Круговой интерполятор Советский патент 1990 года по МПК G05B19/4103 

,.

- U,.+ (-21;+ 1)v(2K.+ 1) + П + (-21,-+ 1)v( 1) при U- -9 0при U- 0при U|41 О при U ь, 0

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для управления станками с числовым программным управлением, особенно высокоточными токарными станками с ценой деления менее 0,1 мкм. Цель изобретения - повышение точности и быстродействия интерполятора. Для этого необходимо интерполировать дугу окружности за счет сглаживания аппроксимирующего контура. Это обеспечивается тем, что в известное устройство, состоящее из блока 1 ввода и управления, регистров-счетчиков 2, 3, первого блока элементов И-ИЛИ 4, триггера 12 со счетным входом, первого сумматора 8, первого регистра 10, Д-триггера 16, первого и второго элементов И 18, 19, первого элемента НЕ 25, первого элемента ИЛИ 31, блока 33 двухканального привода, дополнительно вводятся второй, третий и четвертый блоки элементов И-ИЛИ 5, 6, 7, второй регистр 11, второй комбинационный сумматор 9, двухвходовые элементы И-ИЛИ 13, 14, 15, элемент 2И-ИЛИ-НЕ 17, с третьего по седьмой элементы И 20-24, первый и второй селекторы 29, 30. 6 ил.

где

Г при Sign U-coSign U;., при Sign и,-,

/1х 1; ду 1 при Sign U,- Z, Sign U;+ Gal; 1; dK; 1); 4x 2 при ( Sign U. to Sign Uit, )A(Sign U;,, 0) (Л1 ; 2), Л У 2 при (Sign U; Sign U; + 1 )A(Sign U;,, 0)(ДК, 2).

Значение оценочной функции U- выбирается из регистра 10 в нечетные такты и из регистра 11 в четные так- ты, вырабатываемые блоком 1 ввода и управления. Значение оценочной функции, соответствующее первому шагу интерполяции

U(Vl U.+(-2Ij +1)V(2Kj+1)+n

вычисляется на комбинационном сумматоре 8 в нечетном такте и на сумматоре 9 в четном. Функции младшего разряда сумматора выполняет триггер 12 со счетным входом. При этом вычислении значения (Ь+( с триггера 12 через элемент ИЛИ 31 для нечетных тактов, через элемент 32 для четных тактов поступает сигнал логического нуля, что обеспечивает возможность суммирования поправки П. С помощью поправки производится компенсация- погрешности вычисления в предыдущем такте. Эта погрешность возникает при двойных ходах по одной из координат вследствие того, что текущий параметр 1; или К. не изменяется после вычисления U,-+t .

Значение оценочной функции

U,4 U,4,+(-2l.+1)v(2Ki.+1)

вычисляется в нечетные такты на сумматоре 9 и в четные на сумматоре 8, и результат соответственно записы- вается в регистры 11 или 10 по сигналам с выхода элементов И 22 и 19.

Знак оценочной функции Sign U фиксируется триггером 16 по заднему фронту импульса Такт, поступающе- му от блока 1 ввода и управления на вход управления записью триггера 16, производится запись знака U,-tl , значение которого используется как

10

При этом на блок 33 привода выдается информация

5

0

0

5

0

5

5

0

Sign U( для следующего вычислительного такта.

Знак оценочной функции U;41 вырабатывается элементом И-ИЛИ 13, который передает на вход триггера 16 значение знакового разряда сумматора 8 в нечетные ходы и знака сумматора 9 в четные ходы.

С помощью элемента И-ИЛИ k и инвертора 25 в нечетные такты знак U, с выхода триггера 16 передается на управляющие входы первой группы элементов И-ИЛИ k. При этом если 1Ь О, то на входы сумматора 8 через группу элементов И-ИЛИ k передается содержимое счетчика 2, т.е. (-21), а при U. с 0 содержимое счетчика 3.

Аналогично осуществляется передача на входы сумматора 9 в нечетные ходы содержимого счетчиков 2 и 3 через блоки элементов И-ИЛИ 5 в зависимости от знака U( , сигнал которого с выхода элемента 13 (первый элемент И-ИЛИ) через элементы 15 (третий элемент И-ИЛИ) и элемент НЕ 26 (второй элемент НЕ) управляет вторым блоком элементов И-ИЛИ 5. При четных ходах на вход элемента I подается сигнал о знаке U,, с выхода элемента И-ИЛИ 13, а на выход элемента И-ИЛИ 15 соответственно знак U с выхода триггера 16.

С помощью третьего и четвертого элементов НЕ 27 и 28 и элемента 2И-ИЛИ-НЕ 17 определяется равнозначность знаков оценочной функции (Sign Uj oo Sign U ,-.,.,) или их неравнозначность (Sign Q Со Sign ).

