Интерполятор для систем программного управления Советский патент 1979 года по МПК G05B19/18 G05B19/4103 

Изобретение относится к области вычислительных устройств систем управления и может быть использовано в системах числового программного управления станками и другим технологи ческим оборудованием. Известны интерполяторы для воспро изведения синусно-косинусной зависимости, построенные по принципу цифро вых дифференциальных анализаторов ru 21, Наиболее близким техническим реше нием к данному изобретению является интерполятор для систем.программного управления, содержащий блок управлеНИН, подключенный через блок ввода программы к первому входу блока зада ния скорости, второй вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, выход блока задания скорости подключен к первым вхрдс1м первого и второго интеграторов, выход первого интегратора соединен со вторым входом второго интегратора, первый вход которого соединен со вторым входом первого интегратора 3, НедостатксЗм такого интегратора является ограниченность функциональнах возможностей, так как он может воспроизводить только синусно-косинусную: зависимость. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей, заключающееся в возможности воспроизведения винтовой линии. Поставленная цель достигается тем, что в интегратор введены элементы И, сравнения, счетчики, регистр и генератор псевдослучайных чисел, вход которого и первые входы блоков сравнения подключены к выходу блока задания скорости, первые входы элементов И соединеныс выходами блока управления, вторые входы первого и второго элементов И подключены соответственно к выходам первого и второго блоков сравнения, вторые входы которых соединены с выходом генератора псевдослучайных чисел, выход блока задания скорости подключен ко второму входу третьегр элемента И, выход которого соединен с первым входом первого счетчика, выход блока ввода программы подключен к .третьим входам первого и второго интеграторов, ко входу регистра, ко второму входу первого счетчика и к первому входу второго счетчика, второй и третий входы которого подсоединены к выходам первого и второго элементов И cooTBeTCTBGFiHo, а выход - к первому .входу блока управления и ко ёторому входу «четвертого элемента И, „вторые входы пятого и шестого элемен тов И соединены соответственно с первым выходом второго интегратора и с выходом первого интегратора, ,а выход первого счетчика, выход регистра и второП выход второго интегратора- подключены к третьему входу первого блока сравнения, третьему входу второго блока сравнения и ко второму входу блока управления соответственно. Блок-схема интерполятора представ лена на чертеже и содержит блок ввода про1граммы 1, генератор псевдослучайных чисел 2, блок управления 3, блок задания скорости 4, первый 5 и. второй б блоки сравнения, первый 7 и бторой 8 элементы И,второй счетчик 9 генератор тактовых импульсов 10, элемент И 11, первый счетчик 12, регистр 13, первый 14 и второй 15 интеграторы, .четвертый 16, пятый 17 и шестой 18 элементы И. Интерполятор работает следующим образом. По сигналу, поступающему от блока управления 3 к блоку 1, в первый 14 и второй 15-интеграторы по . 26 от блока 1 заносятся начальные условия. По сигналу, вырабатываемому йа другом выходе блока 1, тактовая последовательность импульсов, выраба тываемаягенератором тактовых импульсов 10, преобразуется блоком задания скорости 4 в требуемую, и, поступая на их входы, задает скорость работы интеграторов 14 и 15. В это время на входе третьего элемента И 11 присутст вует разрешающий потенциал, вырабаты ваемый на выходе блока управления 3 и поступающий на вход элемента И 11. Р{мпульсы от блока задания скорости 4 начинают посту 1ать с выхода элемента И 11 на вход счетчика 12. Остальные элеЬшнты И - 7, 8/ 16, 17 и 18 закры ты: на их первых входах присутствуют запрещающие потенциалы, поступающие с соответствующих выходов блока управления 3. Первый 14 и второй 15 ин теграторы воспроизводят синусно-коси нусную зависимость в соответствии с выражением x cosujt, -s-s-inuj-t, (j) .