Генератор числовых функций

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯСонзв Советских Социалистических Республик(45) Дата опубликования описания 07.12.76 овета Министров СССРпо делам изобретений и открытий о 3) УДК 621.327(54) ГЕНЕРАТОР ЧИСЛОВЪХ ФУНК чнои Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники и может быть использовано при реализации технических средств, для управления движением исполнительного органа по определенным траектори ям, например, в чертежно-графических автоматах, станках с числовым программным управлением.Известно устройство, содержащее сумматоры, регистры хранения вычисленных зпачен.ш, схему управления 1, Принцип работы этого устройства основан на определении лтаправлений элементарных шагов по знакам вычисленных значений функций в основных и дополнительных оценочных точках.15Известное устройство может, вырабатывать дискретные сигналы для управления движением дополнительного органа по прямой, параболе, окружности.Недостатком этого устройства является 20 большое время расчета траектории, так как в нем недопустимо одновременное вычисление значений функции,в основных и дополнительных оценочных точках, поскольку определение оценочных функций в основных оценочных 25 точках зависит от значений оценочных функций в дополнительных оценочных точках и наоборот. Практически время отработки траектории с помощью этого устройства завышено вдвое. К недостаткам устройства можно отне- ЗО сти и то, что оно имеет дополнительные аппаратурные средства, например элементы для хранения значений предыдущих вычислений, дополнительный генератор тактов, а также то, что с его помощью можно отрабатывать узкий класс траектории.Известно и другое устройство, наиболее близкое и изобретеншо 21. Оно содержит блок управления, блоки сложения, каждый из которых состоит из сумматора, входы которого соединены с входными шинами блока сложения, а выход - с входом регистра, выходом подключенного к соответ:твующему входу сумматора и выходной шине блока сложения, и элементы И. Первая входная шина через первый элемент И соединена с входом первого блока сложения, вторая входная шина через второй элемент И - с входом второго блока сложения, а выходы знаковых разрядов регистров блоков сложения - с соответствующими входамп блока управления, выходы которого подключены к другим входам первого и второго элементов И.В основу работы прототипа по выработке дискретных сигналов для отработки траекторий положена замена выражения то функциональной зависимости более простым аналитическим выражением.Такой метод воспроизведения функциональных зависимостей приводит к возникно 533922вению накапливающейся погрешности, величина которой завиаит от переменных х и у, Другим недостатком устройства является ограниченность функцг,с;:-гальных воэможностей, так как оно не сбеопечивает отработки функциональных зависимостей в повернутой,и смещенной системе координат.Цель изобретения - повышение точности работы н расширение класса решаемых задач прн выраоотке дискретгых сигггалов управления ггсполнительггьвги оргаггаыи.Это досгигается тем, что в предложенном устройстве третья входная шипа через третий и четвертый элементы И подключена к вхолам первого и второго блоков сложения соответстве:гно, выходы первого и второго блоков сложения через ггятый и шестой элемент И к входам третьего и четвертого блоков сложения соответственно, выход первого блока сложеггия через сельмой элемент И - к входу четвертого блока сложения, а выход второго блока сложеиия через восьмой элемент И - к входу третьего блока сложеиия. Четв ртая и пятая пгины через девятый и десятый элемент И соединены с входами третьего и четвертого блоков сложеггия соответственно, шестая, входная шина через одиггнадцатый и двенадцатый элемент И - с входами третьего и четвертого блоков сложения, седьмая, восьмая, девятая и десятая входные шины - с входами регистров первого, второго, третьего и четвертого блоков сложеггггя соответственно, другие входы элементов И - с соответстгвующими выходами блока управления,На фиг. 1 представлена блок-схема генератора числовых функций; на фиг, 2 приведегн пример воспроизвелегпгого с помощью предложенного устройства смещенного и повернутого эллипса.