Линейно-круговой интерполятор

бойз Советскит Социалистических РеспуоликЗависимое от авт. свидетельстваЩ 1373068/18 Л, Кл. Ст 05 Ь 19/ Заявлено ЗО.Х,1969с присоединением зПриоритетОпубликовано 14,1 ВкиКомитет по дел аобретеиий и открытпри Совете МинистроСССР ДК 681.3:681,335,8 (088,8) 1972. Бюллетеньата опубликования описания 21.17.1972 Автортзобретени. Л. Шанидзе то ду Изобретение относится к области автоматического управления и может быть применено в системах автоматизированного проектирования программного управления металлообрабатывающими станками и в других случаях, когда требуется отработка дуги окружности или прямой.Известны линейно-круговые интерполяторы, содержащие генератор тактовых импульсов, счетчик текущей абсциссы, регистры коэффициентов, устройство ввода, реверсивный счетчик, логический и вычислительный блоки.Недостатком известных интерполяторов является зависимость скорости отработки от угла наклона отрабатываемого участка. Кроме того, они отрабатывают дуги только с центром,в начале координат и отрезок прямой, начало которого совпадает с началом, а также производят формирование дуги в пре делах одной четверти, не дающее зеркального отображения.Целью изобретения является создание такого линейно-кругового интерполятора, который обеспечил бы высокую скорость интерпо лирования, независимо от угла наклона отрабатываемого участка, отрабатывал дуги, окружности и наклонные прямые независимо отго, совпадает ли с началом координат центр ги, окружности или начало, прямой, а так З 0 же одновременно формировал бы дугу и ее зеркальное отображение.Для достижения этой цели предложенный интерполятор содержит блок определения квадранта отработки, блок команд, дешифраторы, счетчик синхроимпульсов и генератор синхроимпульсов, подключенный к счетному входу счетчика синхроимпульсов, выход которого через первый дешифратор, а установочный вход непосредственно подключены соответственно к первому входу и первому выходу блока команд, блок режима вычисления, схему сдвига, блок управления сдвигом, группы собирательных схем и блок формирования текущего значения коэффициента, первый вход которого подключен к выходу первого регистра коэффициентов и входу второго дешифратора, второй - через последовательно соединенные второй регистр коэффициентов и первую группу собирательных схем - к выходу второго дешифратора, третий - к выходу блока определения квадранта отработки и второму входу блока команд, четвертый - ко второму выходу блока команд, пятый - к первому выходу реверсивного счетчика, Выход блока формирования текущего значения коэффициента,подсоединен ко второму входу реверсивного счетчика, третий и четвертый входы которого соответственно соединены с третьим и четвертым выходамп блока команд,Г;+,;= Гп - 2 Х;+ 1,10 15 20 30 35 40 Х, У,Хь Ул 45 50 55 60 65 а второй выход реверсивного счетчика через последовательно соединеппыс третий дешифратор и вторую группу собирательных схем соединен с логическим блоком, а через блок управления сдвигом - с первым входом схемы сдвига. Второй вход последней подклочсн к первому выходу вычислителыого блока, третий и четвертый - соответственно к пятому и шестому выходам блока команд. Первый выход схемы сдвига подсоединен ко второму входу вы шслительного блока, а второй - к третьему входу блока команд, четвертый вход которого соединен с выходом генератора спнхропмпульсов, пятый - со вторым выходом вычислительного блока, шестой - к счетному входу счетчика текущей абсциссы, Г 1 ервый выход этого счетчика,подключен к первому входу блока определения квадранта отработки, а второй через олок режима вычисления - к седыоиру и восьмому входам блока команд, ссдыгой выход которого соединен с логическим блоком, восьмой - с устройством ввода, а девятый - с третьим входом вычислительного блока, третий выход которого подключен к устройству ввода, а четвертый - ко второму входу блока определсния квадранта отработки, третий и четвертые входы которого соединены с устройством ввода, выходы которого подключены к соответствуюцих входам блокарежима вычислЬния.На чертеже приведена блок-схема линейнокруговото интерполятора.