Система цифровой линейной интерполяции

 

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники, в частности к интерполирутацим устройствам , и может быть применено в системах автоматизированного проектирования . Цель изобретения - расши

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (1)) (5))4 G 05 В 19 8

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н Д BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4210356/24-24 (22) 25.12.86 (46) 15.02.89. Вюл. № 6 (72) 93.К.Мялкин и В.В.Щелинский (53) 621.503.5 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 551611, кл. G 05 В 19/18, 1975.

Авторское свидетельство СССР

¹ 875341, кл. G 05 В 19/18, 1981. (54) СИСТЕМА ЦИФРОВОЙ ПИНЕЙНОЙ ИНТЕРПОЛЯЦИИ (57) Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники, в частности к интерполирующим устройствам, и может быть применено в системах автоматизированного проектирования. Цель изобретения — расши1458858

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, в частности к интерполирующим устройствам для преобразования кодового значения, 5 соответствующего приросту функции в линейно изменяющийся цифровой (уни" тарный) код, и может быть применено в цифровых приборах с графическим отображением информации. 10

Цель изобретения — расширение области применения цифровых линейных интерполяторов на устройства, имеющие инерционные элементы движущихся частей и требующие экспоненциального 15 закона разгона-торможения.

На фиг. 1 показана блок-схема предлагаемой системы цифровой .пинейной интерполяции; на фиг.2 — схема блока экспоненциально изменяющейся частоты; 20 . на фиг.3 — схема блока управления, являющегося составной частью блока экспоненциально изменяющейся частоты; на фиг.4 — временные диаграммы сигналов "Пуск" и "Стоп" и характер изменения выходной частоты блока 3 в зависимости от этих сигналов.

9 и+1 (1)

n+1 где К вЂ” коэффициент, определяемый исходя из необходимой точности вычисления формулы (1);: рение области применения цифровых линейных интерполяторов на устройст ва, имеющие инерционные элементы движущихся частей, требующие экспоненциапьного закона разгона-торможения. Система содержит блок управления 1, генератор 2 тактовых импульсов, блок 3 экспоненциально изменяющейся частоты, первый программируежй делитель частоты 4, состоящий из счетчиков 5 и 6, работающих в режиме делителей частоты, и счет-.

Система цифровой линейной интерполяции содержит блок 1 управления, генератор 2 тактовых импульсов, блок

3 экспоненциально изменяющейся частоты, первый программируемый делитель 4 частоты, состоящий из счетчиков 5 и 6, работающих в режиме делителей частоты, а также счетчика

7, работающего в режиме прерывания терминального счета, второй программируемый делитель 8 частоты, состоячика 7, работающего в режиме прерывания терминального счета, второй программируемый делитель частоты 8, состоящий из счетчика 9, работающего в режиме делителя частоты, и счетчика 10, работающего в режиме прерывания терминального счета, датчик торможения 11, представляющий собой счетчик, работающий в режиме прерывания терминального счета, блок 12 совпадения, элемент ИЛИ 13, селектор каналов 14. 4 ил. щий из счетчика 9, работающего в режиме делителя частоты и счетчика

10, работающего в режиме прерывания терминального счета, датчик 11 торможения, представляющий собой счетчик, работающий в режиме прерывания терминального счета, блок 12 совпадения сигналов, элемент ИЛИ 13 и селектор 14 каналов (К555КП12).

Первый программируемый делитель

4 частоты может быть реализован на программируемом таймере КР580ВИ53„ второй программируемый делитель S частоты и датчик l1 торможения— на программируемом таймере КР580ВИ53.

Блок 1 управления может быть реализован íà MII-комплекте серии КР580, а также на однокристальной микроЭВИ

К1816ВЕ48.

Выходы селектора каналов 14 являются выходами системы линейного интерполирования и служат для управления исполнительными механизмами перемещения пишущих устройств вдоль осей Х и У как в прямом, так и в обратном направлениях (исполнительные механизмы не показаны).

Счетчики 5 и 6 первого программируемого делителя частоты 4 образуют делитель частоты, общий коэффициент деления которого рассчитывается блоком 1 управления по формуле

1458858

30 (2) К =К.

m — величина перемещения по одной из координат;

n — величина перемещения по другой координате °

Результат, вычислений формулы (1) загружается блоком 1 управления в счетчики 5 и б, составляющие в целом один делитель частоты. Последовательное соединение счетчиков позволяет получить общий коэффициент деления, равный произведению коэффициентов деления каждого из счетчиков. Это позволяет получить высокую точность вычисления формулы (1), поскольку величина частного от деления

m+1 должна быть целым числом, а

n+1 умножение результата на число К уменьшает погрешность округления частного от деления до целого числа в число раз, равное величине К.

