Интерполятор

(56) АвторскоеР 1081623, кл. Авторское сн 413602, кл. ) ИНТЕРПОЛЯТ сни С 0 ую то идетС 05ОР Р 1 (54 (57 втом паралставлято ОСУДАРСТНЕННЫЙ НОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИРИ ГКНТ СССР 1) 4384763/24-242) 25,02.88(53) 621,503,55(088,8 зобретение относитс Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники и предназначено для использования, например, в системах числового управления станками и другим технологи ческим оборудованием.Цель изобретения - повышение быст родействия путем сокращения времени расчета приращений на участках с постоянной контурной скоростью.На фиг1 приведена структурная схема интерполятора; на Лиг. 2 - блок-схема блока управления; на фиг. 3 и 4 - алгоритмы работы интерполятора и блока управления.Интерполятор (Фиг. 1) содержитнакапливающий сумматор-вычитатель 1 оценочной Аункции, первый и второй регистры 2 и 3 остаточных Аункций, перный и второй накапливающие сумматоры-вычитатели 4 и 5 координат тике и вычислительной технике и назначено для использования в с мах числового управления станк другм технологическим оборудов ем. Цепью изобретения является п шение быстродействия путем сокра ния времени расчета приращений н участках с постоянной контурной ростью. Интерполятор дополнитель содержит первый и второй узлы иа лельного переноса, первую и втор группы элементов ИЛ 11, первый и в рой регистры дополнительных оста ных Аукций, первый и второй рег ры коррекции и новые связи. 4 ил текущей точки, накапливающий сумматор-вьчитатечь 6 приращений, регистр 7 сдвига величины шага, первый и второй регистры 8 и 9 приращений, тр тий регистр 10 сдвига приращений, меющий дополнительный (старший) разряд, регистр 11 координаты конечной точки., регистр 12 радиуса окружности, первый и второй регистры 13 и 14 дополнительных остаточных функций, первый и второй регистры 15 и 16 коррекции, первый, второй, третий, четвертый и пятый узлы 17-21 параллельного переноса, первый и вто рой дополнительные узлы 22 и 23 лельного переноса, которые пред ют собой стандартные схемы мультиплексоров на два входа, первую и в рую группы 24 и 25 элементов ИЛИ, блок 26 управления, входы и выходы 27-61 блока управления.но пипри ГКНТ ССС оизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород арина, 10 Заказ 279 Тираж 678ВНИРПИ Государственного комитета по113035, Москва, Ж-З обретениям Раушская н открытия д, 4/5(Фиг. 2) содержит первьй и второйдешифраторы 62 и 63, элемент ИЛИ 64,блок 65 микропрограммного управления , (например, БИУ БИС К 589 ИК 01), постоянный запоминающий блок (Г 13 У) бб,генератор 67 тактовых импульсов, элемент И 68, первый и второй КБ-триггеры 69 и 70, регистр 71 сдвига, счетчик 72, первый и второй ЭЧ-триггеры, переключатель 75. Переключатель 75 задает режим работы интерполятора(линейная или круговая интерполяция), устанавливая в единичное или нулевое состояние первый ВБ-триггер 69. Вто рой ЕБ-триггер 70 служит для фиксации начала или конца обработки и кадра, в случае наличия сигнала конца обработки кадра (КОК) единичный сигнал с инверсного выхода второго КБ-триггера О при наличии сигнала от второго дешифратора 63 проходит через элемент И 68 и отключает генератор 67 тактовых импульсов. Регистр 71 сдвига предназначен для определения момента окончания вычисления приращений по осям (при круговой интерполяции), Счетчик 72 служит для задания порядка чередования вычисления приращений по координатам. Первый ЭЧ-триггер 73 предназначен для фиксации признака контурной скорости подачи (постоянная или режим разгона - торможения). Второй ПЧ-триггер 74 устанавливается в единичное (коррекция приращений) или нулевое (расчет приращений) состояние в .зависимости от соответствующих сигналов с выхода . второго дешифратора 63..