Генератор числовых фуггкций содержит четыре блока 1 сложения, каждый из которых состоит из сумматора 2 и регистра 3, блок 4 управления, элементы И 5, шины б - 9 управления, шины 10 - 13 ввода исходных данных, шипы 14 - 17 вывода на исполнительный орган дискретных сигналов, входные шипы 18 - 23,1 входам первого блока 1 сложения подключены входные шины 18 и 20 через элементы И 5,и шина 10 ввода исходных данных, к входам второго блока сложения входные шичгы 19 и 20 через элементы И 5 и шина 11 ввода исходных даггных.1 входам третьего блока сложения подсоединены входные шины 21 и 23, а также выходные шины первого и второго блоков сложения через элементы И 5 и шина 12 ввода исходных данных, к входам четвертого блока сложения - ,входные шагны 22 и 23, а также выходные шины первого и второго блоков сложения и шина 13 ввода исходных данных, Выходы знаковых разрядов регистров 3 всех блоков сложения соединены с соответствующими входами блока 4 управления, вторые входыЕсли значение г" х;+0,5; у;+ 1 =-о(О, 45 Рхг+1; у,+0,5=о";(О, то вырабатываетсясигнал на выполнение элементаргного шага нокоординате у.Если б;,: О, б";,(О, то вырабатываютсядва ситнала на одновременное выполнениеэлементарного шага по обоим координатам.Если б:.О, б". О, то вырабатываетсясщ пал на выполггеггие элементарного шага покоординате х.Для определения значений началгпгых ланшях, вводимых в устройство, осуществляетсяпереход от исходггого уравнения кривой куравнению воспроизводящей функции путемподстановки х=-= х; 0,5; у= у,: + 1, х= хг-1; у - -у, +0,5(1) (2) 60 в уравнение Р(х,у) ==О,Значеггия сцегногчной функгции в экстрапо лировагных точках для любой кривой второгс элементов И - с соответсгвующими выходамп блока управления.Первый блок сложения служит для гвычисл ния и хра,гения ирирагпеггий чпс:л по пер вой координате (х), второй блок сложения -Лля вычисления и хранения гприращений чисел г.о второй коорди;гате (у), третий олок сложения - Лля вычислеция и хранения значений оценочной функции б,; в точке с коорг 0 линатами х +056, у +6(х;=г 6, у;=г 6; г=:О, 1 ггг; 1=О, 1 п, 6 - шаг квантования координатной сетки). Четвертый блок сложения предусмотрен для вычисления и хранения значений оценочной функции б",; в точ ке с координатами х;+6; у,+0,56.Сумматор 2 предназначен для поразрядного последовательного сложения чисел, постунягощих на его входы младшимп разрядами вперед, а регистр 3 - для хранения и сдвига 20 результата вычислеггий, получаемых с помощью сумматора, ггрп этом регистр имеет кольцевую обряную связь через сумматор.Блок 4 служит лля управленпя работой генер; тора чи,"ловых буикций. Вьгработка дис кретных сигналов этим блоком осуществляется в зависимости от значения знаковых разрядов оценочных функций, находящихся в регистрах 3 третьего и четвертого блока 1 сложения, и от з;гаков приращений чисел но ко ординатам, хранящихся,в регистрах первоги второго блоков сложения.Процесс выработки дискретных сигналовгга входных шинах в предложенном устройстве основан на анализе знаков экстраполироЗ 5 ванных значений функции в двух дискретныхточках с коорлииатами х;+0,56; у,+6 х;-1-6; у;+0,56 (в дальнейшем 61) прп,яхожлен-.ги испол.гнтельного органа в точке с координатами х у;. Правило выработки лнс кретных оигналов при обработке функнноггальной завгисюгости из квадрантов слелуюгн оопорядка в предложенном устройстве вычисляются согласно следующим выражениям АК+-.- У, С 1Е+В(1+0,5)А 1, В 1А +1=о+ Где до=0,125 А+0,25(В+В) +0,5(С+Е+Е), б "о=0,125 С+ 0,25 (В+ Е) + 0,5 (Л+ Р+ Р) . Здесь коэффициенты соответствуют уравне- нию Лх + Вху+ Су+ Вх + Еу+ Г=О. Подготовку начальных дя;шых длл воспроизведения отрезка, кривой (х,у.; х, у) можно выполнять ца предложенном устройстве, для чего выражения (1) и (2) нужно положить х=О, у=О, т. е. начать отработку рцвой при условии 1=О, 1=0. Когда выполнится условис х.в .:т; у =-и , в устройстве будут находиться цсходцые данные, вычисленные для точки с координатам; х, у. Значения бо и о"о получены при 1=0, 1=О. Заканчивается процесс отработки отрезка кривой по достижении условия х. =т у, =-1 т, Здесь и, т и, а - координаты граничных точек отрезка .кризой.