где X и у - содержимое интеграторов 14 и 15, соответственно, рассматрива мое., как число с запятой, фиксированной перед старшими разрядами. Эти ве личины могут рассматриваться и как частота появления импульсов на выходах интеграторов в дискретные момент времени t, задаваетлые блоком задания скорости 4, OJ 2 коэффициент, учитывающий разрядность 6 rtHtefpSto ров. Как только текущее значение станет равным заданно й конечной коор Динате, на втором выходе второго интегратора 15 появляется сигнал, tioступающий на вход блока управления л, По этому сигналу вырабатывается сигнал на выходе блока управления 3, описанным выше способом устанавливает интеграторы 14 и 15 в первоначальное состояниа. На другом выходе блока управления 3 появляется запрещающий потенциал, поступающий на первый вход элемента И II, который прекращает запись импульсов в счетчик 12 и содержимое счетчика 12 станет равныг.1 времени работы интеграторов 14 и 15. . .(2) где А - содержимое счетчика 12; Ьц - время работы интеграторов 14, 15, На этом первый цикл работы устройства заканчивается. Во втором цикле работы, цикле работы по сигналу, вырабатываемому на первом выходе блока управления 3, который поступает на вход блока 1, в. регистр 13 заносится числовой код, соответствующий расстоянию, которое должен пройти рабочий орган в горизонтальном направленииR. По этому же . сигналу содержимое счетчика 9 устанавливается в состояние .So--1-o,5A-1-0,5t. (3) где S - начальное состояние счетчика 9. Импульсы, вырабатываемые на выходе блока задания скорости 4 и поступающие по шине, связывающей выход блока задания скорости 4 со входом генератора псевдослучайных чисел 2 и с входами блоков сравнения 5 и 6,имеют частоту в 2 раза большую, чем импульсы, поступающие от блока задания скорости 4 на интеграторы 14 и 15. Это позволяет синхронизировать импульсные последовательности, появляющиеся на выходах интеграторов 14 и 15 с выходной импульсной последовательностью счетчика 9. На выходах генератора псевдослу- , чайных чисел 2, представляющего собой С-разрядный сдвиговый регистр с линейной обратной связью, начинают появляться импульсы. Наличие импульса кодируется как логическая единица, отсутствие - как нуль. Поэтому совокупность этих бинарных символов, при разрядности генератора псевдослучайных чисел 2 представляет собой двоичннй цифровой код чисел от 2 до (1-2 ).Эти импульсы поступают на вход первого 5 и второго 6 блоков сравнения и сравниваются соответственно с содержимым счетчика 12 и содержимЕлм регистра 13. При этом импульс на выходе блока 5 появляется только в случае, если двоичное число, выработанное генератором псевдослучайных чисел 2, не меньше содержимого счетчика 12, а на выхопе блока 6 - только в случае, ерли содержимое регистра 13-н.е меньше двоичного числа, выработанного нератором псевдослучайных чисел 2. Интеграторы 14 и 15 работают таким же образом, как и в первом цикле, од нако, поскольку на выходе блока упра ления 3 появляется разрешающий потен циал, поступающий на входы четвертого 16, пятого 17 и шестого 18 элемен тов И, То выходы интерполятора тепер непосредственно воздействуют на рабочие органы. Причем импульсная последовательность первого интегратора, появл-яющаяся на выходе элемента И 18 осу1Чвствляет движение рабочего органа по первой пространственной оси вправо, а последовательность, выраба тываемая вторым интегратором, появля ющаяся на элементе И 17, осуадествляет движение рабочего органа по второй пространственной оси . Импульсная последовательность, появляю щаяся на выходе счетчика 9 и на выхо де элемента И 16, осуществляет равномерное перемещение рабо.чего органа вдоль третьей пространственной оси. Счетчик 9, вырабатывающий эту последо вательность, работает следующим образом. После занесения начальных условий описанным выше способом происходит анализ состояния выхода счетчика 9. Если на выходе счетчика 9 присутст вует импульс (где а - состояние выхода счетчика 9), то на выходах бло ка управления 3 появляются разрешающие потенциалы, поступающие соответственно на входы второго 8 и первого 7 элементов И. За время одной итерации (под итерацией понимается ( тактов работы) на выходе генератора псевдослуча 1ных чисел 2 появятся все числа от до (1-2), Поэтому число импульсов, появившихся