Интерполятор содержит генератор тактовых импульсов 1, счетчик текущей абсциссы 2, регистры коэффициентов 3 и 4, устройство ввода 5, реверсивный счетчик б, логический блок 7, вычислительный блок 8, блок определения квадранта отработки 9, блок команд 10, дешифраторы 11 - 13, счетчик синхроимпульсов 14, генератор синхроимпульсов 15, блок режима вычисления 1 б, схему сдвига 17, блок управления сдвигом 18, группы собирательных схем 19, 20 и блок формирования текущего значения коэффициента 21.Интерполятор работает следующим образОм.Из носителя входной информации (на схеме не показан) все необходимые данные для интерполирования элемента (наклонная линия, дуга или окружность),поступают в устройство ввода 5, Отработка элемента производится построчно, т. е. дается приращение ЛХ=-1 по оси абсцисс (прибавляется единица к текущей абсциссе) и вычисляется соответству)о. щая ордината, Если имеем двойнос вы шсление (дуга или окружность) по вычисленной ординате, находится такгке ее симметричная точка, Приращением абсциссы, т, е. единицей выбранного масштаба является тактоилй импульс (ТИ) генератора 1, который поступает на,счетный вход счетчика 2 текущей абсциссы Х, и в блок команд (О в качестве команды Начало вычисления.Работа интврполятора основана на том, что по оси абсцисс дается шаг на единицу выбранного масштаба, а по осп ординат - на т единиц и вычисляется функция Гг, оценивающая по какой оси дать следующий шаг, Текущее значение оцсночнои функции с каждым шагом интерполяции в случае дуги пли округкгости енстсл следугощим ооразом,Прп шагс по оси Х во втором илц в третьем квадрантах где Р; прсдыдугцее значение функции,При пгагс по осиво втором пли в третьем квадрантахР Г2 ог У, - т,Прп шаге по осп Х в первом пли в четвертоз квгд 1 заггт;хГ, ,; = Р;+ 2 Хг+ 1 При шаге по осп У в первом плп в четвертом квадрянтахГ,г и = Гп - 2 пг У;-1- пгз. В случае наклонной линии прп шаге пооси Х оценочная функция вычисляется как 1 +1- 1 ц - 1 1 с,я пршаге по оси УГ, +, - Г тХгде Х Ук - координаты конечной точки отрабатываемого отрезка относительно его г- чала.Координаты опорных точек отрабатываемого элемента задаютсл в системс координат с началом в произвольной точке. Однако в формулы оценочной функции входят координаты ь системе, начало которой совпадает с центром дуги, окружности или с началом отрезка прямой. вычисляются в пнтерполяторе по формулам преобразованпя координат (параллельный перенос осей).Прп вычислении оценочной функцгш берутся а бсол ютные зн ячснпя координат. Дл определения значения коэффициента ог пз устройства ввода 5 величина г= =-12 й - 1 (где й - радиус дуги илп окружносп) поступает в первый регистр 3, дешифрируется, и через группу 19 записываются в регистр 4 коэффициентов т тз и тз первые значения приращения ординаты для данной окружности или дуги. Из устройства ввода 5 в реверсивпый счетчик б поступает ЛУ - текущее значение приращения ординаты. В блоке формирования 21 нового коэффициента производится сравнение ЛУ с т т. и т и если ЛУ находится в диапазоне г - тз, то в качестве нового коэффициента пг, т. е, нового значешя приращения ордпняты ЛУ, берется пли г, нлп пг,:лп пгз, пли ог, в зависимости от того в каком интервале находится староеУц) У,45 50 55 60 65 значение ЛУ (между г и т, между т и т. или между т и т,), и в отрабатываемом квадранте ЛУ возрастает или убывает. Новый коэффициент записывается в реверсивном счетчике б вместо старого ЛУ. Если старое значение ЛУ це находится в диапазоне г - т это значит, что оио меняется плавно (ца единицу или две едшицы) цли остается иеизмсицым, поэтому в вычислениях используется старое значение ЛУ и в процессе вы шслешя корректируется.