На выходе счетчика 6 в процессе интерполяции вырабатывается частота, пропорциональная тангенсу угла наклона интерполируемой прямой. Другая частота унитарного кода вырабатывается на выходе счетчика 9, коэффициент деления которого

Для определения момента окончания цикла интерполирования прямой используются счетчики 7 и 10. Большее значение перемещения загружается блоком 1 управления в счетчик 10, а меньшее — в счетчик 7.

Выход счетчика 7 подключается к входу разрешения работы счетчика б, а также на первый вход блока 12 сов.— падения. Вьгход счетчика 10 подключается через элемент ИЛИ 13 к входу разрешения работы счетчика 9, а также к второму входу блока 12 совпадения, выход которого подключен к первому входу блока 1 управления и сигнализирует о моменте окончания процесса линейного интерполирования.

Для обеспечения динамического разгона-торможения исполнительных механизмов в системе цифровой линейной. интерполяции имеется блок 3 экспоненциально изменяющейся частоты. Блок

3 включен между генератором 2 тактовых импульсов и программируемыми делителями частоты. Экспоненциальная зависимость изменения частоты f „ диктуется тем обстоятельством, что большинство электродвигателей для надежной отработки перемещений требуют обеспечения экспоненциального закона разгона-торможения, Функциональная схема блока экспоненциально изменяющейся частоты представлена на фиг.2.

Основными элементами схемы являются одновибратор 17 (К155АГЗ), включенный по схеме генератора частоты, .коммутатор 18 аналоговых сигналов (К561КП2), реверсивный счетчик 16 (К561Е11) и блок 15 управления.

Частота генерации одновибратора 17 определяется величиной емкости С и сопротивлением R подключенным к источнику питания через коммутатор

18 аналоговых сигналов. Сче.тчик 16 задает адрес канала коммутатора, подключаемого к выход коммутатора. Таким образом, резистор подключенный

) к источнику питания через коммутатор, определяет код на вьгходе счетчика 16, а следовательно, и частоту генерации одновибратора 17. Величины резисторов R ... R„„ рассчитываются таким образом, чтобы при их последовательном по-,клвчении к одновибратору последний вырабатывал частоты, изменяемые по экспоненциальному закону. При этом величина резистора К, рассчитывается на минимальную частоту f „„„, а К „„— на максимальнув f„, Блок 15 управления по сигналам Пуск и Тормоз пропускает частоту Х, пропорциональную времени разгона-торможения (времени изменения частоты от f„„. до

4 f H )братно д о чгастот управляет направлением счета реверсивного счетчика. В исходном состоянии на выходе блока 15 управления частота f., отсутствует, счетчик 16 сброшен в нулевое состояние, а следовательно, к источнику питания +5В через коммутатор t8 подключен резистор R . Вначале сигнал "Пуск"отсутст1 вует, а следовательно, генерация частоты одновибратором 17 запрещена.

50.

При поступлении сигнала Пуск" re31 нерация частоты одновибратором 17 разрешается и на выходе одновибратора появляется частота f Ä =f „. СигЬ1111 нал Пуск" поступает одновременно и

55 на блок 15 управления, который задает прямое направление счета реверсивного счетчика и начинает пропускать частоту f на счетный вход реверсив1458858 ного счетчика 16 (f ) . Счетчик 16 начинает считать импульсы fo и на

9 его выходе появляются коды 2, 2 з 71

2,..., 2, которые изменяют соответственно адресацию коммутатора 18.

При этом к резисторам Кт, Кэ, " -R. последовательно подключается источник питания +5В через коммутатор 18 и начинает изменяться частота генерации одновибратора 17 f „ . При достижении счетчиком 16 максимального значения счетных импульсов на выходе

Рв,„ счетчика вырабатывается сигнал, который поступает в блок 15 управления, где запрещается дальнейшее прохождение частоты и . На этом изменение частоты f89ð прекращается. Частота генерации устанавливается на мак= симальном ее значении в соответствии с величиной сопротивления Б „„ и емкости С. Этот установившийся режим работы продолжается до тех пор, пока не поступит сигнал "Тормоз", который, воздействуя на блок

15 управления, заставляет его изменять направление счета реверсивного счетчика 16 на обратный..При этом в блоке 15 управления разрешается прохождение частоты 1, кото" рая,поступая на счетный вход реверсивного счетчика 16, начинает изменять выходные коды последнего от

2 до 2 . Соответственно с этим из9 меняется адресация коммутатора 18 и к источнику питания +5В последовательно подключаются резисторы R

R „,,...,R; . При этом изменяется и частота генерации одновибратора 17

f „От f юО„ДО f е При Достижении реверсивным счетчиком нулевого значения, последний вырабатывает сигнал рьы 9 поступацй в блок 15 управления, где запрещается дальнейшее прохождение. частоты fo и счетчик 19 остается в положении "О", Заканчивается цикл работы блока экспоненциально изменяющейся частоты снятием сигнала "Пуск" и вся схема переходит в исходное состояние.

