Круговой интерполятор Советский патент 1987 года по МПК G05B19/18 G05B19/4103 

пителя 11 и 14, два блока элементов И 5 и 6, два регистра 7 и 9 координат конечной точки, пять блоков сравнения 4, 8, 10, 13 и 15, элемент И 12 и блок 16 вывода приращений по координатам. Третий блок сравнения 4 определяет, какое из текущих значений координат больше, четвертый и пятый блоки сравнения 13 и 15 - содержимое первого сумматора-накопителя 11 (модуль функции и) больше или нет значения радиуса дуги окружности R, находящегося во втором сумматоре-нако-. пителе 14. Блок 1 определения шага 1 по комбинации сигналов с третьего, четвертого, пятого блоков сравнения

1

Изобретение относится к технике автоматизированного управления производственными процессами и может быть использовано в системах числового прграммного управления станками.

Цель изобретения - повьшзение быстродействия и точности интерполятора.

На фиг. 1 приведена функциональна схема кругового интерполятора; на фиг. 2 - схема, блока определения шаг на фиг. 3 - схема блока вывода координат; на фиг. 4 - пример аппроксимации дуги окружности радиуса .

Интерполятор содержит блок 1 опре деления шага, реверсивные счетчики 2, 3, третий блок 4 сравнения,блоки 5, 6 элементов И, регистр 7 координат конечной точки, блок 8 сравнения регистр 9 координат конечной точки, блок 10 сравнения, первый сумматор- накопитель 11, элемент И 12, четвертый блок 13 сравнения, второй сумматор-накопитель 14, пятый блок 15 сравнения, блок 16 вьшода прираще- НИИ по координатам.

Блок 1 содержит элементы И 17-22, элементы ИЛИ 23-26.

Блок 16 содержит RS-триггера 27, 28, элементы И 29-32.

Интерполятор работает следующим образом., .

При движении по часовой стрелке в первом квадранте предварительно до образования приращений по коорди4, 13, 15 и знаковому сигналу с первого сумматора-накопителя 11.выдает приращения на каждом тактовом импульсе или по одной координате, или по обеим - диагональный шаг, а также .осуществляет перенос слагаемых в со- ответствии с алгоритмом работы в первый сумматор-накопитель 11 из реверсивных счетчиков 2, 3, где хранятся текущие значения координат, и изменяет содержимое последних на +1. При равенстве текущих значений координат конечным, что определяется первым и вторым блоками сравнения 8 и 10, интерполяция заканчивается. 1 з.п. ф-лы 4 ил.

натам вычисляется новое значение функции и , равное:

. и и + 2Х i + 1, если X , Yj ; и и - 2Yj + 1, если X j Yj .

При значении модуля функции u меньше значения радиуса дуги окружности R(/U / Ю делается шаг по координате, текущее значение которой меньше. При значении модуля функции и больше или равного значению радиуса R(/U /S R) делается диагональный шаг с одновременным вычислением следующего значения функции U , равного

и и -2Yj + 1, если X; 6 Yj ; и и +2Х; + 1, если Х; YJ,

После каждого шага по координате происходит изменение ее текущего значения на ±1 . При равенстве .т. координат конечным вычисления заканчиваются.

Из приведенного видно, что для вычисления последующего значения функции и в п+1-разрядный сумматор-накопитель 11, где хранится текущее значение функции, необходимо добавлять либо прямой код числа 2Xj+t, либо дополнительный код числа 2Y:-1. В U- разрядных реверсивных счетчиках 2,3 находятся текущие значения Х и Y; соответственно. Если делается диагональный шаг или шаг по оси X, то прямой код из реверсивного счетчика 2 подается со сдвигом на один разряд в сторону старшего в сумматор-накопитель 11 и прибавляется 1 в его первый разряд. Следовательно, в сумматор-накопитель 11 подается прямой код числа 2Х;+1.

При диагональном шаге или шаге по оси Y в сумматор-накопитель 11 необходимо подать число, равное - -(2Y-1) - это дополнительный код числа 2Y-1.

-(2Y-1)(Y-1)+1,

где выражение, стоящее в квадратных скобках, равно обратному коду содержимого реверсивного счетчика 3, предварительно уменьшенного на 1. Координата Y при движении по часовой стрелке уменьшается, реверсивный счетчик 3 работает на вычитание и из координаты начальной точки Y вычитается 1 перед началом отработки. Если обратный код из реверсивного счетчика 3 передавать со сдвигом на один разряд в сторону старшего в сумматор-накопитель 11 и прибавлять 1 в его первый разряд, то в сумматор- накопитель 11 подается дополнительный код числа 2Y-1.