В основе работы интерполятора лежит алгоритм линейной интерполяции по методу оценочной функции. Суть алгоритма (фиг. 5) состоит в вычисленич оценочной Функции Г; по выражениям;Р; = Г;, - УА - яяпР;, ХА, если старший разряд величины Ь (регистр 10 сдвига) равен единице, и Р = Г; яяпР,ХА - в противном случае, где яяпР,. б+1, -1 - знак оценочной Функции, Величина приращения Н в каждом цикле уменьшается в два раза и служит для вычисления приращения ЬС; = ЬС - ярР- Н;, причем начальное значение Й= 2 (г - разрядность регистров приращений),Возможность использованпя этого алгоритма для вычисления приращенийокружности основана на следующих соображениях. Координаты окружности могут быть получены интегрированием 5по методу. прямоугольников с недостатком и избытком и с чередованием вычислений от шага к шагу (последовательность вычислений Х, У, У, Х): Х; - У;Ьос= Х У.;+ Х; д= у;,+ Х;.,Ы = Х;, - У,д Ы. = ьх(1) у;,+ ду; Х;,- ЬХ;,10 уф 2Х;,= Из уравнений для определения при- ращений д Х: д 1 я 1 пф = (У/) д 1; .ду: д 1 соя Ы = (Х/к) д 1,т20 где д 1 =, - . - приращение длины дуги,ч - контурная скорость, г. - постоянная несущая частота .следящего привода, можно записать оценочные Функции 25 Г: КЬХ - уь 1 х (2) Р= К дУ - ХЬ 1 позволяющие определить требуемые приращения. Таким образом, вычислительный процесс круговой интерполяциисостоит из последовательности (1),а приращения на каждом шаге определяются по алгоритму линейной интерполяции (фиг. 3).Блок-схема обобщенного алгоритмалинейно-круговой интерполяции приведена на Фиг, 4.Особенностью линейной интерполяции является то, что на участках 40 траектории, обрабатываемых с постоянной контурной скоростью, приращенияпо координатам также постоянны, причем различия в вычислительном процессе определения очередных приращений 45 имеют место с момента, когда шаг становится равен одной дискрете. Следовательно,: после установления постоянной скорости подачи алгоритм значительно упрощается за счет того, что 50при вычислении предыдущих приращенийзапоминаются величины Г, с и ЬСвычисленные нри шаге Н, = 2. Послеэтого величины Ри дС остаютсянеизменными на всем участке с посто-.янной контурной скоростью, а приращения дС только корректируются соответствующим образом на величинуН = 1. Как видно из приращений (1),при постоянной контурной скорости(Ь ь 4- сопят) в каждом новом цикле вычислений приращение окружности по одной координате будет равно приращению по той же координате в пре 5 дыдущем цикле, Следовательно, при постоянной контурной скорости в кажцом цикле нужно использовать алгоритм линейной интерполяции однократно,Интерполятор работает следующим образом.В начальный момент времени обнуляются регистры 2 и 3 остаточных функций, сумматоры 4 и 5 координат текущей точки, накапливающие сумматоры вычитатели 1 и 6 оценочной функции и приращений. Кроме того, в нулевое состояние устанавливается второй Ж-триггер 74 (М 1 И = О). Затем, в зависимости от вида интерполируемой траектории осуществляется занесение соответствующей информации в регистры и сумматоры, Так, в случае линейной интерполяции в регистры 1.1 и 12 заносятся величины У и Х (координаты ко нечной точки нрямой), а в регистр 10 сдвига - величина тактового приращения ЬХ, которая, проходя через второй узел 18 параллельного переноса, заносится в регистр 8 приращения. После этого происходит переход к выполнению микропрограммы линейной интерполяции (фиг.3). В режиме круговой интерполяции в сумматоры 4 и 5 заносятся значения координат начальной точки окружности Хн и У, в регистр 10 сдвига - величийа аппроксимирующей хорды 1, а в регистр 12 - радиус окружности Н, Кроме этого, устанавливается в единичное состояние регистр 40 71 сдвига в блоке 26 управления. В зависимости от состояния младшего разряда (признак четности) счетчика 72 через второй узел 17 параллельного переноса передается либо код величи ны У с сумматора 5 (1 - четно), либо код величины Х с сумматора 4 (1 - нечетно), Код соответствующей величины, проходя через четвертый узел 20 параллельного переноса, заносится в регистр 50 11, после чего происходит переход к выполнению микропрограьиы линейной интерполяции.Рассмотрим работу интернолятора при реализации микропрограммы линей иой интерполяции. При этом возможны два режима; расчет приращения; коррекция приращения при постоянной скорости подачи. 