Если знаки равнозначны и положительны, то с помощью элемента И 23 формируется команда Двойной ход по координате если знаки равнозначны

и отрицательны, то с помощью элемента И 2k формируется команда Двойной ход по координате У, а если знаки неравнозначны, то команда Ход X и Ход Y формируется с помощью элемента И 18.

Команды поступают на блок 33 двух- канального привода, где преобразуются в перемещения исполнительных органов станка. Если в такте выполняется двойной ход, то сигнал Равнозначность с выхода элемента НЕ 28 (четвертый элемент НЕ) воздействует на входы элементов И 20 и 21 (третий и четвертый элементы), при этом в нечетные такты сигнал Равнозначность воздействует через элементы И 20 и элемент ИЛИ 31 (первый элемент ИЛИ) на вход Перенос сумматора 8, а в четные такты соответственно через элементы 21 (четвертый элемент И) и 32 (второй элемент ИЛИ) на вход Перенос сумматора 9Селекторы 29 и 30 Один вход в два выхода обеспечивают увеличение содержимого счетчиков 2 и 3 на единицу при одновременном ходе по X и Y, и на два при двойных ходах соответственно по координатам X и Y. Геометрическая интерпретация отработки окружности радиусом 10 дискрет представлена на фиг. ч.

Блок 33 привода (фиг. 2) работает следующим образом. При отработке участка интерполяции от блока 1 ввода и управления поступает информация о знаках перемещений по координатам X и Y; знаку минус соответствует

потенциал Плюс ЦЫ0

логического нуля, знаку потенциал логической единиПусть, например, отработка идет в направлении - по координате X. Тог .да элементы И 36 и 37 отключены, а на элементы И 38 и 39 на первые входы с выхода элемента 3 подается разрешающий потенциал логической единицы. При поступлении импульсного сигнала Ход по X и по Y с выхода элемента 18 он через элемент И 38 и элемент ИЛИ ч7 поступает на вход

вычитания одноразрядного двоичного счетчика чО, выходы Перенос этого счетчика через элементы И чб и ч8 соединены с входами двоичного реверсивного счетчика , образуя единичный счетчик, определяющий сигнал рассогласования между заданным положением и действительным, определяе6321

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

8

мым датчиком чч. Сигнал с выхода датчика ч обратной связи, соответствующий движению исполнительного двигателя чЗ в отрицательном направлении, поступает на вход счетчика чО через элемент ИЛИ ч5. Таким образом, счетчики чО и ч1 формируют разностный сигнал, который воздействует на цифроаналоговый преобразователь Ч 2 с усилением мощности, что приводит к вращению двигателя чЗ в отрицательном направлении со скоростью, определяемой сигналом рассогласования счетчиков чО и ч1 . Если информация о перемещении по координате X поступает с выхода элемента И 23, то через элемент И 39 и элемент ИЛИ ч8 по каналу - импульсы воздействуют на второй разряд счетчика, а сигнал обратной связи по- прежнему, поступает на одноразрядный счетчик чО, При смене направления движения задающие сигналы поступают на входы сложения счетчиков чО или ч1, а сигналы обратной связи - на входы вычитания счетчика чО.

На фиг 5 изображена структурная схема блока 1 ввода и управления. Блоки, аналогичные блоку 1, входят в состав всех систем числового программного управления как аппаратных (Н22, НЗЗ), так и класса CNC (Ми- крон-ч, CNC-T).

Блок 1 ввода и управления работает следующим образом. Элементы устройства с помощью кнопки 75 устанавливаются в исходное состояние, при этом через элемент ИЛИ 59 на устройство считывания поступает сигнал Отключение, D-триггер 5ч устанавливается в состояние S, D-триггеры устанавливаются в состояние R, управляемый генератор 71 выключается, а сдвиговый регистр 72 и счетчик 7ч устанавливаются в нулевое состояние.

При нажатии кнопки Пуск сигнал через элемент ИЛИ 60 поступает на информационный вход элемента ЗАПРЕТ 70 и вход элемента 68 задержки. Так как на управляющий вход элемента ЗАПРЕТ 70. с выхода триггера 5ч поступает запрещающий сигнал, то на выходе элемента ЗАПРЕТ 70 сигнал Пуск отсутствует, а с выхода элемента 68 задержки сигнал поступает на R-входы триггеров 57 и 58 и на вход Включение устройства ч9 считывания, которое включается, и информация с носителя поступает по восьми информационным дорожкам на входы дешифратора 50. При этом информация по первым четырем дорожкам поступает также на вход регистра 72 сдвига Информационные сигналы имеют большую длительность чем синхронизирующий сигнал СИ, который также вырабатывается устройством 9.