Предложенное устройство работает следующим образом.Перед началом воспроизведения функцио 1 яльцой зависмости В регистры 3 Всех блоков 1 сложения синхронно во времени поступают значения чисел начальных данных длл точек х=1; у: - -1. При этом в регистр первого блока сложения по шине 10 вводится значение Ах,+0,5 ГВ+В(у+0,5), в регистр второго блока сложе 11 ця по шине 11 - значение Су + 0,5 Е+ В (х+ 0,5) 1. В регистр третьего блока сложения по шине 12 подается значение 0,5(А (х - ,-0,5) -1-В (х +0,5) (у+1,0) +- , Су, +1,О) - П(х +0,5) - , Е(1 у-ГО,5)+Е; в регистр четвертого блока сложе 1 гия по шине 1 3 ВВО;,я .сэ;1,:1 ых данных ВВодится зцяениеО,.-,гЛ (х Г 1)"В(х +1) (у+0,5) + С(у+ - 0,5) +.0,х, 1) +Е(у+0,5) +Р.Ввод зтцх чисел в регистры 3 происходит следующим образом.По перВоу такту все регистры устанавливаютсл в нулевое состояние. По второму такту младшие разряды вводимых по 1 шгцам 10 - Й чисел запцсывяютсл в знаковые разряды регистров. Зятем осуществляется сдвиг содержимого всех регистров ца один разряд вправо ц в освободившиеся знаковые разряды регистров по следующему второму такту записываются вторые (соседние с младшими) раз 5 10 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 ряды вводимых ч:сел, После выполнения Й СДВИГОВ ВВОДИМЫЕ Ч НСЛЯ ЦДЧДЛЬ 1 ЛХ ДЯ ННЫХ находятся в соответству 10 щцрегистр 1, причем знаковые разряды чисел - в з;яковых разрядах регнстрэв,;:водом цсходш 1 ддццых и работой устройстВ 2 прдвллет блОН 1, После ВВОДЯ НЯЧДЛЬНЫХ ДЯЦ 11 Ь 1 ВО ВСЕ РЕ", "ТРЫ Цячиндетсл первьгй ц 1 л рдооты у.". ройствя.1 дждый ццкл эОоть Го"тоцт цз дву полъ- Ц 11 К 1 ЭВВ зависимо;". От зцдче:ий зцдксвьгрдзрлдоз Всех рсНстрсв 0.10 к пр 11 влеццл Выэабатывдет о;.".Очные импульсы цд ВО:Нынинах 1. - 17 ц пачки импульсов, поступдОьцие ца шпны б - . Прц этом в первом полуццкле пачки цмпульсов подаютсл ца шцы б и 7, а во Втором полцикле - 1 я шц 1 ы 8: 9. Блок 4 по шинам б и 7 управляет работой первого ц Втор=го блоков ложсГия, а цэ шц.1 дм 8 ц О - р".ботой гретьего ц чегвертогэ блоков слэже;1 ця, Одц 1 Очные импульсы 1 д шинах 11- - 17 Вырдодтывяются В начале каждого гц"кля раоотыстрэствд,Работают первьш и втсрой блоки сложения в каждом первом полуццкле следующим образом.ПО первоу тякт 1 первого полмц 1 клд ппонсэдит сдв 1 г содержимого регцс" ров этик блэ 1 ов сложе"цл ца одцц разряд вправо, прц этом освэбождаются знаковые разряды гсгцстпэв.Пэ второму такту младшие разряды чисел поступают ца воды каждого сумматора, при этом с выходов регцстров числа подаются на вход сумматора все:дд, а ч;слд, поступающие через элементы И 5, - только прп наличии разрешаю;ццх цмпуьсов нд и 1.:.н 16 и 7. Результаты сложе 11 цл млад:1:1 рдэ 13 ядов чисел по этому жс такту з;ись 1 вдОтс 1 в знаковые разряды рггц:тров. Тякил оордзом, сложение младшцрдзрлдоз ч 1:сл, пэступакцццх на Входы первыц ВторыблэкэВ сложе:1 цл, и ЗЯП 1 СЬ РЕЗУЛЪТДТЯ В РЕГ 1 СТРЫ ВЫПОЛНЛ 10 ГСЛ ЗаЗа врс.,я дсйстсшл сгедуОшей пары татов ппоцс 0;1;т сОвд слв:1 г содспж 11 мого регистров ца один разряд вправо, прц этом знаковые разряды кяокдого регь стра освобо.кддются. Зятем Вторые рдзрлды 1.0:еднце с .,падшим) чисел поступают на яодл первого ц втоОлсков сложецл, г 13 ез 1 льтятыже:1:л зя:1:1 сывяОтсл В соответству 10 П 1;е ре.-и, т 1 о., 11 т, д.течецнс первого полуццкля работы ч слд, ран:.мые в регистра, постоянно сдвц-аютсл Вправо, д цд цх место заносятся числа, предста 13:Яющце сооэй результат сложс 1 я выполце;ного сумматорэм. В случае, когда по шинам 6 и 1 це поступают разрешающие сигналы со семы управления, числа, ран:мые В регистрах, циркулируют через сумматоры. Первый ц второй блок:сложения в этом случае работают в режиме динамической памяти, и па пвыходах поочередно появляютсл, ца 53392260 чццая с младшего, все разряды чисел, хранимых в регстрах. Первый полуцикл работы закацчивается после выполнения Й пар тактов расоты блока управления.Работа третьего и четвертого блоков сложсгция в каждом втором полуцикле осуществляется следующим образом.По первому такту второго пслуццкла содержимое знаковых разрядов всех регистров по:тупает,иа вход блока управления.