6Расчет приращения (И 1 Н = О),В регистр 7 сдвига заносится величина начального шага Н и анализируется ряд логических условий. ЕслиН; = 1 (сигнал на шине 36), установлен режим круговой интерполяции (триггер 69 в нулевом состоянии) и 1 - нечетно (младший разряд счетчика 72равен нулю), запоминаются значенияоценочной функции и величины приращения, вычисленные на предыдущем шаге (Н; = 2). 11 ри этом содержимое накапливающих сумматоров-вычитатслейи б передается соответственно напервый регистр 13 дополнительной остаточной функции и первый регистр 15коррекции. Кроме того, к содержимому накапливающего сумматора-вычитателя 1 оценочной функции добавляетсякод остаточной Функции иэ регистра 2,проходящей через пятый узел 21 параллельного переноса. Если 1 - четно(младший разряд счетчика 72 равенединице), или осуществляется линейная интерполяция содержимое накапливающих сумматоров-вычитателей 1 и 6передается соответственно на второйрегистр 14 дополнительной остаточнойфункции и второй регистр 16 коррекции, а к содержимому накапливающегосумматора-вычитателя 1 оценочнойфункции добавляется код остаточнойфункции из регистра 3.Коррекция приращения (М 1 И = 1).Сигналом на шине 57 регистр 7сдвига устанавливается в единичноесостояние (Н; = 1). Содержимое регистра 10 сдвига сдвигается на разряд вправо, тем самым фиксируетсяинйормация, необходимая для коррекции, В том случае, если установленрежим круговой интерполяции и 1 - нечетно, содержимое первого регистра15 коррекции через первый дополнительный узел 22 параллельного переноса и первую группу 24 элементовЮ 1 И передается на накапливающийсумматор-вычитатель б приращений,а в накапливающем сумматоре-вычитателе 1 формируется значение оценочной функции путем сложения содержимого первого регистра 13 дополнительнойостаточной функции и первого регистра 2 остаточной функции, В противном случае содержимое второго регистра 16 коррекции передается, на накапливающем сумматоре-вычитателе 1 формируется значение оценочной функциипутем сложения содержимого второго регистра 14 дополнительной остаточ,ной Функции и второго регистра 3 остаточной функции.После выполнения указанных операций, либо в случае Н; = 1, происходит сдвиг содержимого регистра 10 сдвига на разряд влево с целью анализа очередной цифры в двоичном представ.пении 10 величины Ь Хили Ь 1, Если старший разряд регистра 10 сдвига равен единице (наличие сигнала на шипе 41), иэ содержимого накапливающего сумматора-вьтчитателя 1 оценочной функции вычитается код регистра 11, который проходит через третий узел 19 параллельного переноса и вторую группу 25 элементов ИЛИ. После выполнения этой операции, или при равенстве старшего 20 разряда регистра 10 сдвига нулю, анализируется знак накапливающего сумма" тора-вычитателя 1 оценочной Функции,Если Р ) 0 (отсутствие сигнала на шине 32), выполняются операции вычитания из содержимого накапливающего сумматора-вычитателя 1 оценочной функции кода регистра 12, проходящего через третий узел 19 параллельного переноса и вторую группу 25 элементов 30 ИЛИ, и из накапливающего сумматоравычитателя 6 - кода .регистра 7 сдвига величины шага. В протчвном случае (Р0) к содержимому накапливающих сумматоров-.вычитателей 1 и 6 подсуммируются указанные величины. Затем еще раз осуществляется проверка знака оценочной Функции,и, если РО, повторно,производятся операции суммирования в накапливающих сумматорах вычитателях 1 и 6. Как только величина оценочнойфункции станет положительной, происходит переход к новой итерации. Дляэтого уменьшается шаг в два раза(сдвиг содержимого регистра 7 сдвига на разряд вправо) и, если Н Ф .0 (отсутствие сигнала на шине 35), увеличивается Р в два раза (сдвиг содержимого накапливающего сумматора-вычитателя 1 на разряд влево), после чего происходит переход в микропрограмме (фиг. 3) на анализ равенства Н; = 1 и повторение перечисленных выше операций. Если же после очередного уменьшения величины шага он окажется равным нулю, то выполнение микропрограммы определения приращения прямой заканчивается.