Линейно-круговой интерполятор Советский патент 1986 года по МПК G05B19/4103 

1

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

Цель изобретения - повьппение 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 вьшолнения 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, умно- хдатели 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 13 и 14 соответственно 29-30, 31-33 входы и 34-37 выходы блока переключения, вход 38 и выходы 39-44 блока тактирования.

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 вычисленийJ выходные шины 39-44 под15090 2

ключаются к соответствующим блокам интерполятора (см. фиг. 1).

Блок линейной интерполяции 22 содержит RS-триггер 54, элемент за- 5 держки 53, элементы И 56, 57, регистры 58, 59, входы 60, 6 и 62 блока, выходы 63, 64 блока линейной интерполяции. Связи блока линейной интерполяции обеспечивают линейную интер10 поляцию по методу оценочной .функции вдоль прямой, задаваемой точками с координатами Х,, У и О, О, где Х, и УК - координаты, получаемые с выхода сумматоров 7 и 8, по направлению

)5 к точке с координатами 0,0.

Блок переключения 24 содержит также элементы И 65, 66, элементы ИЛИ 67, 68, а блок линейной интерпо- ляции 22 - блоки элементов И 69 и

20 70 и сумматор-накопитель 71.

На фиг. 1 обозначено: выход 72 сумматора-накопителя 23 и выход 73 генератора импульсов.

Блоки элементов И интерполятора

25 содержат m двухвходовьпс элементов И, где m - разрядность блока. Выходы элементов И образуют выходную шину блока, первые входы - первую входную шину, вторые входы - вторую

30 входнзпо шину.

Устройство работает следующим образом.

В регистрах 1 и 2 в исходном состоянии устанавливаются координаты

35 начальной точки Х, У дуги при

круговой интерполяции либо величины перемещения по осям Xg, У на участке отработки при линейной интерполяции. В процессе круговой интерполя40 ции 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 производит45 ся умножение содержимого регистров 1 и 2 на величину шага интерполяции по контуру Н, Величина шага Н определяется заданной скоростью подачи и длительностью цикла вычислений t ,

50 т,е, Н V« & , причем const. Если регистры 1 и 2 имеют m разрядов каждый, а для величины шага Н предусмотрено К разрядов, то разрядность произведения составит (т + к).

55 В регистрах 3 и 4 размещаются суммы содержимого соответствующего умножителя 11 и 12 и m младших разрядов делимого делителей 13 и 14, суммирование 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 - разрядное частное размещается в выходном регистре делителя 13 (или 14), а m - разрядный остаток сохраняется в регистре делимого. Блоки элементов И 15 и 16 служат дпя передачи содержимого m младших разрядов делимого делителей 13 и 14 на сумматоры 7 и 8. В регистрах 5 и 6 хранятся величины приращений координат 4 X и U 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 интерполятора по оси у по щине 36; выход регистра 6 подключен на выход сумматора 7 по шине 34 и на выход интерполятора по оси X по шине 35. В режиме линейной интерполяции выход регистра 5 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. Указанныев элементы обеспечивают расчет и вьщачу приращений координат на методу ЦДЛ 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. Лрин цип 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 регистры которого поступают координаты начальной точки движения с сумматоров 7 и 8, Коммутатор 21 разрешает про215090

хождение импульсов от генератора 20 для ведения линейной интерполяхщн. С выхода 63 блока линейной интерполяции 22 по координате X импульсы

5 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

10 координаты X с содержимым сумматора- накопителя 23, в котором хранится значение оценочной функции для окружности. Аналогичные действия происходят при расчете координаты

15 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,

I

Режим линейной интерполяции. В этом режиме в регистры 1 и 2 вводятся величины Xj и У перемещений по осям на участке интерполяции , в умножителях И и 12 устанавливается множитель Н, в делителях 13 и 14 - делитель 1 (длина участка интерполяции), в регистрах 3 и 4 - нули, в блок переключения 24 задает35 ся по входу 33 команда Линейная интерполяция. На каждый сигнал цикла по входу 38 блок 19 вырабатьгаает 6 тактов. Первый такт по линии 39 разрешает запись содержимого регистра 1

