Линейно-круговой интерполятор

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК А 2 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕ ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(71) Харьковский политехнический институт им.В.И.Ленина(56) Авторское свидетельство;СССР У 1149218, кл, С 05 В 19/18, 1982. (54) ЛИНЕЙНО-КРУГОВОЙ ИНТЕРПОЛЯТОР (57) Изобретение относится к области . автоматики и вычислительной техники, может быть использовано в системах числового программного управления станками. Целью изобретения является повышение точности интерполяции по .контуру дуги с многоразрядными приращениями за счет реализации алгоритма с чередованием последовательности вычислений второго порядка. Линейно- круговой интерполятор содержит блок тактирования 15, блок переключения авБОаи 1 30224 1с 50 4 С 05 В 19/18 16, сдвиговый регистр 17 и в каждомкоординатном канале первый сумматор5(6), первый,регистр 1 (2), умножитель 9 (10), второй сумматор 7 (8),второй регистр 3 (4), делитель 11(12) и блок элементов И 13 (14). Устройство является линейно-круговым интерполятором с многоразрядными приращениями и с чередованием последовательности вычислений приращений прикруговой интерполяции и хранениемостатков в простых дробях с дополнительным регистром сдвига, в которомвеличина шага интерполяции в процессевычислений изменяется в два раза, чтопозволяет реализовать алгоритмы круговой интерполяции второго порядка,Погрешность круговой интерполяциипредлагаемого устройства носит периодический характер с амплитудойН /162 , где Н - величина шага интерэполяции дуги окружности радиуса К.Полностью используются возможностьлинейной аппроксимации окружности.4 ил,1 13022Изобретение относится к областиавтоматики и вычислительной техники,может быть использовано в системахчислового программного управлениястанками и является усовершенствованием известного устройства по авт.св.У 1149218.Целью изобретения является повышение точности интерполяции по контуру дуги. 10На фиг.1 приведена структурная схема предлагаемого интерполятора; нафиг.2 - блок тактирования; на фиг.3 -временные диаграммы работы устройства; на фиг,4 - блок переключения. 15Интерполятор содержит первые 1 и 2и вторые 3 и 4 регистры, первые 5 и6 и вторые 7 и 8 сумматоры, умножители 9 и 10, делители 11 и 12, блокиэлементов И 13 и 14, блок 15 тактирования, блок 16 переключения, сдвиговыйрегистр 17, его выход 18, входы 19 и20, выходы 21 и 22 блока переключения, вЪиоды 23-33 блока тактирования,вход 34 блока переключения, входыустройства 35 и 36, выходы 37 и 38блока переключения.Блок тактирования содержит генератор 39, элемент И 40, счетчик 41 импульсов, дешифраторы 42 и 43, триггеры 44 и 45 управления., элемент ИЛИ 46,элемент И 47 и.48, инверторы 49 и 50,элемент ИЛИ 51, элементы И 52-62,элементы ИЛИ 63-66,Блок 16 переключения содержит инвертор 67, шесть групп элементов И 6873, две группы элементов ИЛИ 74 и 75.Устройство работает следующим образом.В регистрах 1 .и 2 в исходном состоянии устанавливаются координаты начальной точки Х , У дуги при круговой интерполяций либо величины перемещения по осям Х., У на участке обработки при линейной йнтерполяции. 45В процессе круговой интерполяции вэтих регистрах содержатся координатытекущей точки дуги. В процессе линейной интерполяции содержимое регистров 1 и 2 не изменяется. Если регистры 1 и 2 имеют по ш разрядов каждый, а для шага Н предусмотрено 1 разрядов, то разрядность произведения составит (ш + к). В регистрах 3 и 4 хранятся суммы результатов умножения и ш-разрядного остатка делителей 11 и 12. Делители 11 и 12 осуществляют деление содержимого регистров 3 и 4 на радиус дуги К при круговой интерполяции или на величину перемещения по контуру 1 .при линейной интерполяции.Деление производится с точностью до Е разрядов, т.