В режиме линейной интерполяции на второй регистр 3 остаточной функции передается код накапливающего сумматора-вычитателя 1 оценочной Функции, на регистр 9 - код накапливающего сумматора-вычитателя 6 приращения и, происходит нодсуммирование кодов регистров 8 и 9 соответственно к сумматорам 4 и 5 координаттекущей точки. Таким образом, на выходных шинах будут сформированы очередные рассчитанные величины 1 Х, 1 У, Х и У,В режиме круговой интерполяции после выполнения микропрограммы расчета приращения осуществляются следующие операции., Если 1 - четко, навторой регистр 3 остаточной функции передается код накапливающего сумматора-вычитателя 1 оценочной функции, на первый регистр 8 приращения - код накапливающего сумматора-вычитателя 6, который проходит через второй узел 18 параллельного переноса. Затем происходит вычитание кода .регистра 8 из сумматора-вычитателя 4 координаты Х текущей точки, кроме этого осуществляется сдвиг влево на разряд единицы в регистре 71 сдвига блока 26 управления. В противном случае (1 - нечетно) на первый регистр 2 остаточной функции передается код накапливающего сумматора-вычитателя 1 оценочной функции, на второй регистр 9 приращения, - код накапливающего сумматоравычитателя 6, после чего происходит подсуммирование кода регистра 9 к содержимому сумматора-вычитателя 5 координаты У текущей точки и осуществляется сдвиг в регистре 71 сдвига.После сдвига информации в регистре 71 сдвига анализируется состояние его третьего выхода и, если этот сигнал соответствует нулевому уровню (К4), в счетчик 72 добавляется единица и происходит переход в микропрограмме (фиг. 4) для вычисления приращения окружности по второй.оси координат. Если же на третьем выходе регистра 71 сдвига установлена единица (К = 4), вычисления очередныхприращений окружности заканчиваются."После того, как в регистрах 8 и 9будут сформированы новые значенияприращенийХ и ВУ, а в сумматорах 4 и 5 - значения текущей координаты, указанные вепичины передаются на30 исполнительные механизмы. Затем,в зависимости от состояния второгоВЯ-триггера 70, в блоке 26 управленияработа интерполятора либо заканчивается (если имеется сигнал об оконча"нии обработки кадра), либо осуществляется расчет очередных приращений,При этом, если в первом РЧ-триггере73 установлен признак постоянной контурной скорости, в единичное состояние будет установлен второй триггер74 (Я 1 И = 1), в противном случаетриггер 74 будет установлен в нулевое состояние (И 1 И = О),15Блок 26 управления работает следующим образом.В начальный момент времени по сигналу "Пуск" запускается генератор67 и сигналом с его выхода происходит занесение кода адреса, по которому определяется первая микрокоманда микропрограммы (Фнг, 4) управления работой интерполятора, котораязаписана в блоке 66 постоянной памяти. По сигналу "Пуск" с цомощью переключателя 75 фиксируется вид интерполяции и устанавливается в соответствующее состояние первый КБ-триггер 69. Кроме этого, в начальныймомент времени сигналом "Начало обработки. кадра" устанавливается вединичное состояние второй КБ-триггер 70. После этого происходит считывание микрокоманд из блока 66 навторой дешифратор 63, который нод35действием кода микрокоманды вырабатывает определенную последовательностьсигналов, управляющих по шинам 27-61работой интернолятора, причем дляформирования адреса очередной микрокоманды используется семиразряднаяшина, соединяющая выходы блока 66 ссоответствующими входами управлениярегистром адреса микрокоманд в блоке 65,Работа предлагаемого интерполятора и устройства управления тесно взаимосвязана, что отражено в описаниии в иллюстрациях структуры интерполятора, блока управления и микропрограм 50мах работы предлагаемого устройства.Для выработки сигналов условныхпереходов используется первый дешифратор 62 и элемент ИЛИ 64. Прохождение сигналов условных переходов череэ 55элемент ИЛИ 64 к входу блока 65 осуществляется под управлением сигналовобратной связи от второго дешифррто-. ра 63. Переход от одной микрокомандык другой в микропрограммах осуществляется через равные промежутки времени, определяемые периодом следования тактовых импульсов от генератора67 тактовых импульсов.