При поступлении на входы дешифратора 50 кода ИСО, соответствующего символу X, сигнал с выхода этого дешифратора поступает на S-вход триггера 51 и переводит его в состояние одновременно с адресными символами (X, Y, I, К) дешифратор вырабатывает сигнал Признак адреса, который поступает на вход элемента И 67. Так как на вход этого элемента поступает также сигнал синхронизации СИ то на его выходе вырабатывается сигнал СИ Л признак адреса меньшей длительности, чем сигналы символов X, Y, I, К. Сигнал с выхода элемента И 67 поступает на С-входы триггеров , и так как на D-входы этих триггеров подан потенциал нуля, то триггеры устанавливаются в состояние R за исключением триггера 51 (так как на вход S поступил сигнал большой длительности).

Если перемещение по оси X осуществляется в отрицательном направлении, то сигнал символа минус через элемент И 63 устанавливает в состояние S триггер 57; если символа минус нет, то триггер 57 остается в состоянии R, что соответствует знаку плюс. Аналогично с помощью элементов 52, и 58 произойдет формирование знака по оси Y. Символ 1 с выхода дешифратора через элемент ИЛИ 6 устанавливает в состояние S триггер 53, и поступающая цифровая информация под адресом 1 записывается в сдвиговый регистр 72, так как элемен И 66 вырабатывает сигнал Признак цифры ЛСИ, и, следовательно, с выхода элемента И 65 на вход управления сдвигом регистра 72 будут поступать командные сигналы. Сигнал символа К, выработанного дешифратором 50, поступает на вход управления записью счетчика 7, и в него записывается через группу элементов НЕ 73 обратный код численной части адреса 1. Так как сигнал К поступает

.

10

66321Ю

на вход элемента ИЛИ 61, то численная часть адреса К аналогично адресу 1 записывается в регистр 72. При выработке дешифратором 50 символа окончания кадра ЬГ этот сигнал через элемент ИЛИ 59 отключает тыватель ч9.

Сигнал LF через элементы И 78 и ИЛИ 77 поступает на С-входы триггеров 55 и 56, при этом информация о знаках переписывается из триггеров 57 и 58 в триггеры 55 и 56, а с их выходов поступает на входы блока 1. Одновременно сигнал с выхода элемента ИЛИ 77 поступает на счетный вход счетчика 7 и преобразует обратный код 1 в дополнительный код. Этот же сигнал через элемент 69 задержки включает управляемый генератор 71 и формирует выходной сигнал блока 1 ввода и управления Запись, а сигналы с выхода генератора 71 на выходе блока 1 формируют сигналы Такт.

С выхода элемента 68 задержки сигнал вновь включает считыватель 9 и цикл ввода повторяется Таким образом, происходит отработка интерполятором (фиг. 1) первого кадра информации, и одновременно блок 1 ввода производит ввод второго кадра информации.

15

20

25

30

5

0

5

0

5

Так как сигнал LF поступает на С-вход триггера 5, то он по заднему фронту этого импульса переводится в состояние R, и последующие сигналы LF на выходах элементов И 78 и 62 не вырабатываются. Пуск отработки и ввода осуществляется в дальнейшем сигналом Пуск на входе элемента ИЛИ 60.

Технический эффект от использования изобретения состоит в повышении точности интерполяции дуги за счет сглаживания аппроксимирующего контура; одновременно интерполятор обеспечивает повышение быстродействия в два раза без потери точности, так как при одинарных ходах поочередным шагом в известном интерполяторе максимальная контурная скорость по сравнению с максимальной допустимой скоростью (тактовой частотой) снижается в I 2 раза, а в предлагаемом интерполяторе она в /2 раза выше.