40 во входной регистр умножителя 1I, вслед за чем производится умножение величины Х{ на Н, Второй такт по линии 40 разрешает передачу содержимого ш младших разрядов делимого дели45 теля 3 через блок элементов И 15 на сумматор 9 и запись суммы в регистр 3, Третий такт по линия 41 разрешает запись содержимого регистра 3 в регистр делимого делителя 13, вслед

50 за чем осуществляется операция деления и запись результата деления.в регистр 5, Ан огичные действия при прохождении первых трех тактовых сигналов производятся во втором коордя55 натном канале. Четвертый и пятый такты в этом режиме действий не производят, шестой такт по линии 44 разрешает передачу содержимого регист30

ров 5 и 6 на выходные шины 35 и 36 соответственно. В режиме линейной интерполяции коммутатор 2 закрыт.

Режим круговой интерполяции. В этом режиме в регистрах 1 и 2 устанавливаются величины Х, У,, - координаты начальной точки дуги, в умножителях 11, 12 - величина шага интерполяции Н по , в делителях 13 и 14 радиус дуги окружности R. Операции, производимые тактами , остаются прежними, дак и в режиме линейной интерполяции. Четвертый такт по линии 29 разрешает передачу 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- ключения 24 на шину 34 и суммирование с содержимым регистра 1 через сумматор 7. При этом вьтолняются операции У,-, У; ±ЛУ; ; Х-, Х,.± ЛХ; В четвертом такте также производит- ся запись координат начальной точки интерполяции в регистры блока линейной интерполяции 22 по линиям 61 и 62. В пятом такте открьгоается коммутатор 21 и разрешается прохождение импульсов генератора 20 через коммутатор 2I 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 приращений по ЦДА методу в сумматор-накопитель добавляется величина Н . В процессе линейной интерполяции одиночными шагами при шаге по оси X уменьшается на единицу содержимое регистра 1, регистра 5 и изменяется на величину -(2 X +1) содержимое сумматора на- копителя 23, При шаге по оси Y З еньшается на единицу содержимое регистра 2, регистра 6 и изменяется на величийу -(2 + 1) содержимое сумматора-накопителя. При переполнении сумматора-накопителя 23 возни- кает сигнал, закрывакяций ключ по линии 72, интерполяция прекращается, На вход блока переключения в режиме круговой интерполяции по линии 31 подается сигнал Круговая интерполя- ция, поэтому шестой такт по линии 44 разрешает передачу содержимого- регистра 5 через блок переключения

24 на выходную шину , а содержимого регистра 6 - на выходную шину 35.

В интерполяторе реализуются следующие вычисления.

В режиме линейной интерполяции:

&X,(x,.H.R,.j,

.,- Xi.e,

uY;.(j-H.R,.;,,.Yg.H.fi. -iY.g

где ent - целая часть выражения;

R. - остатки i-ro шага вычисления .

В режиме круговой интерполяции по методу ЦДА. с многоразрядными приращениями:

,

.,tH.X; I R

. ./H X;- ; R,

Х;,, Х;±йХ;,

u,.

После ЦДА вычислений изменяется значение оценочной функции (J; для окружности (первоначально И 0)

Uu,uпн

При шаговой линейной интерполяции оценочная функция имеет вид

V, Y-Y -Х

Ul .1 1 + 1

Если V « О, то делается шаг по оси Y , причем

- V Vu,XiM ,

U-UU,-(ZY+.),

Y-Y - i,

Если V О, то делается шаг по оси X , причем

V V. -Y

HI + 1 )

U-llu,), X- X - ( .

71215090 .8

Пошаговая интерполяция прекращается, чия или отсутствия импульса перепол- когда и i О, после чего принимается нения с сумматора-накопителя 71 на

предьщущем цикле.