Для того чтобы погрешность интерполирования лежала в пределах единицы выбранного масштаба, после основного шага (шаг ца т единиц масштаба) дается один или несколько элементарных иго (шаг цд единицу) по оси ординат. Еоррсктцруюцие шаги даются в направлении осноного шага или в противоположном направленш в зависимости ог того, изменился или иет знак оценочной функции после осцовцогс шага, и в нужных случаях корректируется коэффициент т и текущая ордицдта, вычисленная цо формуле:У= У,+т,где У; , предыдущее значение текущей орли- наты в старой системе координат,ДЛ 5 цдклоииои;цнии текуидя орлии 1 с требует коррекцию в случае накопления погрешности, вызванной округлением т, а коэффициентт: ЛУ=1 к (1 д и - угловой коэффициент) - постоянная величина, и его значение це корректируется. Для того, чтобы умножение заменить операцией сдвигд, коэффициент т=ЛУ в реверсивцом счетчике б разлагается на слагаемые, представляюшис степени числа 2. Эти слагаемые (2 О, 228) подаются в блок 18, который посылает у:равляющие признаки в схему 17. Схема сдвига осущсст- ляет сдвиг текущей ординаты У; дуги или окружности и абсциссы конечной точки прямой Х,. Иными словами схема сдвига осуществляет умножение У; (или Х;) нд слагаемые 2 О, 2, , 28, которые в сумме дают коэффициентт. Величины 2 Г;, 2 Уь ., 2 У с выхода схемы 17 поступают в сумматор и в результате сложения получается (2+2+ +2)Т;=тТьАналогично получается тХк. Таким образом, операциями сдвига и сложения осуществляется умножение на т.Выходы дешифратора 12, который дешифрирует ЛУ, возбуждают соответствующие входы группы 20 и ца ее выходах образуется величина т, которая при вычислении оценочной функции дуги и окружности подается в вычислительный блок 8 через логический блок 7, управляемый блоком 10,Для отработки дуги или окружности необходимо определить положение текущей точки отработки относительно осей координат. С этой целью в блок 9 из устройства 5 поступают направление отработки и абсцисса центра Ху. Из счетчика 2 в блок 9 подается текущая абсцисса Хь а из вычислительного бло 5 10 15 20 25 30 35 40 ка 8 признак У; - У=О илп У; - У 4=0, причем Хь Х, Уь У - координаты в старой системе.Определение квадрантов производится следующим ооразом.Если Х;(Х, У;)Уили Х,(Х У=Уц, и направление отработки =О, имеем второй квадрант.Если Х(Х, У;(Уили Х,(Хц, У;= Уи цаправленис отработки =1, имеем третий квадрант.Если Х=Х, У)Уили Х)Х, У;) У имеем первый квадрант,Если Х;=Х, У)У или Х;)Х,имеем четвертый квадрант,Направление отработки опрелеляется следуощип образом. Движение по отрабатываемои луге ироиво:итс с начальной точки к конечной (начальная и конечная точка всегда определяется из условия Хнач(Лон)Если направление движения совпадает с направлением движения часовой стрелки, направление отработки равно нулю. В противном случае направление отработки равно единице. При таком построении схемы определения квадранта отработки при переходе от двойного ычислсция к одинарному текущая точка отработки остается в том же квадранте,котором она была ло этого, и в точках перехода от двошого вычисления к одинарному не придется различать лва случая запоминания орлинаты: запомнить ордицату текущей точки или сс зеркального отображения.Блок режима вычисления 1 б, предназначенный для установления режюа одинарного или двойного вычисления устанавливает режим двойного вычисления, если данная строка пересекает лугу или окружность в двух точках. В этом случае после вычисления текуще орлицаты, вычисляется ордицата симметри шой точки по формулеУ =-2 УЦ - У,гле У и У, орлинаты точек, расположенных симметрично относительно диаметра, параллельного оси абсцисс.Блок 10 слркит для управления операциями. Оц представляет собой схему, построенную таким образом, чтобы оца вырабатытвала последовательность управляющих импульсов, необходимую для вычисления промежуточных точек, луги, окружности и наклонной прямой. Для этого в блок команд поступают синхронизирующис импульсы от генератора 15 и их номера, которые определяются при помощи счетчика 1.1 и связанного с ним дешифратора 11. По номерам синхроимпульсов блок команд коммутирует вычислительныи блок 8 на выполнение нужной операции.Вычислительный блок 8 состоит из регистров слагаемых, в которые поступают операнды через логический блок, управляемый блоком команд, и сумматора для выполнения арифметических операций. Текущая ордината У; (результат вычисления) посылается потребителю и в устройство ввода 5 вместо ее предыдущего значения.