а ю шийся тем, что блок линей-40 ной интерполяции содержит первый регистр, элемент задержки, первый элемент И и последовательно соединенные второй регистр, первый блок элементов И, сумматор-накопитель, RSтриггер, второй элемент И и второй блок элементов И, выход которого соединен с вторым входом сумматора-накопителя, первый вход блока линейной интерполяции подключен к первому входу первого и к второму входу второго элементов И, а через элемент задержки к 3. — †вхо RS-триггера, прямой выход которого соединен с вторым входом первого элемента И, подсоединенного выходом к второму входу первого блока элементов И и к соответствующему выходу блока линейной интерполяции.

4. Интерполятор по и. 1, о т л ич а ю шийся тем, что блок переключения содержит шесть элементов И и два элемента ИЛИ, выходы которых соединены с вторыми выходами блока переключения, а входы — соответственно с выходами первого, второго, третьего и четвертого элементов И, выходы пятого и шестого элементов И подключены к первым выходам блока переключения, первый вход которого соединен с первыми входами первого, третьего и пятого элементов И, второй вход— с первыми входами второго, четвертого и шестого элементов И, второй вход шестого элемента И подключен к второму входу пятого элемента И, третий вход — к вторым входам второго, третьего элементов И и к третьему входу пятого элемента И, второй вход первого элемента И соединен с вторым входом четвертого элемента

И, третий вход первого элемента И подключен к третьим входам второго, третьего и четвертого элементов И.

1215090

Составитель И. Швец

Редактор Л. Веселовская Техред А.Бабинец Корректор С. Черни

Заказ 905/55 Тираж 837 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5;

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