Цифровой генератор функций Советский патент 1984 года по МПК G06F1/02 

1 Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техник и предназначено для воспроизведения сложных функциональных зовисимостей в системах программного движения ро ботов-манипуляторов . Известен цифровой генератор функ ций, содержащий генератор опорной частоты, делитель частоты, счетчик аргумента, выходы которого подключены к входам коммутатора, выходы коммутатора подключены к первой группе входов блока логических элементов, который второй группой входов подключен к выходам делителя ча тоты, и реверсивный счетчик, входы управления которого соединены с выходами блока управления направление счета реверсивного счетчика, а выхо реверсивного счетчика является выхрдом генератора функций Г-Недостатком его является низкая точность воспроизведения, обусловленная кусочно-линейной аппроксимацией функций. Наиболее близким техническим решением к данному является цифровой генератор функций, содержаищй генератор импульсов, счетчик, подключен ньБ выходом к адрссному входу блока памяти, первый выход которого подкл чен к первому входу блока вычитания знаковый выход блока вычитания подключен к знаковому входу реверсивно го счетчика, счетный вход которого соединен с выходом делителя частоты .а выход счетчика - -с вторым входом блока вычитания и входом цифро-аналогового преобразователя, а также дешифратор и множитель, подключенный первым входом к выходу генератора импульсов и счетному пходу счетчика, установочный вход счетчика соединен с вторым выходом блока памяти, входом дешифратора и управляющим входом делителя частоты, вход которого подключен к выходу умножителя, второй вход умножителя подключен к информационному выходу блока вг,тчитания, информационный и та товый входы реверсивного счетчика подключены соответственно к первому выходу блока памяти и выходу деигифратора L 2J, Недостатком известного генератор функций является низкая функциональ ная возможность, так как он воспроизводит Функцию методом кусочной ап 262 проксимации тодько сплайнами степени, тогда как при решении ряда технических задач, например при управлении программным движением робота-манипулятора, требуется использование сплайнов более высоких степеней и различного вида (тригонометри ческие, логарифмические и т.п.). Цель изобретения - расширение класса генерируемых функций за счет кусочной аппроксимации сплайнами произвольного вида. Поставленная цель достигается тем что цифровой генератор функций, содержащий генератор импульсов, делитель частоты, первый счетчик, информационный выход которого подключен к первому адресному входу первого блока памяти, реверсивный счетчик и цифро-аналоговый преоиразователь, вход которого подключен к выходу реверсивного счетчика и является цифровым выходом генератора функций, а выход цифро-аналогового преобразователя является аналоговым В1;1ходом генератора функций, содержит второй счетчик, второй блок памяти и два элемента И, причем выход генератора импульсов подключен к информационному входу делителя частоты, выход делителя частоты подключен к входу первого счетчика и к первому входу первого элемента И, выход переполнения первого счетчика подключен к первому входу второго элемента Ник входу второго счетчика, выход второго счетчика подключен к адресному входу второго блока памяти, выход первого блока памяти подключен к второму входу первого элемента И, первый выход второго блока памяти подключен к второму адресному входу первого блока памяти, второй и третий выходы второго блока памяти подключены соответственно к информационному и управляющему входам реверсивного счетчика, четвертый выход второго блока памяти подключен к управляющему входу делителя.частоты, пятый выход второго блока памяти подключен к второму входу второго элемента И, выходы первого и второго элементов И подключены соответственно к счетному и тактовому входам реверсивного счетчика. На фиг. 1 показана функциональная схема цифрового генератора функций; на фиг. 2о,(5, 8 - временные диаграммы. поясняющие его работу; на фиг. 3 программа для воспроизведения одной из возможных генерируемых функций и ее график. Цифровой генератор функций содержит генератор импульсов 1, управляемый делитель частоты 2, счетчик 3, блок памяти 4, реверсивный счетчик 5, цифро-аналоговый преобразователь 6, счетчик 7, элементы И 8,9, блок памяти 10, цифровой выход 11, аналоговый выход 12. Цифровой генератор работает следующим образом. Выходной код I, счетчика 3 задает номер шага программы и одновременно является адресом для блока памяти 4, хранящего программу вычисления функции. На соответствующих выходах блока 4 присутствуют код К- коэффициента деления делителя 2, логический уровень (О или 1) Pi управления направлением счета реверсивного счет чика 5, код AT, предустановки реверсивного счетчика 5, код М, адресуе. мой из блока памяти 10 строки (номер выбранного сплайна), логический уровень ai управления предустановки реверсивного счетчика 5. I Импульсы программируемой частоты поступают на счетный вход счетчика 7, который последовательно адресует столбцы блока памяти 10 и вызывает на его выходе и, следовательно, на входе элемента И 8 функциональную последовательность нулей и единиц Л|ц(унитарный код) из строки под номером NT, (например. Si, см. фиг.) Уровень 1 или О на втором входе элемента И 8 соответственно разрешае или запрещает прохождение на выход элемента И 8 импульса, которым бьша обеспечена адресация этого уровня из блока памяти 10. На счетном входе реверсивного счетчика 5 формируется импульсная последовательность (фиг. 2Ь), соответствующая функциональной последовательности Зц. Таким образом на шаге i программы на выходах 11 и 12 устройства соответственно в циф ровом и аналоговом виде формируется функция , N N-i (см., например, фиг. 2а, при Р 1), у которой вид определен последовательностью S),|, возрастание или убывание yj)OBнем FT, , а временной интервал (длительность участка с номером i) частотой fn генератора импульсов 1, коэффициентом деления Ki делителя частоты 2 и числом столбцов с блока памяти 10 (см. фиг.З). После считывания последнего столбца счетчик 7 сбрасывается в нулевое состояние, и импульс с его выхода переполнения увеличивает на единицу код на выходе счетчика 3, переводя блок памяти 4 на новый щаг программы и вызывая из него значения N, R, Р, А, а, определяющие следуюш 1Й участок аппроксимирующей функции (фиг.З) и т.д. Если при переходе на шаг i вызывается уровень а- 1 , то он разрешает прохождение на выход элемента И 9 импульса, который сформировался на выходе переполнения счетчика 7 и обеспечил переход программы на шаг По переднему фронту импульса на входе разрешения предустановки реверсивного счетчика 5 последний предустанавливается в состояние A-t (фиг.З, . 8). При а- О предустановки не происходит и АЯ, может иметь произвольное значение (на фиг. 3 произвольные значения величин отмечены х). Таким образом, цифровой генератор воспроизводит функцию, кусочно-аппроксимирую1чую заданную (например, соответствующую перемещению исполнительного механизма манипулятора по одной координате). На каждом участке прибл1шение осуществляется сплайном базисной функцией), у которого вид (полиномиальный: тригонометрический, логарифмический и т.д.), возрастаниеубывание и коэффициент масштабирования по оси времени (длительность участка) задаются программно, причем сплайн может быть выбран любым из конечного множества сплайнов, заранее записанных в соответствующие строки блока памяти 10 и выбираемых в процессе воспроизведения по номеру строки М1(фиг.3). При выборе сплайна в процессе подготовки данных в качестве критерия точности приближения может быть использован как локальный (минимальный) , так и интегральный критерий, поэтому генератор способен воспроизводить функции, приближающиеся к заданньм либо по минимальному либо по интегральному критерию точности, либо с использованием их обоих на различных участках аппроксимации в соответствии с требованиями техно51логического процесса программного движения механизма, что расширяет функциональные возможности предлагаемого генератора. Таким образом, предлагаемый циф- ровой генератор функций воспроизводит ложную функцию с кусочной аппрок симацией ее сплайнами различного вид из конечного множества сплайнов, хранящегося в памяти генератора может изменять состав этого множества вводом в него на место ранее записанных 6 сплайнов новых, способных иметь практически любой вид, и следовательно, может использоваться как пробный многофункциональный генератор для определения семейства сплайнов, необходимых для воспроизведения функций управления перемещением исполнительного механизма манипулятора в конкретных условиях производства (например, для точечной сварки капота автомобиля или для процесса сборки агрегата).