При движении против часовой стрелки в первом квадранте до образования приращени по координатам новое значение функции U щим образом:

вычисляется следуюи + 2Х; - 1, если Х; Y:

и

и - 2Y; 1, если X ; Y .

В случае /U / : R делается шаг по координате, текущее значение которой меньше. При /U / R делается диагональный шаг с вычислением следующего значения функции 1) :

и и - 2YJ-1, и и + 2Х;-1,

если X; 6 Y; если X ; Y;

Следовательно, для вычисления последующего значения функции U в сумматор-накопитель 11 необходимо добавлять либо прямой код числа 2Х-,-1, либо дополнительный код числа 2Y:+1. Координата X при движении против часовой стрелки уменьшается, реверсивный счетчик 2 работает на вычитание.

и из координаты начальной точки Х вычитается 1 перед началом отработки.

При диагональном шаге или по оси X прямой код из реверсивного счетчика 2 подается со сдвигом на один разряд в сторону старшего в сумматор- накопитель 11 и прибавляется 1 в его первый разряд. Следовательно, в сумматор-накопитель 11 подается прямой код необходимого числа:

2(Х;-1)+1 2Х; -1.

При диагональном шаге или шаге по оси Y обратный код из реверсивного счетчика 3, равный 2 -1-Yj , подается со сдвигом на один разряд в сторону старшего в сумматор-накопитель 11 и прибавляется 1 в его первый разряд: ,

2(2 -1-Y;) + 1 2 -(2Yj+1),

что является дополнительньт кодом необходимого числа 2Y-+1.

25 Из приведенного описания видно,что стратегия вычислений, структура,связи состав предлагаемого кругового интерполятора сохраняются без изменений при движении как по часовой, так и

30 против часовой стрелки. При шаге по оси X или диагональном шаге иа реверсивного счетчика 2 через блок 5 передается удвоенный прямой код в сумматор-накопитель 11 и добавляется

35 1 на его вход, после чего изменяется текущее значение X в реверсивном счетчике 2 на +1 в зависимости от направления движения. При шаге по оси Y или диагональном шаге из ревер40 сивного счетчика 3 через блок 6 передается удвоенный обратный код в сумматор-накопитель 11 и добавляется

1 на его вход после чего изменяется текущее значение Y;

j

5

0

5

в реверсивном счетчике 3 на ±1.

Перед началом отработки дуги окружности в реверсивные счетчики 2 и 3 вводятся значения координат начальной точки Хд и Y(, соответственно, а в регистры 7 и 9 - значения координат конечной точки Y,. На установочные входы блока 16 вьгаода координат подается 1 при наличии команд движения в отрицательном направлении -X и -Y соответственно. В сумматор-накопитель 14 заносится прямой код радиуса дуги окружности. Сумматор-накопитель 1А необходим для получения дополнительного кода радиуса путем прибав10

15

., и Yj из реверсивных 2 и 3. С выхода блока 4

20

ления 1 к обратному коду. С первого выхода сумматора-накопителя 14 на второй вход блока. 13 сравнения подается прямо й код радиуса, а с второго выхода на второй вход блока 15 сравнения подается дополнительный код радиуса. Сумматор-накопитель 14 можно заменить двумя регистрами, причем в первый заносить прямой код радиуса, а во второй - дополнительный. Использование регистров вместо сумматора приводит к усложнению подготовки кодированной программы, в которой необходимо иметь помимо прямого кода радиуса еще и дополнительный. На первый и второй входы блока 4 подаются для сравнения прямые коды текупщх координат X; и Y; из счетчиков

через шестой вход блока 1 на прямые входы элементов 18, 20 и инверсные входы элементов 19, 21 подается положительный потенциал при X; Y- и нулевой - при Х i Очередной сигнал 25 из тактовой последовательности синхронизации fj , поступающий на первый вход блока 1, появляется либо на третьем выходе блока 1, проходя через элементы И 19 и ИЛИ 25, если X,- YJ, Q либо на четвертом выходе блока 1,проходя через элементы И 20 и ИЛИ 26,

если X; Y . Сигнал с третьего выхода блока 1 подается на блок 5, осуществляет перенос удвоенного прямого. gg кода из реверсивного счетчика 2 в сумматор-накопитель 11 и поступает на его первьй разряд, добавляя 1. В сумматоре-накопителе 11 образуется новое значение функции U, равное либо 40 и и + 2Х;+1 при движении по часовой стрелке, либо U U при движении против часовой стрелки.

Сигнал с четвертого выхода блока 1

подается на блок 6, осуществляя пере- 45 Р /U/ R и отрицательном значении функции и этот же импульс проходит еще через элементы И 17 и ИЛИ 23, появляется на первом выходе блока 1 как шаг по оси X, а также проходит 50 через элемент ИЛИ 25, появляется на третьем выходе блока 1, осуществляя перенос числа из реверсивного счетчика 2 через блок 5 в сумматор-накопитель 11 в соответствии с алгоритмом 55 работы.