В зависцгмости от значения этих разрядов блошек управления вырабатывает пачки им. пульсов ца шинах 8 и 9, По этому же такту происходит сдвиг содержимого, всех регистров а одип разряд вправо, при этом освобождаст:я знаковые разряды этих регистров. По второму такту второго полуцикла младшие разряды чисел, в том числе и с первого и второго блоков сложеция, поступают ца входы третьего и четвертого блоков сложения через элементы И 5, В это же время по шинам 8 ц (лц) 9 подаются разрешающие сигцалы, ко. торы: управляют прохождецием разрядов чисел в третий,и четвертый блок с:Ожеция, Результаты сложения младших разрядов чисел, поступающих ца входы сумматоров третьего и четвертого блоков сложения, загписываются в знаковые разряды регистров. Дальше работа третьего и четвертого блоков сложеция выполняется так же, как и работа первого и второго блоков сложения в первом полуцикле. Второй полуцикл работы устройства закацчцвается после выполнения следуощих Й пар тактов работы блока управления.Каждый цикл работы устройства цачицается с выработки одиночных импульсов ца выход:ых шипах 14 - 17 в зависимости от зцачеццй знаковых разрядов регистров. Количество циклов работы устройства раво количеству элсмецтарцых шагов, необходимых для воспро:зведеция отрезка кривой исполштельцым органом, и может задаваться с помощью начальных данных.Пример отработки с помощью предложенного устройства повернутого и смеще шого эллипса, описываемого уравнением 0,05 х-- 0,0 блу+ 0,05 у- - 0,38+ 0,1 у - 1,15,как наиболее сложой кривой, опцсыьаемой уразце ием второго порядка, пр:веда: ца фиг Предложенное устроцство обсспеч;вает идсальсе наилучшее прцбликение ломаной кривой к церерышюй крвой, прц этом в Отлс 1 с От прототипа Отсутств ют пака,цзающиеся Ош:1 Окц В завцсцъОст: От 3.ачецця косздц.ат воспроизведен:с с отрезка кр.цо. Оцс дает Оз Ожцссть зсспчоцзв;де 1;я;Обсц крвз втопого поряд: а, и то числе в гсзепнутой ц смсщсццой с;стем" координат. 15 20 25 30 35 40 45 50 55 При выполцеци 1 комбинированных шагов вычисления значений оцецочиой функции в двух точках выполняются одювремеццо, что в два раза увеличивает Оыстродействие устройства по сравнению с аналогом.В предложенном устройстве, в отличие от прототипа цет необходимости в средствах для выбора меньшего из чисел и для храцеия содержимого первого и второго блоков сложения. Формула изобретения Генератор числовых функций, содержащий блок управления, блоки сложения, каждый из которых состоит из сумматора, входы которого соединены с входными шинами блока сложения, а выход подклю;ец к входу регистра, выход которого со дииец с соответствующим входом сумматора и выходцой шпцсй блока сложения, элемсцты И, причем первая вхсдцая шина через первый элемент И подключена к входу первого блока сложения, вторая входпая шина через второй элемент И соедипеца с входом, второго блока сложения, выходы знаковых разрядов регистров блоков сложения соединены с соответствующими входами блока управления, выходы которого подключепы к другим входам первого и второго элементов И, о тл и ч а ю щ ц й с я тем, что, с целью повышения точности работы и расширения класса решаемых задач, в цем третья входпая шипа через третий и четвертый элементы И подключена к входам первого ц второго блоков сложения соответстзецо, выходы первого и второго блоков сложецця:оедицены через пятый и шестой элемент И с входами третьего и четвертого блоков сложения соответстве 1;ю, выход первого блока сложения через седьмой элемент И подклОчец к входу четвертого блока сложения, а выход второго блока сложения через восьмой элемент И соединен с входом третьего блока сложения, четвертая и пятая ши ы через девятый и десятый элемент И подключепы к входа Третьего и четвертого слонов сложения соответствецпо, шестая входная шина через одиппадцатый и двенадцатый элементы И соединена с входамц третьего и четвертого блоков сложения, седьмая, вссь:ая, девятая и десятая входные шипы соединены с входами регистров первого, второго, третьего и четвертого блоков сложеция соответствеццо, друге входы элементов И сосдцпецы с .остветствующцмц выходами блока уравлс:ця. Источники инфордацци, прц:ять 1" вэ в 1 имание при экспертизе:1. Патсцт СШЛ ЪЪ 3852835, е;. 235 - 150.22, 1972.2. Патент СШЛ Хо 37 бЗЗбЗ, кл, 235 в 1.22, 19 3.