е. Е - разрядное частное размещается в выходном регистре делителя 11 или 12, а ш-разрядный оотаток остается в регистре остатка делителя. Блоки элементов И 13 и 14 служат для передачи содержимого ш разрядов остатка делителей 11 и 12 на сумматоры 7 и 8. Блок 15 тактирования с приходом каждого тактового сигнала по входу 36 вырабатывает последовательность из одиннадцати импульсов по линиям 23-33 при круговой интерполяции и семь импульсов по линиям 23-25, 27-29 и 31 при линейной интерполяции. Последовательность импульсов определяет последовательность операций в устройстве. Блок 16 переключения в режиме круговой интерполяции подключает выход делителя 11 К-разрядное частное с шины 19 на вход сумматора 6 по шине 22 и выход интерполятора по оси У по шине 38; выход делителя 12 по шине 20 подключен на вход сумматоров 5 по шине 21 и на выход устройства по оси Х по шине 37.50 В умножителях 9 и 10 производится умножение содержимого регистров 1 и 2 на величину Н или Н/2, хранящуюся в сдвиговом регистре 17 (Н - величи 55 на шага интерполяпии по контуру). Величина шага Н = Ч . ,где Ч - скорость подачи;= сопзй - длительность цикла вычисления приращений. В режиме линейной интерполяции выход 19 делителя 11 подключен к шине 37, выход 20 делителя 12 - к шине 38, подключение к шинам 21 и 22 с выходов делителей не производится.В регистры 1 и 2 вводятся величины Хи У перемещений по осям на участке интерполяции, в сдвиговом регистре 17 устанавливается величина шага Н, которая по шине 18 подается на входы умножителей 9 и 10. В делителях 11 и 12 по программе устанавливается величина 1 - длина участка ин-. терполяции, в регистрах 3 и 4 - нули. По линиям 34 и 35 устанавливается команда "Линейная интерполяция". На каждый сигнал цикла на линии 36 блок 15 тактирования вырабатывает семь тактов. Первым тактом по линии 23 производится умножение величины Х13022 3на Н, Второй такт по линии 24 разре" шает передачу содержимого ш-разрядного остатка деления делителя 11 через блок элементов И 13 на сумматор 7 и запись суммы в регистр 3. Третьим 5 тактом по линии 25 производится деление суммы результата умножения и остатка от деления на предыдущем шаге. Четвертым тактом по линии 27 производится умножение Уна Н. ПятыйЮ такт по линии 28 разрешает запись результата суммирования содержимого выходного регистра 10 умножения и ш разрядов остатка деления делителя 12. Шестым тактом по линии 29 произ водится деление на 1, Седьмым тактом по линии 31 частное делителя 11 с шины 19 подключается к выходной шине 37 блока 16 переключения по оси х, а частное делителя 12 с шины 20 под ключается к выходной шине 38 блока 16 переключения по оси У.В режиме круговой интерполяции по программе в регистрах 1 и 2 устанавливаются величины Х , У - координаты 25 начальной точки дуги, в сдвиговом регистре 17 - половина величины шага интерполяции по дуге Н/2, в делителя 11 и 12 - радиус дуги окружности К. Последовательности прохождения сигналов по линиям 23-33 зависят от номера цикла.1В нечетных циклах первым тактом по линии 23 производится умножение Хо 35 на Н/2, которая подается на второй вход умножителя 9 с выхода сдвигового регистра 17. Второй такт по линии 24 разрешает передачу ш-разрядного остатка делителя 11 через блок элемен тов И 13 на сумматор 7 и запись суммы в регистр 3. Третьим тактом по линии 25 производится деление и по линии 32 осуществляется сдвиг влево (умножение на 2) величины Н/2 в сдвиговом регистре 17. Четвертый такт по линии 26 разрешает передачу частного делителя 11 через блок 16 тактирования по шине 22 на вход сумматора 6. На второй вход сумматора 6 подключен выход регистра 3 координаты )(. В этом же такте по сигналу с линии 26 производится запись результата суммирования в регистр 2, т,е. вычисляется У,= У;+ + дУ;. Пятым тактом по линии 27 производится умножение содержимого регистра 2 на величину Н. Шестой такт по линии 2 о разрешает передачу ш-разрядного остатка делителя 12 через 41 4блок элементов И 14 на сумматор 8 и запись суммы в регистр 4. Седьмой такт по линии 29 производит деление и по линии 33 сдвиг вправо (деление на 2) величины Н в сдвиговом регистре 17. Восьмой такт по линии 30 разрешает передачу частного делителя 12 по шине 21 на вход сумматора 5, на второй вход которого подается содержимое регистра 1. По сигналу на линии 30 разрешается запись результата суммирования в регистр 1. Далее по сигналам тактов .9-12 по линиям 23-26осуществляются операции, аналогичныепервым четырем тактам. Двенадцатыйтактом по линии 31 частное делителя1 1 передается по шине 38 на вход ин-,терполятора по координате У, а частное делителя 12 - по шине 37 на выход по координате Х.