Блок экспоненциально изменяющейся частоты работает под управлением блока 1 управления, который вырабатывает сигналы "Пуск" и "Тормоз".

Сигнал "Пуск" переводит блок 3 в режим разгона частоты от некоторой минимальной величины до максимального значения по экспоненциальному закону. Минимальное значение частоты определяется характером испольэу емых исполнительных механизмов., а именно частотой трогания электродвигателей.

Максимальное значение частоты определяется граничной частотой программируемых делителей ч и 8 частоты (максимально возможной частотой, которую можно подавать на счетчики), Сигнал "Тормбз" переводит блок 3 в режим торможения частоты. При этом выходная частота блока 3 начинает уменьшаться от достигнутой (или мак15 симальной) величины до некоторого минимального значения по экспоненци альному закону.

Экспоненциально изменяющаяся частота блока 3 делится счетчиками 5,6, 20 и 9 в соответствии с формулами (1) и (2) и поступает с выхода счетчиков

6 и 9 через селектор 1ч каналов, управляемый от блока 1 управления на исполнительные механизмы (не показа25 ны) по линиям +Х, -Х, +У, -У также в виде экспоненциальной зависимости частоты от времени.

При m 2L < + K = m-?,pl

К = т.„/2, (3) При m « - 2L „„

45 где в — велич ина большего из заданных перемещения по одной из координат;

Lpl — величина разгона или торможения;

К вЂ” число, загружаемое в датчик торможения (счетчик 11).

Во время линейного интерполирования счетчик 11 считает число им50 пульсов, поступающих с выхода счетчика-9 и при достижении нуля вырабатывает сигнал, поступающий с выхода счетчика на блок 1 управления, сигнализируя о том, что необходимо

Счетчик 11 предназначен для оп-.

30 ределения момента начала торможения и является, фактически, датчиком торможения. Вход счетчика 11 подключен к выходу счетчика 9 и подсчитывает количество импульсов максимальной частоты унитарного кода, соответствующих величине .перемещения на максимальной скорости. Счетчик 11 считывает в режиме вычитания. Число, записываемое в счетчик 11, определяется по формулам

1458858 включить торможение исполнительных механизмов.

Система линейного интерполирования работает следующим образом.

В исходном состоянии блок 1 управления на третьем выходе вырабатывает сигнал, запрещающий работу счетчика

5 и через элемент ИЛИ работу счетчика 9. При этом деление частоты, поступающей с выхода блока 3, не

1 проводится и на выходах селектора каналов 14 частота отсутствует.

Блок 1 управления по программе или через внешние устройства (не показаны) получает задание на линейное интерполирование прямой в виде значений +X и +У. Далее блок управления сравнивает величины /X/ и /У/ и по информационным выходам загружает большее значение, равное m в счетчик 10, а меньшее, равное и в счетчик 7; — загружает коэффициент деления

K в соответствии с выражением (2) в счетчик 9 для получения максимальной частоты унитарного кода; — вычисляет коэффициент деления

К, в соответствии с выражением (1)

| и загружает число К в счетчик 5, а

m+1 число в счетчик 6 для получеп+1 ния второй частоты унитарного кода; — вычисляет значение датчика торможения в соответствии с выражением (3) и загружает результат в счетчик

11; — подключает выходы счетчиков 6 и 9 в соответствии со знаками Х и У к соответствующим выходам селектора каналов 14; — вырабатывает сигнал разрешения работы счетчика 5 и через элемент

ИЛИ 13 сигнал разрешения работы счетчика 9, которые начинают делить час- 45 тоту, поступающую с генератора 2 через блок 3 экспоненциально изменяющейся частоты; — вырабатывает импульсный сигнал

"Пуск", который переводит блок 3 в режим разгона и на выход блока 3 поступает частота, увеличивающаяся по экспоненциальному закону до некоторого максимального значения. Эта частота, проходя через делители (счетчики 5,6 и 9) и селектор 14-каналов, 55 поступает на выходные линии система интерполирования и далее на исполнительные механизмы (не показаны) также в виде экспоненциально изменяющейся (увеличивающейся) частоты, т.е, производит разгон исполнительных устройств, начиная с частоты трогания двигателей до номинальной частоты работы.