Сигналом окончания работы устройства является сигнал, поступающийот элемента И 68, который формируется при наличии одновременно двухсигналов - от второго дешифратора 63и с инверсного выхода второго КБ-триггера,Сравнение предлагаемого интерполятора и известного по быстродействиюможно провести по числу микрокоманд,требуемых в циклах расчета приращенийили по числу тактов с работы БИУ,Для определенности будем считать,что разрядность регистров приращений равна 8. Тогда для известногоустройства расчет очередного приращелния прямой составит Т = 43 с, а расчет приращения окружности Т = 86 Г,В предлагаемом интерполяторе времякоррекции приращения прямой составитТ = 11 Г , а для коррекции приращенийокружности потребуется Т = 56 с.Таким образом, выигрыш в быстродействии (в режиме с постоянной скоростью подачи) на линейных участкахбудет примерно в 4 раза, а при обработке дуг окружностей около 1,5 раза,что выгодно отличает предлагаемыйинтерполятор от известного устройства и, следовательно, предлагаемыйинтерполятор обладает более высокимитехнико-экономическими показателями,Введение в него четырех регистров,двух дополнительных узлов параллельного переноса, двух групп элементовИЛИ и новых связей способствовалодостижению поставленной цели.формула изобретенияИнтерполятор, содержащий накапливающий сумматор-вычитатель оценочной функции, информационные выходы которого подключены к информационным входам первого и второго регистров остаточных Функций, синхровходы которых соединены соответственно с первым и вторым выходами блока управления, третий, четвертый и пятый выходы которого подключены соответственно к первому и второму управляющим входам и к входу синхронизации накаплива 1541557 12ющего сумматора-вычитателя оценочнойФункции, выход старшего разряда ко"торого соединен с первым входом блока управления, шестой и седьмой выходы которого соединены соответственнос входом синхронизации и управляющимвходом регистра сдвига величины шага,информационные входы которого подключены к шине ввода величины начального шага, выходы двух младших разрядовподключены соответственно к второмуи третьему входам блока управления,восьмой и девятый выходы которогосоединены соответственно с входомсинхронизации и управляющим входомнакапливающего сумматора-вычитателяприращений, десятый и одиннадцатыйвыходы подключены соответственно квходу синхронизации и к управляющемувходу первого накапливающего сумматора координаты текущей точки, первая группа информационных входов соединена с шиной ввода величины Х,вторая группа информационных входов 25которого подключена к объединенныммежду собой выходной шине величины3 Х и информационным выходам первогорегистра приращений, информационныевыходы накапливающего сумматора коор- ЗОдинат текущей точки подключены кобъединенным между собой первой груп"певходов первого узла параллельногопереноса и выходной шине величины Х,выходная шина величины У объединенасоответствующим образом с второйгруппой входов первого узла параллельного переноса и подключена к инФормационным выходам второго накапливающего сумматора координаты текущейточки, первая группа информационныхвходов которого соединена с шинойввода величины У, вторая группа информационных входов - с объединенными между собой выходной шиной величины ЬУ и информационными выходамивторого регистра приращений, информационные входы которого объединеныс первой группой входов второго узлапараллельного переноса и подключенык информационным выходам накаплива.ющего сумматора-вычитателя приращений,вторая группа входов второго узла параллельного переноса подключена к объединенным между собой шине ввода величины 11(ЬХ) и информационным входам третьего регистра сдвига прираще-.