Формула изобретения

Круговой интерполятор, содержащий блок ввода и управления, первый и

второй выходы дополнительного кода параметров интерполяции которого соединены с первыми информационными входами соответственно первого и второго счетчиков-регистров параметров дуги окружности, выход тактовых импульсов блока ввода и управления соединен со счетным входом управления записью D-тригггра и с первым входом первого элемента И, выход управления записью блока ввода и управления соединен с соответствующими входами записи первого и второго счетчиков-регистров, первого регистра, с входом установки в О D-триггера и входом установки в 1 триггера со счетным входом, выходы управления знаками перемещений блока ввода и управления подключены к коммутационным входам блока.привода, а также первый счетчик регистр параметра дуги окружности, выход которого соединен с первым входом первого блока элементов И-ИЛИ, выход которого подключен к первому входу первого комбинационного сумматора, соединенного выходом с информационными входами первого регистра, к тактирующему входу которого подсоединен выход второго элемента И, выход первого элемента ИЛИ подключен к второму входу первого комбинационного сумматора, а выход первого элемента НЕ подключен к второму входу первого блока элементов И-ИЛИ, отличаю щ и и с я тем, что, с целью повышения точности и быстродействия интерполятора, в него дополнительно введены второй, третий и четвертый блоки элементов И-ИЛИ, второй, тре- тий и четвертый элементы НЕ, первый, второй и третий элементы И-ИЛИ, элемент 2И-ИЛИ-НЕ, с третьего по седь- - мой элементы И, первый и второй селекторы, второй элемент ИЛИ, второй комбинационный сумматор и второй регистр, причем выход второго счетчика-регистра параметров дуги окружности соединен с вторым входом первого блока элементов И-ИЛИ и с пер- вым входом второго блока элементов И-ИЛИ, выход которого соединен с пер- вым Ънформационным входом второго комбинационного сумматора, выход которого подключен к информационному входу второго регистра, выходы первого и второго регистров подключены к первым входам третьего и четвертого блоков элементов И-ИЛИ соответст-

„ 5 о Q 5

венно, к вторым входам которых подключены первые выходы второго и первого комбинационных сумматоров соответственно, а вторые выходы первого и второго комбинационных сумматоров подключены к соответствующим входам первого элемента И-ИЛИ, выход которого последовательно подключен к S- входу U-триггера, выход второго элемента ИЛИ соединен с вторым входом второго комбинационного сумматора, к вторым информационным входам первого и второго комбинационных сумматоров подсоединены выходы третьего и четвертого блоков элементов И-ИЛИ соответственно, к первым входам первого и ВТОРОГО элементов ИЛИ подключены выходы третьего и четвертого элементов И соответственно, выход тактовых импульсов блока ввода и управления подсоединен к первым входам первого и второго селекторов, второго, пятого, шестого и седьмого элементов И, к вторым входам шестого и седьмого элементов И подсоединены выход четвертого элемента НЕ и первые входы третьего и четвертого элементов И, выход первого элемента И-ИЛИ подсоединен к третьему входу шестого элемента И, к первым входам элемента 2И-ИЛИ-НЕ, второго и третьего элементов И-ИЛИ и к входу третьего элемента НЕ, выход третьего элемента И-ИЛИ подключен к первому входу второго блока элементов И-ИЛИ и к входу второго элемента НЕ, выход которого соединен с вторым входом второго блока элементов И-ИЛИ, первый выход D-триггера подсоединен к второму входу элемента 2И-ИЛИ-НЕ и к третьему входу седьмого элемента И, второй выход D-триггера подключен к вторым входам второго и третьего элементов И-ИЛИ и к третьему входу элемента 2И-ИЛИ-НЕ, выход которого подключен к входу четвертого элемента НЕ и к второму входу первого элемента И, выход которого подключен к первому информационному входу блока привода, к второму информационному входу которого подключен выход седьмого элемента И и второй вход второго селектора, выход третьего элемента НЕ соединен с четвертым входом элемента 2И-ИЛИ-НЕ, выход шестого элемента И подключен к третьему информационному входу блока привода и к второму входу первого селектора,

первый выход триггера со счетным входом соединен с третьим входом первого элемента и-ИЛИ, с вторым выходом второго элемента И-ИЛИ, с третьим входом третьего элемента И-ИЛИ, с вторыми входами первого и второго элементов ИЛИ, с третьими входами третьего и четвертого блоков элементов И-ИЛИ, с вторыми входами второго и третьего элементов И, с входом первого элемента НЕ, второй выход триггера со счетным входом подключен к четвертым входам третьего и четвертого блоков элементов И-ИЛИ, первого и третьего элементов И-ИЛИ, к третьему входу второго элемента И-ИЛИ, к вторым входам пятого и второго элементов И, вы

-ход которого подключен к тактирующему входу второго регистра, выход второго элемента И-ИЛИ подключен к третьему входу первого блока элементов И-ИЛИ, к вторым информационным входам пер- вого и второго счетчиков-регистров параметров дуги окружности подключены выходы первого и второго селекторов соответственно, выход первого счетчика-регистра параметра дуги окружности соединен с третьим входом второго блока элементов И-ИЛИ, четвертые входы первого и второго блоков элементов И-ИЛИ подключены к выходу второго счетчика-регистра параметра дуги ок- оужности.

-X

fej

ФигМ

Фиг. 5

Дополнительный код I

Прямой коЪ К

Знаки X и у

п

пппгьЗапись

(частота следования-скорость отработки)

Фиг. 5