ЦИФРОВОЙ ГЕНЕРАТОР ФУНКЦИЙ, содержащий генератор импульсов, делитель частоты, первый счетчик, информационный выход которого подключен к первому адресному входу первого блока памяти, реверсивный счетчик и цифро-аналоговый преобразователь, вход которого подключен к выходу реверсивного счетчика и является цифровым выходом генератора функций, а выход цифро-аналогового .преобразователя является аналоговым выходом генератора функций, отличаю щийс я тем что, с целью расширения класса генерируемых функций за счет кусочной аппроксимации сплайнами произвольного вида, он содержит второй счетчик, второй блок памяти и два элемента И, причем выход генератора импульсов подключен к информационному входу делителя частоты, выход делителя частоты подключен к входу первого счетчика и к первому входу первого элемента И, вьгход переполнения первого счетчика подключен к первому входу второго элемента И и к входу второго счетчика,выход вто-рого счетчика подключен к адресному входу второго блока памяти, выход первого блока памяти подключен к второму входу первого элемента И, первый выход второго блока памяти подключен к второму адресному входу первого блока памяти, второй и третий выходы второго блока памяти подключены соответственно к информационному и управляющему входам реверсивного счетчика, четвертый выход второго блока памяти подключен к управляющему входу делителя частоты, пятый выход второго блока памяти подключен к второму входу второго элемента И выходы первого и второго элементов И подключены соответственно к счетному и тактовому О5 входам реверсивного счетчика.

i,:D

0000t000000f000t000tOOt01Jf f Iff V r 111 t fOfOr00r0000f0000000000000

П

n

код, / ал/мжен(/е

П n n nnnnn t