на выходе первого блока сравнения 5 и поступающих на один из входов счетчика 9, соответствует дополнительному коду содержимого счетчика 12, а число импульсов появившихся на выходе второго блока сравнения 6 и поступающих на другой вход счетчика 9, соответствует прямому коду содержимого регистра 13. Таким образом, содержимое счетчика 9 стало равно величине. S,-S.,A4H, где1 S, Ьодержимое счетчика 9 после t и t-1 итераций,соответственно А - дополнительный код содержимого счетчика 12; R - код расстояния (содержимое счетчика 9). Если на выходе, счетчика 9 импульс отсутствует (), то иа соответствующем выходе блока управления 3 появляется запрещающий потенциал, поступающий на вход первого элемента И 7 и закрывающий его,а элемент И 8 будет открыт.Таким образом,в этом случае к содержимому счетчика У за итерацию добавляется только прямой код расстояния (код числа, записанного в регистре 13). Содержимое счетчика 9 станет ранно величине:.-« (5) в дальнейшем происходит опять анализ состояния выхода счетчика 9 и в зависимости от наличия или отсутствия импульса на его происходит сло«енйЭ по формуле (4) или (5). Таким образом, за время, равное количеству итепаций А на выходе элемента И 16, появится R импульсов, т.е. частота повторения импульсов равна рабочий орган, связанный с этим выходом, осуществит равномерное передвижение вдоль третьей пространственной оси. В целом, с учетом воздействия на рабочий орган интеграторов 14, 15 ,(см. формулу 1) интерполятор будет воспроизводить зависимрсть . x cosuuf) y-S-in (JUt L Z-- uut , j(6) т.е. винтовую линий. После окончания А-й итерации на первом выходе блокауправления 3 появляется сигнал останова, прекращающий работу интерполятора. Таким образом, преимуществом интерполятора является то, что он позволяет воспроизводить не только синуснокосинусную зависимость, но и винтовую линию, т.е. яадавать движение рабочим органам не только в двух пространственных направлениях, но и по всем трем осям пространственных координат. Фогмула изобретения Интерполятор для систем программного управления, содержащий блок управления, подключенный через блок ввода программы к первому входу блока задания скорости, второй вход которого со.единен с выходом генератора тактовых импульсов, выход блока задачи я скорости подключен к первым входам первого и второго интеграторов, выход первого интегратора соединен со вторым входом второго интегратора, первый вход которого соединен со вторым входом первого интегратора, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей интерполятора, в него введены элементы И, блоки сравнения, счетчики, регистр и генератор псевдослучайных чисел, вход которого и первые входы блоков сравнения подключены к выходу блока за.цания скорости, первые входы элементов И соединены с выходами блока управления, вторые входы nepjoro и второго элементов И подключены соответств нно к выходс м первого и второго блоков сравнения, втоые входы которых соединены с выходом генератора псевдослучайных чисел, выход блока задания скорости подключен К второму входу тре.тьего элемента И, выход которого соединен с первым входом первого счетчика, выход: блока . ввода прогрс1ммы подключен к третьим .уходам первого и второго интеграторов ко входу регистра,ко второму входу первого счетчика и к первому входу второго счетчика,второй и третий входы которого подсоединены к выходам первого и второго элементов И соответственно,а выход - к первому входу блока управления и ко второму рходу четвертого элемента И, Ьторые входы пятого и шестого элементов И соединен1а соответственно с первым выходом второго интегратора и с выходом первого интегратора, а выход 6 первого счетчика, выход регистра и второй выход второго интегратора подключены к третьему входу первого блока сравнения, третьему входу второго блока сравнения и ко второму входу блока управлениу. соответственно. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Дригваль Г, П. Цифровые дифференциальные анализаторы. М., ,Сов. радио , 1970, с. . 2.Неслуховский К,С. Цифровые дифференциальные анализаторы. М., Маиш ноетроение, 1968. 3.Авторское свидетельство СССР № 555381, кл. G05 В 19/18, 1975.