В четных циклах генерация сигналовначинается с линии 27 и идет в последовательности 27,28,29,32,30,23,24,25,33,26,27,28.,29,30 и 31,В интерполяторе реализуются следующие вычисления.Для линейной интерполяциих., - ела)- (х н + к 1)(; 11 (2) Х 1 11 фДля круговой интерполяции в четных цикладХ = епТ - (У епС - ) + К . ) и+1 К 1 2)) ф+ дХ,Й 1 1+1 - 1 И 1где дУ и дХ - вспомогательные11 +1приращения, которые вычисляются, нона выход устройства не поступают.По входной линии 36 поступают импульсы 1 Й, задающие цикл вычислений, по линии 35 команда "Круговаяинтерполяция", выходные линии 23-33подключаются к соответствующим блокаминтерполятора (фиг,1).В режиме линейной интерполяциитриггер 45 по входу К установлен в"0", что обеспечивает выбор дешифратора 42, входы которого попключены квыходам счетчика 41. Выходы обоихдешифраторов 42 и 43 подключены черезэлементы И 52-62 к выходным линиямблока тактирования. Выходы 26,30,32 и 33 закрыты для прохождения сигнала и находятся в состоянии "1".Временные диаграммы блока приведенына фиг.3. С приходом импульса циклапо входу 36 триггер 44 устанавливается в "1", открывается элемент И 40,через который проходят импульсы генератора 39. Очередной импульс генератора 39 увеличивает содержимое счетчика 41 на единицу, на выходах дешифратора М 2 последовательно появляютсясигналы управления, которые выдаютсяпо шинам 23,24,25,27,28 и 29. С приходом восьмого импульса с выхода 7дешифратора 42 через элементы ИЛИ 51и 60 сигнал пройдет на линию 31. Сприходом девятого импульса с выхода8 дешифратора 42 через инвертор 50,элемент И 48 и элемент ИЛИ 46 импульсустановит триггер 44 и счетчик 41 в"0". Установка триггера 44 в "0" запретит прохождение импульсов с генератора 39 на счетчик 41 через схему 40 5 10 15 20 25 30 35 совпадения до прихода следующего импульса цикла.В режиме круговой интерполяции на вход 35 подается "1", разрешающая прохождение сигналов по линиям 26,30, 32 и 33, и запрещается прохождение сигнала через элемент И 48. В нечетных циклах разрешается работа дешифратора 42, в четных - дешифратора 43, которые обеспечивают необходимые последовательности импульсов по линиям 23-33. После окончания каждого цикла с выхода .12 дешйфратора 42 или 43 сигнал через элемент И 47 подается на счетный вход триггера 45 и через элемент ИЛИ 46 на входы К триггера 44 и счетчика 41, устанавливая их в "0". Триггер 45, переключаясь, подключает дешифратор 42 или 43 в зависимости от четности номера шага.При "двойном" чередовании, вычислительных циклов методическая ошибка круговой интерполяции носит периодический характер с амплитудой Н /16 К что доказано методами теории разностных уравнений и подтверждено моделированием на ЭВМ. Точность интерполяции повьппена в 8 К/Н раз.Точность круговой интерполяции также певьппена более чем в восемь раз (при К Н, что всегда имеет место) при незначительном усложнении схемы. При этом полностью используется возможность линейнойаппроксимации окружности отрезками прямых, а также практически снимается ограничение на скорость интерполяции дуг окружностей малых радиусов. Линейно-круговой интерполятор по авт.св, 9 1149218, о т л и ч а ю - щ и й с я тем, что, с целью повышения точности интерполяции по контуру дуги, в него введен сдвиговый регистр, первый и второй входы которого соединены соответсвенно с девятью и десятым выходами блока тактирования, третий вход - с вторым входом интерполятора, а выход - с третьим входом умножителей обоих каналов, одиннадцатый вход блока тактирования соединен с пятым входом блока переключения, 13022411302241 гг Яф Я 5 2 Ю Я 7 28 25 Л Ю у и руЯФ 25 ге 27 28 ЯЯ дО Л Ж ЛУ иг. 4 Составитель И.Швецло Техред Л. Сердюкова ктор М.Пожо ктор Л. Гр ор аказ 1215/46 Тираж 864 Подписи ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб