Устройство для формирования шаговых траекторий Советский патент 1982 года по МПК G05B19/41 G05B19/4103 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ ШАГОВЫХ ТРАЕКТОРИЙ Устройство относится к устройствам автоматики и вычислительной техники и может быть использовано для формирования траекторий движения исполнительных органов, например, в чертежно-графических автоматах или металлорежущих станках. Известно устройство для формирования траекторий, в котором расчет шаговых траекторий выполняется с использованием знаков оценочной функции. В этом устройстве для определения момента окончания процесса формирования траекторий используются реверсные счетчики, что усложняет устройство. Наиболее близким по технической сущ ности к изобретению является линейный интерполятор с оценочной функцией, содержащий сумматор с блоком анализа зн ка, координатные сумматоры с блоками вентилей, блок конца интерполяции, программный блок и координатные регистры. Сущность формирования траекторий с помощью этого интерполятора заключается В расчете узловых точек с использованием оценочной функции, причем совоKynHocfb узловых точек представляет прямолинейную траекторию 2. Недостатком этого интерполятора является TQ что он сложен, так как для определения момента окончания процесса формирования шаговой траектории в нем йопользуются координатные регистры, счетчики приращений координат, блоки вентилей и блок конца интерполяции . Цель изобретения - упрощение и повышение точности устройства. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для формирования ша- j говых траекторий, содержащее сумматор, и счетчики, введены блоки элементов задержки, элементы 2И-ИЛИ и ИЛИ, информационные выходы счетчиков подключены к информационным входам сумматора, первый выход знакового разряда которого подключен к входу первого блока элементов задержки и к счетному входу первого счетчика, а второй выход S3 знакового разряда - к входу второго блока элементов задержки и к счетному входу второго счетчика, выходы переполнения счетчиков подкпючешы к входам элемента ИЛИ, первые выходы блоков элементов задержки подключены к управляющим входам сумматора, а вторые выходы к соответствующим входам элемента 2И-ИЛИ. На фиг. 1 представлена блок-схема устройства-, на фиг. 2 - шаговая траектория, сформированная с помощью устройства. В состав устройства входят сумматор 1, счетчшси 2 и 3 приращений координат, блоки 4 и 5 элементов задержки, эпемен ты 2И-ИЛИ 6 и ИЛИ 7. Входы устройства шинами 8 и 9 подключены к числовым входам счетчиков 2 иЗ соответствен но. Информационные выходы обоих счетчиков подключены к информационным входам сумматора. Первый выход знакового разряда сумматора шиной 1О подключен к счетному входу счетчика 3 и к входу блока 4 элементов задержки. Второй выход знакового разряда сумматора шиной 11 подключен к счетному входу счетчика 2 и к входу блока 5 элементов задержки Выходы переполнения счетчиков 2 и 3 шинами 12 и 13 подключены к входам элемента ИЛИ 7. Первый выход блока 4 элементов задержки подключен шиной 14 к первому управляющему входу -сумматора 1, второй выход шиной 15 подключен к первому входу элемента 2И-ИЛИ 6, а третий выход шиной 16 - к второму входу элемента 2И-ИЛИ 6 и к выходной шане устройства 17. Первый выход блока 5 элементов задержки подключен шиной 18 к второму управляющему, входу сумматора, второй выход шиной 19 - к третьему входу элемента 2И-ИЛИ 6, а третий выход шиной 20 - к четвертому входу элемента 2И-ИЛИ 6 и к выходной шине устройства 21. Выход элемента ИЛИ 7 подклю чен Е выходной шине устройства 22. Первый и четвертый входы элемента 2И-ИЛИ 6 являются входами первого элемента И, а второй и третий входы элемента 2И-ИЛИ 6 являются входами второго элемента И. Сумматор 1 служит для вычисления значения оценочной функции в узловых точках шаговой траектории и выработки управляющих импульсов на вь1ход ус ройства. Счетчики 2 и 3 служат для вычисч ления текущих значений приращений по 24 каждой координате. Блоки 4 и 5 ,выполненны например, в виде трехразряаных регистров сдвига, служат для задержки управляющих импульсов, поступающих со знакового разряда сумматора 1. Элемент 2И-ИЛИ 6 предназначен для анализа импульсов, поступающих со знаковых разрядов сумматора через блоки элементов задержки, и выработки сигналов (по шй нам 17 и 21 одновременно), если на вход лрбого из элементов И одновреме но поступает два сигнала с линией 3anef жек. Элемент ИЛИ 7 служит для формирования сигнала окончания процесса форм рования шаговой траектории., Формирование шаговой траектории выполняется с использованием вычислений значений оценочной функции в соответствии с-еьфажением: (( -Э„ где г- - экстраполированная оценочная функция в узловых точках f , J , ЛХ; , ДУ - текущие значения приращений координат отрезка формируемой траектории. Ах 4У - начальные значения приращений координат; j O,m , i-0,n - индексы узловых точек шаговой траектории,- тп , п количество элементарных шагов по координате - и соответственно, выполненных при формировании шаговой траектории. При реализации выражения (1) следует учитывать что при i 0, значение , при i 0 зна чение , при i 1, значение л: ЛУ г1, при j 1 значение ЛХ дх-1 и затем при о 1, j 1 значения ЛХ.-и Д.{ вычисляются с помощью рекуррентного соотношения 4ХзГДУ -.-1 .. Правило расчета оценочной функции сПОМОЩЬЮ выражения (1) следующее: если F;:7/0, то значение j в следук щем цикле увеличивается ie единицу, если pfj О, то в следующем цикле зна увеличивается на единицу. чение 1 Правило формирования шаговой траекто.рии следующее: при выполнении условия, . что знак оценочной функции не изменился по отношению к знаку оценочной функции в предыдущем цикле, выполняется элементарный шаг или по координате х , если з предыдущем цикле 7/ О или по координате у , если в предыдущем цикле , -При выполнении условия, что знак оиеночной функции изменился на противоположный, по отношению к знаку оценочной функции в предыдущем цикле, выполняет ся элементарный комбинированный шаг, т. е. по координатам х и if одновременно После выполнения комбинированного шага выполняется один цикл расчета оценоч932 ной функции без формирования элементарных шагов по координате х и у Пример выполнения расчетов и формирования импульсов при отработке шаговой траектопии с рсходными данными АУ 12, А-а 3, Ро-Ю,5(дХ-Дэ)4,5 приведёк в таблице.

Устройство работает следующим оёразом. В исходном состоянии счетчика 2 и 3 сумматор 1 и блоки 4 и 5 находятся в нулевом состоянии. В подготовительном цикле на входы устройства по шинам 8 и 9 поступают приращения ЛХ и соответственно (например,ЛХ 12, д-а 3) а сумматор 1 - начальное значение оденочной функции FOO «(дх-л-а) O.S.S (первый цикл таблицы, столбец 4). Так как значение знака сумматора 1 положительно, то на шине 11 вырабаты Бается сигнал, который поступает на счетный вход счетчика 2 текущего приращения ЛУг и на вход блока 5. При этом из содержимого счетчика 2 выч тается единица, и в нем образуется число (таблица, цикл 1, столбец 5 Задержанный на такт сигнал со знакового разряда (шина 11} поступает по шине 19 -на вход элемента 2И-ИЛИ 6, однако на выход этого элемента сигналы не поступают, так как на втором его входе в это время сигнал отсутствует. На выход устройства сигналы по шинам 17 и 21 также не поступают. Во втором цикле работы устройства на управляющий вход сумматора 1 по шине 18с блока 5 элементов задержки поступает стенал вычитания, и из содержимого сумматора 1 вычитается содержимое счетчика 3, т. е. из значения опе ночной функции вычитается значение пр ращения .. При этом в сумматоре 1 Образуется число 4,,5. Знак сумматора 1 в этом цикле остался положительным, и на вход блока 5 снова поступает сигнал, а сигнал, который поступает на вход этого блока в предыдущем цвкле, появляется на выходных гйинах 19 и 21, что соответствует формированию элементарного шага дх испсинительным органом, формирующим траекторию. На фкг. 2 показан этот шаг (из точки О в точку А). В этом же цикЛе сигнал со знакового разряда сумматора 1 поступае на счетный вход счетчика 2, из содержимого которого вычитается единица, и в нем образуется новое число 11-1 1О. (таблица, цикл. 2, столбец 5). В третьем цикле на управляющий вход сумматора по шине 18 снова поступает сигнал на вычитание, и из содержимого сумматора 1 вычитается содержимое сче чика 3. Таким образом, в сумматоре образуется число 1,,5. Знак содержимого сумматора изменяется по отноше нию к знаку, который он имел в предыдущем цикле. По щине 10 со знакового разряда сумматора поступает сигнал на счетный вход счетчика 3 и на вход блока 4. С выхода блока 4 сигнал по шине 15 поступает на первый вход элемента 2И-ИЛИ 6, а на четвертый - по шине 20 сигнал с блока 5. Таким образом, на выходах элемента 2И-ИЛИ 6 вырабатываются сигналы, которые по шинам 17 и 21 поступают на выход устройства в соответствии с которыми выполняется элементарный комбинированный шаг из точки А в точку В (рис. 2). После этого блоки 4 и 5 устанавливаются в ис ходное состояние. В этом же цикле из с держимого счетчика 3 вычитается единица, и в счетчике 3 образуется чиспо . Таким образом, работа устройства продолжается до тех пор, пока в счетчиках 2 и 3 не образуется нуль. В следующем (после этого состояния счетчиков) цикле из содержимого одного из счетчиков вычитается единица, и на выходе этого счетчика, напр1шер, по шине 12, появляется сигнал, который поступает на вход элемента ИЛИ 7. С в хода этого элемента по шине 22 поступает сигнал, который свидетельствует о прекращении процесса формирования траектории, и все устройство устанавливается в исходное состояние. Эффективность предлагаемого устройсгва состоит в том, что в нем для опре деления момента окончания процесса формирования шаговой траектории испопьзует ся один логический элемент ИЛИ вместо двух координатных регистров, двух блоков вентилей и блока конца интерполяции, что значительно сокращает количество оборудования. По сравнению с известным интерполятором предлагаемое устройство обеспечивает более высокую точность формирова, ния траектории за счет исключения из расчетной траектории узловых точек, наиболее удаленных от идеальной прямой линии, являющейся аналогом шаговой траектории. При этом сглаживание траектории осуществляется с использованием простых блоков элементов задержки и одного элемента 2И-ИЛИ. Формуоа изобретения Устройство для формирования шаговых траекторий, содержащее сумматор и счетчики, отличающееся тем, что, с целью упрощения и повышения точности устройства, в него введены блоки элементов задержки, элементы 2И-ИЛИ и ИЛИ, информационные выходы счетчиков подключены к информационным входам сумматора, первый выход знакового разряда которого подключен к входу :первого блока элементов задержки и к счетному входу первого счетчика, а второй выход знакового разряда - к входу второго блока элементов задержки и к счетному входу второго счетчика, выходы переполнения счетчиков подключены к входам элемента ИЛИ, первые выходы блоков элементов задержки подключены к управляющим входам сумматора, а вторые выходы - к соответствующим входам элемента 2И-ИЛИ. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1Авторское свидетельство СССР № 481023, кл. Q 05 В 19/18, 1973. 2Авторское свидетельство СССР № 401964, кл. Q05 В 19/20, 1972 (прототип).

630262

Фиг.}

1

В

у

W Л

1г

%г/