В работе интерполятора следует различать два случая:1) Отработка производится построчно элемент за элементом. В этом случае элемент отрабатывается построчно полностью, и после этого, переходят на следующий элемент. В таких случаях в устройстве б находится исходная информация об элементе до окончания отработки, После каждой строки, т. е. с приходом очередного тактового импульсав устройстве ввода б старые значения текущей ординаты и ее приращения заменяются новыми значениями,2) Производится отработка нескольких элементов со строчной разверткой, В этом случае по каждому тактовому импульсу вычисляются точки пересечения с данной строкой (разверткой) всех элементов. Это осуществляется следующим образом. С приходом тактового импульса прибавляется единица к текущей абсциссе, т. е. устанавливается номер текущей развертки, Вычисляются точки п рвого элемента в этой строке. В устройство ввода б из,реверсивного счетчика б и вычислительного блока 8 поступают новые значения текущей ординаты У; и приращения ординаты ЛУ вместо их старых значений. Исходная информация данного элемента посылается в запоминающее устройство (на схеме не показано), и в устройство ввода поступает исходная информация следующего элемента,В следующей строке отработка начинается опять с первого элемента и продолжается аналогично описанному выше. Предмет изобретенчяЛинейно-круговой интер полятор, содержащий генератор тактовых импульсов, подключенный к счетному входу счетчика текущей абсциссы, регистры коэффициентов и устройство ввода, подключенное к входу, первого регистра коэффиицентов, первому входу и первому выходу реверсивного счетчика и через логический блок к первому входу,вычислительного блока, отличающийся тем, что, с целью повышения скорости работы интерполятора и расширения его функциональных возможностей, он содержит блок определения квадранта отработки, блок команд, дешифраторы, счетчик синхроимпульсов, генератор синхроимпульсов, подключенныи к счетному 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 входу счетчика синхроимпульсов, выход которого через первый дешифратор, а установочный вход непосредственно подключены соответственно к первому входу и первому выходу блока команд, блок режима вычисления, схему сдвига, блок управления сдвигом, гру 1 ппы собирательных схем и блок формирования текущего значения коэффициента, первый вход которого подключен к выходу первого регистра коэффициентов и входу второго дешифратора, второй - через последовательно соединенные второй регистр коэффициентов и первую группу собирательных схем - к выходу второго дешифратора, третий - к выходу блока определения квадранта отработки и второму входу блока команд, четвертый - к второму выходу блока команд,пятый - к:первому выходу реверсивного счетчика, а выход - ко второму входу реверсивного счетчика, третий и четвертый входы которого соотвстственно соединены с третьим и четвертым выходами блока команд, а второй выход реверсивного счетчика через последовательно соединенные третий дешифратор и вторую группу собирательных схем соединен с логическим блоком, а через блок управления сдвигом - с псрвым входом схемы сдвига, второй вход которой подключен к первому выходу вычислительного блока, третий и четвертый - соответственно к пятому и шестому выходам олока команд, первый выход - ко второму входу вычислительного блока, а второй - к третьему входу блока команд, четвертый вход которого соединен с выходом генератора синхроимпульсов, пятый - со вторым выходом вычислительного блока, шестой - к счетному входу счетчика текущей абсциссы, первый выход которого подключен к первому ,входу блока определения квадранта отработки, а второй через блок режима вычисления - к седьмому и восьмому входам блока команд, седьмой выход которого соединен с логическим блоком, восьмой - с устройством ввода, а девятый - с третьим входом вычислительного блока, третий выход которого подключен к устройству ввода, а четвертый - ко второму входу блока определения квадранта отработки, третий и четвертый входы которого соединены с устройством ввода, выходы которого подключены к соответствующим входам блока режима вычисления, причем выход третьего чешифратора через третью группу собирательных схем соединен с логическим блоком,332438 Составитель В. ЧистовТехред Е, Борисова Редактор В. Левитов Корректор Т. Китаева Типография, пр. Сапунова, 2 Заказ 1016/2 Изд.353 Тираж 448 ПодписноеЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССРМосква, Ж, Раушская наб., д. 4/5