Далее вырабатывается обычный унитарный код, поступающий на выход системы интерполирования до тех пор, пока счетчик 11 не выдаст сигнал о начале торможения в блок управления.

Блок управления, получая этот сигнал, вырабатывает импульсный сигнал "Тормоз", который переводит блок 3 в режим торможения. При этом частота на выходе блока 3 начинает уменьшаться по экспоненциальному закону до минимального значения. Эта частота, проходя через дилители (счетчики 5,6 и

9) и селектор 14 каналов, поступает на выходные линии системы интерполирования и далее на исполнительные механизмы также в виде экспоненциально изменяющейся (уменьшающейся) частоты, т.е. производит торможение исполнительных устройств, начиная с номинальной частоты работы и кончая некоторой минимальной величиной— частотой трогания. Процесс выработки унитарного кода, соответствующего малым оборотам исполнительных устройств,, продолжается до тех пор, пока не обнулятся счетчики 7 и 10, работающие на вычитание. Сигнал с выхода счетчика 7 поступает на вход запрещения работы счетчика 6. Последний перестает делить поступающую на его вход частоту, и процесс выработки одной из частот унитарного кода прекращается. Сигнал с выхода счет чика 10 поступает через элемент

ИПИ 13 на вход запрещения работы счетчика 9, которнй перестает делить поступающую на его вход частоту, и процесс выработки второй частоты унитарного кода прекращается. Выходные сигналы счетчиков 7 и 10 поступают, кроме того, на блок 12 совпадения. и при наличии обоих сигналов на выходе блока 12 появляется сигнал "Конец интерполяции, поступающий в блок 1 управления. Получая этот сигнал,блок управления вырабатывает сигнал запрещения работы счетчика 5 и через элемент ИЛИ 13 работы счетчика 9. На этом процесс интерполирования заканчивается, и система ин145 терполирования переходит в исходное состояние.

Формула изобретения

Система цифровой линейной интерполяции, содержащая генератор тактовых импульсов, два программируемых делителя частоты, о т л и ч а ю— щ а я с я тем, что, с целью расширения области применения цифровых линейных иптерполяторов на устройства, имеющие инерционные элементы движущихся частей и требующие экспоненциального закона разгона торможения, в нее дополнительно введены блок управления, блок совпадения, селектор каналов, элемент ИЛИ, блок экспоненциально изменяющейся частоты и датчик торможения, первый программируемый делитель частоты выполнен на трех счетчиках импульсов, второй программируемый делитель частоты выполнен на двух счетчиках импульсов, датчик торможения выполнен на счетчике, первый вход блока экспоненциально изменяющейся частоты подключен к выходу генератора импульсов, второй и третий входы блока экспоненциально изменяющейся частоты-подключены соответственно к первому и второму выходу блока управления, третий выход которого подключен к первому входу элемента ИПИ и входу разрешения счета первого счетчика первого прог8858 1О раммируемого делителя частоты, выход которого подключен к счетному входу второго счетчика первого прог5 раммируемого делителя частоты, выход которого подключен к. первому входу селектора каналов и счетному входу третьего счетчика первого программируемого делителя частоты, выход ко1р торого подключен к входу разрешения счета второго счетчика первого программируемого делителя частоты и первому входу блока совпадения, выход которого подключен к первому входу

15 блока управления, второй вход которого соединен с выходом счетчика датчика торможения, вход которого, счетный вход второго счетчика, второго программируемого делителя частоты и рб второй вход селектора каналов соединены с выходом первого счетчика второго программируемого делителя частоты, вход разрешения счета которого соединен с выходом элемента ИЛИ, а

25 счетный вход и счетный вход первого счетчика первого программируемого делителя частоты соединены с выходом блока экспоненциально изменяющейся частоты, причем четвертый и пятый

gp выходы блока управления подключены к управляющим входам селектора каналов, а информационные выходы блока управления подключены к информационным входам счетчиков первого, второго

ЗБ программируемых делителей частоты и датчика торможения.

Тор

1458858

1458858

Редактор Л.Пчолинская

Заказ 369/52 Тираж 788 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по. изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Ь ХОО юка 5

8ыход р - га ff

Составитель И.Слинько

Техред М.Ходанич Корректор С.Шекмар