Хи,

YU, V,

,-/; .-j/.

где i, j - число шагов линейной интерполяции по осям X и Y соответственно.

На фиг. 2 приведена схема блока тактирования 19. В исходном состоянии триггер управления 49 находится в состоянии О, 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. 1) после расчета многоразрядных приращений по ЦДА методу. Аналогично по шине 62 загружается регистр 59 начальньм значением координаты Y . В сумматоре-накопителе 71 содержится значение линейной оценочной функции V . Первоначально Y О, триггер 54 находится в О. Первый, импульс, пришедший по линии 60, проходит через открытый элемент И 56 на линию 63 (шаг по оси Х) и открьгоает блок элементов И 69; при этом в сумматор-накопитель .71 передается содержимое регистра 58. Через элемент задержки 55 триггер 54 устанавливается в I, Если в сумматоре-накопителе переполнения нет, то триггер 54 остается в I 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 налиНа фиг. 4 приведена схема блока переключения. В режиме круговой интерполяции на линии 29 присутствует 1 (Круговая интерполяция). При

поступлении четвертого такта по ли- НИИ 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 JiJIH. 68 подключается к выходной шине 36, а шина 30 через блок элементов И 46 и элемент ИЛИ 67- к выходной шине 35.

20

Формула изобре-тения

I. 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 коордгнат- ных каналов., вторые входы которых

подключены к выходу первого регистра своего канала, вторые входы первых регистров соединены с первым входом блока переключения и с первым выходом блока тактирования, второй выход которого соединен с вторьтм входом делителя в каяадом канале, третий выход - с вторым входом второго регистра и вторым входом блока 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 интерполяции по контуру дуги, введены сумматор-накопитель, последовательно соединенные генератор, коммутатор и блок линейной интерполяции и в каждый координатный канал - второй блок элементов И и третий регистр, выход которого соединен с соответствующим входом блока переключения, первый вход регистра 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 соответстйующему входу сумматора-накопителя, подключенного выходом к второму входу коммутатора, третий вход которого подключен к пятому выходу блока тактирования, шестой 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 являются выходами линейно-кругового интерполятора, вторые входы блока линейной интерполяции соединены с выходом первого сумматора каждого координатного канала.

2.Интерполятор по п, 1, о т л и- чающийся тем, что блок тактирования содержит RS-триггер и последовательно соединенные генератор импульсов, элемент И, счетчик импульсов.и дешифратор, выходы которого подключены к выходам блока тактирования, прямой выход RS-триг- гера соединен с вторым входом элемента И, 5 -вход подключен к установочному входу блока тактирования, а R- вход - к Н-входу счетчика и к выходу последнего разряда дешифратора.

3.Интерполятор по п. 1, о т л и- чающийся тем, что блок линейной интерполяции содержит первый регистр, элемент задержки, первый элемент И и последовательно соединенные второй регистр, цервый блок элементов И, сумматор-накопитель, RS- триггер, второй элемент И и второй 5 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 вто- 10 рого элементов И, а через элемент задержки к S - входу RS-триггера, прямой выход которого соединен с вторым входом первого элемента И, подсоединенного выходом к второму fS входу первого блока элементов И и к соответствующему выходу блока линейной интерполяции.

4. Интерполятор по п. 1, о т л и0 чающийся тем, что блок переключения содержит шесть элементов И и два элемента ИЛИ, вьпсоды 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 которсЯ о соединен

0 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 второ5 му 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

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

Фиг.з

ЛИ КЯ

ФигЛ

Фиг. 5

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 одиноч- ными шагами из этой точки к центру окружности. 3 з.п. ф-лы, 5 Ш1 (Л 01 о

Редактор Л, Веселовская

Заказ 905/55Тираж 837 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д. А/5

Филиал ППП Патент, г. Ужгородj ул. Проектная, 4

Составитель И. Швец

Техред А.Бабинец Корректор С. Черни