, Приведенное построение блока 1 возможно потому, что при X J Yj положительные значения функции U никогда не превышают значения радиуса R и

нос удвоенного обратного кода из реверсивного счетчика 3 в сумматор-накопитель 11 и поступает на его первый разряд, добавляя 1. В сумматоре-накопителе . 1 1 образуется новое значение функции U: либо u U - 2Y: М при движении по часовой стрелке, либо и и -2Yj-1 при движении против часовой стрелки.

Выход сумматора-накопителя 11 подается на объединенные первые входы блоков 13, 15, в которых происходит сравнение по величине модуля функции и и радиуса К. При отрицательном зна

5

0

5 Q

g

чении функции U правильный результат сравнения присутствует на выходе блока 15, где происходит сравнение дополнительных кодов, а на знаковом выходе сумматора-накопителя 11 - положительный потенциал. При,положительном значении функции U правильный результат сравнения - на выходе блока 13, где сравниваются прямые коды, а на знаковом выходе сумматора-накопителя 11 нулевой потенциал. Знаковый выход сумматора-накопителя 11 соединен через пятый вход блока 1 с первым прямым входом элемента И 17 и с первым : инверсным входом элемента И 22. Выход блока 15, на котором при /U/ R положительный потенциал, а при /U/ R- нулевой, соединен с первым инверсным входом элемента И 17 выход блока 13, на котором при U R положительный потенциал, а при U 5 R - нулевой, соединен с вторь инверсным входом элемента 22. При X; Yj очередной импульс из рабочей тактовой последовательности fр, поступающий на вторые входы элементов 18, 21 через второй вход блока 1, проходит через элементы 21, 23, появляется на первом выходе блока 1 как шаг по оси X, а при U Ь R и положительном значении функции U этот же импульс проходит еще через элементы И 23 и ИЛИ 24, появляется на втором выходе блока 1 как шаг по оси и, а также проходит через элемент ИЛИ 26 и появляется на четвертом выходе блока 1, осуществляя перенос числа из реверсивного счетчика 3 через блок 6 в сумматор-накопитель 11 в соответствии с алгоритмом. При X; Yj очередной импульс .из тактовой последовательности fp проходит через элементы И 18 и ИЛИ 24, появляется на втором выходе блока 1 как щаг по оси

713

элемент И 21 закрыт, а при X; У; отрицательные значения функции U никогда не превышают значения R и. элег- мент И 18 закрыт.

Сигналы из последоватетельности f опережают сигналы из последовательности fp на время, равное времени образования в сумматоре-накопителе 11 нового значения функции U при пере- носе слагаемого из реверсивного счетчика 2 или 3 плюс время установления результата сравнения на выходе блоков 13 или 15 сравнения. Сигнал с первого выхода блока 1 - шаг по оси X - поступает на вход реверсивного счетчика 2, изменяя его состояние на ±1 (+1. при движении по часовой стрелке; -1 при движении против часовой стрелки), и на объединенные вхо- ды элементов И 29, 30 через первый вход блока 16. При наличии команды -Х триггер 27 установлен в единич- ное состояние по S-входу и сигналы, соответствующие приращению по оси X, проходят через элемент И 29 на выход устройства движения по оси X в отрицательном направлении. При движении в положительном направлении триггер 27 сбрасывается по R-входу в нулевое состояние и сигналы проходят через элемент И 30 на выход устройства.

Сигнал с второго выхода блока 1 - шаг по оси Y - поступает на вход реверсивного счетчика 3, изменяя его состояние на ±1 (+1 при движении против часовой стрелки; -1 при движении по часовой стрелке) и на объединенные входы элементов 31, 32 через второй вход блока 16. При наличии команды -Y триггер 28 устанавли1в;а.ется в единичное состояние nip S-вхЬду и сигналы координатного приращения по оси Y проходят через, элементен 31 на выход устройства движени по оси Y в отрицательном направлении. При. движении в положительном направлении триггер 27 сбрасывается по R-входу в нулевое состояние и сигналы проходят через элемент И 32 на выход уст- ройства.

При равенстве координат Х Хц на выходе блока 8 сравнения появляется положительный потенциал, а при Yj Y| положительный потенциал появляется на выходе блока 10 сравнения. В момент собпадения положительных потенциалов на входах элемента И 12 интерполяция заканчивается.