ний, выход старшего разряда которогосоединен с четвертым входом блока управления, двенадцатый выход которогоподключен к упраляющему входу второгоузла параллельного переноса, выходыкоторого соединены с информационнымивходами первого регистра приращений,синхровход которого подключен к тринадцатому выходу блока управления,четырнадцатый выход которого подключен к входу синхронизации второго регистра приращений, пятнадцатый и шестнадцатый выходы подключены соответственно к входу синхронизации и к входу управления третьего регистра сдвига приращения, шина ввода величины Уподключена к информационным входамрегистра радиуса окружности, синхровход которого соединен с семнадцатымвыходом блока управления, а информационные выходы подключены к первойгруппе входов третьего узла параллельного переноса, управляющий вход которого соединен с восемнадцатым выходомблока управления, вторая группа входов соединена с информационными выходами регистра координаты конечнойточки, вход синхронизации которогосоединен с девятнадцатым выходом блока управления, а информационные входыподключены к выходам четвертого узлапараллельного переноса, первая группа входов которого соединена с шинойввода величины У. , управляющий входподключен к восемнадцатому выходублока управления, вторая группа входов соединена с соответствующими выходами первого узла параллельногопереноса, управляющий вход которогоподключен к девятнадцатому входу блока управления, двадцатый выход которого подключен к управляющему входупятого узла параллельного переноса,первая и вторая группы входов которого соединены с информационными выходами соответственно первого и второго регистров остаточных Функций,выходы подключены к первой группеинформационных входов накапливающегосумматора-вьчитателя оценочной функции, причем двадцать первый и двадцать второй выходы блока управлениясоединены соответственно с входомсинхронизации и с управляющим входомвторого накапливающего суьматора ко"ординаты текущей точки, о т л и ч а"ю щ и й с я тем, что, с целью повышения его быстродействия путем сокращения времени расчета приращений научастках с постоянной контурной ско 1541557 4ростью, введены дополнительные пер"вый и второй узлы параллельного переноса, первая и вторая группы элементов ИЛИ, первый и второй регистрыдополнительных остаточных функций,первый и второй регистры коррекции,управляющий вход второго регистра коррекции соединен с двадцать третьимвыходом блока управления, а информационные входы, объединенные с информационными входами первого регистракоррекции, подключены к информационным входам накапливающего сумматоравычитатепя приращений, информационные выходы второго регистра коррекции соединены с первой группой входовпервого дополнительного узла параллельного переноса, вторая группавходов которого соединена с информа- О.ционными выходами первого регистракоррекции, управляющий вход которойподключен к двадцать четвертому выходу блока управления, а.выходы соединены с первой группой входов первой группы элементов ИЛИ, выходы которой подключены к информационнымвходам накапливающего сумматора-вы"читателя приращений, а вторая группа входов первой группы;элементаИЛИ соединена с информационными выходами регистра сдвига величины шага,вход установки в единичное состояниекоторого подключен к дцадцать пятому выходу блока управления, двадцатьшестой и двадцать седьмой выходы которого соединены соответственно суправляющими входами первого регист"ра коррекции и второго регистра дополнительной остаточной функции,информационные входы которого объединены с информационными входамипервого регистра дополнительной остаточной функции и подключены к информационным выходам накапливающегосумматора-вычитателя оценочной функции, а информационные выходы соединены с первой группой входов второгодополнительного узла параллельногопереноса, вторая группа входов которого соединена с информационными выходами первого регистра дополнительной оценочной функции, а управляющийвход которого подключен к двадцатьвосьмому выходу блока управления,двадцать девятый выход которого соединен с управляющим входом второгодополнительного узла параллельногопереноса, выходы которого подключены к первой группе входов второйгруппы элементов ИЛИ, вторая группавходов которой соединена с выходамитретьего узла параллельного переноса,а выходы подключены к второй группе,информационных входов накапливающегосумматора-вычитателя оценочной. функции.