8

п с n 5 о

g

5

0

В предлагаемом устройстве методическая погрешность аппроксимации дуги окружности снижена до 0,5 шага интерполяции, а аппаратная реализация интерполятора значительно проще известных, -позволяющих получить сравнимую точность. Диагональные шаги сокращают -общее количество тактовых сигналов из последовательности f., что увеличивает быстродействие интерполятора. Введение тактовой последовательности синхронизации f для промежуточного вычисления функции U не снижает быстродействия устройства, так как время между сигналами из последовательности fс и fp значительно мень- . ше минимального периода частоты fp, соответствующего максимальным подачам станков с ЧПУ.

Интерполятор целесообразно использовать в устройствах с числовым программным управлением, где требуется высокая точность и большое быстродействие при обработке круговых участков.

Формула изобретения

1. Круговой интерполятор, содержащий первьй сумматор-накопитель,элемент И, блок вывода приращений по координатам и координатные каналы, каждьй из которых содержит реверсивный счетчик, блок элементов И, регистр координаты конечной точки и блок сравнения, который первым входом соединен с выходом регистра координаты конечной точки, вторым вхо- лом - с прямым выходом реверсивного счетчика, а выходом - с входом элемента И, выход которого является первым выходом устройства, первый вход первого сумматора-накопителя соединен с выходом первого блока элемен-1 тов И, первый вход которого соединен с прямым выходом реверсивного счетчика первого координатного канала, а второй вход первого сумматора-накопителя - с выходом второго блока элементов И, первый вход которого соединен с инверсным выходом реверсивного счетчика второго координатного канала установочные входы блока вывода приращений по координатам, реверсивного счетчика и регистра координаты конечной точки каждого координатного канала соединены с входами устройства, а выходы блока вывода приращений по координатам - с выходами

у13

устройства, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия и точности интерполятора, в него введены блок определения шага, второй сумматор-накопитель и третий, четвертый, пятый блоки сравнения,причем выход первого сумматора-накопителя соединен с первыми входами четвертого и пятого блоков сравнения, вторые входы которых соединены соответственно с первым и вторым выходами второго сумматора-накопителя,первый и второй входы блока определения шага являются входами устройства выходы четвертого и пятого блоков сравнения соединены с третьим и четвертым входами блока определения шага, пятый вход которого соединен со знаковым выходом первого сумматора- накопителя, первый и второй выходы блока определения шага соединены соответственно с входами первого и второго реверсивных счетчиков и первым, вторым входами блока определения вывода координат, шестой вход блока определения шага соединен с выходом третьего блока сравр}ения, первый и второй входы которого соединены соот- вЬтственно с прямыми выходами первого и второго реверсивных счетчиков, вто- .рые входы первого и второго блоков элементов И соединены соответственно с третьим и четвертым входами первого сумматора-накопителя и третьим, четвертым выходами блока определения шага..

2. Интерполятор non.l, отличающийся тем, что блок опре

деления шага содержит шесть элементов И и четыре элемента ИЛИ, причем

Q 5

0

5

5

0

110 .

инверсные входы третьего и пятого элементов И и первые прямые входы второго и четвертого элементов И соединены с шестым входом блока определения шага, второй прямой вход второго и прямой вход пятого элементов И соединены с вторым входом блока определения шага, прямой вход третьего и второй гфямой вход четвертого элементов И соединены с первым вхо- лом блока определения шага, первый прямой вход первого элемента И и первый инверсный вход шестого элемента И соединены с пятым входом блока определения шага, инверсный вход первого и второй инверсный вход шестого элементов И соединены соответственно с четвертым и третьим входами блока определения шага, выход второго элемента И соединен с вторым прямым входом первого элемента И и первым входом третьего элемента ИЛИ,второй вход которого соединен с первым входом четвертого элемента 1-ШИи выходом шестого элемента И, выход пятого элемента И соединен с прямым входом шестого элемента И и первым входом второго элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с первым входом первого элемента ИЛИ и выходом первого элемента И, вторые входы первого и четвертого элементов liTH соединены с выходом соответственно третьего и четвертого элементов И, выходы первого и четвертого элементов ИЛИ соединены соответственно с третьим и четвертым выходами блока определения шага, первый и второй выходы которого соединены с выходами соответственно второго и третьего.элементов ИЛИ.

4f

/7

25

ip

Изобретение может быть использовано в системах числового программного управления, а также в устройствах отображения графической информации на дисплеях или графопостроителях. Цель изобретения - повьшение быстродействия и точности интерполятора. Интерполятор содержит блок 1 определения шага, два реверсивных счетчика 2 и 3, два сумматора-нако(Л о: ел ГС 4ib CD

20

21

фие.2

cpue.3

29

Редактор М. Циткина

Составитель А. Исправникова

Техред.А.Кравчук Корректор Г, Решетник

Заказ 5565/47Тираж 863Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

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