Многокоординатный цифровой линейный интерполятор

)4 С 05 В 19/ ЕТЕНИЯУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НО.1 ИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ И АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(56) Авторское свидетельство СССРР 966665, кл. С 05 В 19/18, 1982.Авторское свидетельство СССРУ 1315939, кл. С 05 В 19/18. 1986(57) Изобретение относится к технике автоматизированного управления произ водственными процессами и может быть использовано в системах числового программного управления станками. Цель изобретения - упрощение конструкции. Интерполятор содержит блок 1 управления интерполяцией, блок 2 управления обменом информации, блок 3 оценочной функции, блок 4 двухкоординатной линейной интерполяции, два блока 5 памяти, элемент ИЛИ 6, сдвиговый регистр 7, счетчик 8 перемещения. Интерполяция производится на максимально возможной частоте по циклам в координатах ведущая - ведомая с запоминанием распределения шагов цикла в блоке памяти в виде одного и-выходного регистра сдвига.1 зп. ф-лы 3 илИзобретение относится к технике автоматизированного управления производственными процессами и может быть использовано в системах число 5ного программного управления станками.Цель изобретения - упрощениеинтерполятора.На фиг.1 представлена функциональная схема интерполятора; на фиг.2 схема блока оценочной функции; нафиг.3 - схема блока управления интерполяцией,Интерполятор содержит блок 1 уп 5равления интерполяцией, блок 2 управления обменом информацией, блок 3оценочной функции, блок 4 двухкоординатной интерцоляции, два блока 5 памяти, элемент ИЛИ 6, регистр 7 сдвигаи счетчик 8 перемещения.Блок 4 двухкоординатной интерполяции образуют регистр 9 ведущей ко- фординаты, регистр 10 ведомой координаты, коммутатор 11 двух входов наодин выход, комбинационный сумматор12, регистр 13 суиматора и инвертор14.Блок 3 оценочной функции содержитинвертор 15, триггер 16 знака и эле 30мент И 17.Блок 1 управления интерполяциейвключает генератор 18 импульсов,триггеры 19 и 20, элементы И 21-24,первый счетчик 25 тактов, счетчик26 циклов, второй счетчик 27 тактов,35элемент И 28, элементы ИЛИ 29 и 30и КЯ-триггер 31. Линейная интерполяция в координа тах Х к, ХХ ведется в ускоренном масштабе времени по циклам в одном блоке 4. В первом цикле осуществляется интерполяция в плоскостях ведущая координата - Х, во втором цикле - ведущая - Х, в и-м цикле - ведущая - Х, где каждый цикл состоит иэ ш тактов интерполяции. Для ведущей координаты принимаетсято из приращений Х ХюХп ко 50 торое в данном кадре является наибольшим, т.е, ЬХь к =ЬХ,. Физической привязки ведущей координаты к какой- либо из координат Х ХХ не требуется. При интерполяции в каждой55 из интерполируемых плоскостей используется оценочная функциярк 1 1о =дХе, Хк -ЬХ Хьер,где ЛХщ - максимальное значение изсовокупности ЬХ ЬХээХйэдХ - приращение по координатеХв данном кадре;1Х - текущее значение координаты Хк после совершенияшагов вдоль интерполируемого отрезка от начальной его точки, причемначало отрезка находится==Х=О;Х, - текущее значение ведущейкоординаты после совершения 1 шагов интерполяции;как и для других коордионат Х =О,Прямая делит координатную плоскость в координатах Хбе -Хк на двеюкчасти, в одной из которых о;О, вдругой а; ( О, а если текущая точкаокотработки находится на самой прямой,то о; = О. Если о;О, то делаетсяк ф к.шаг по ведущей координате и вычисляется новое значение оценочной функции о;= о, -6 Хк. Если й;О, тоок Ук кделается шаг по координате Х к с вычислением Знак оценочной функции однозначно указывает, по выходу какой из каординат должен выйти следующий шаг, а очередное значение оценочной функции вычисляется путем простых арифметических операций с использованием приведенных рекуррентных соотношений.С поступлением сигнала "Сброс" на второй вход блока 2 последний выдает необходимую комбинацию сигналов по записи исходной информации для интерполяции из блока программы (не показан) в блок 5. Адрес подается на третьи входы всех блоков 5, сигнал "Выборка" - на вторые входы блока 5, сигнал "Запись" - на первые входы блока 5. По начальному адресу в первый блок 5 вводится приращение а Х , во второй блок 5 - начальное значениек 1оценочной функции 8 д = 0 и ее знак. После каждой записи адрес увеличивается на единицу. По последнему адресу в первый. блок 5 вводится Ь Х,юлво второй блок 5 - о = 0 и ее знак, Величина лХ,С, непосредственно вводится в регистр 9.5 15221Перед началом отработки каждого кадра на вход схемы поступает сигнал "Сброс", который устанавливает счетчики 25 и 27 в "О", а в счетчик 26 вводится число (п), где п - число координат интерполятора. Сигнал "Конец смены информации" проходит через элемент И 28 и элемент ИЛИ 29, устанавливает в единичное состояние триггер 31, .который разрешает прохождение тактовой частоты интерполяции Гц через элемент И 21 на выход блока. На выходе счетчика 25 появляется сигнал, когда на его вход посту пает ш импульсов интерполяции.Этот сигнал означает, что окончен один цикл. Он переводит в нулевое состояние триггер 31, который блокирует прохождение частоты Г через 20 элемент И 21. Он же поступает на вход счетчика 26, из содержимого которого вычитается единица, а также проходит на выход блока как сигнал "Смена информации". 25По сигналу "Конец смены информации", приходящему с блока 2, работа блока 1 возобновляется и происходит аналогично описанному, В госледнем и-м цикле переполняется счетчик 26. 3 О Нулевой потенциал, появляющийся на его выходе, поступает на выход блока для пуска блока задания скорости и запрещает прохождение сигнала "Конец смены информации" через элемент И 28. На выходе счетчика 27 появляется сиг 35 нал, когда на его вход придет ш импульсов с блока задания скорости.Этот сигнал вновь устанавливает в счетчике 26 число (и) и через эле О мент ИЛИ 29 устанавливает триггер 31 в единичное состояние, т.е. возобновляется работа блока 1 с первого цикла. С выходов элементов И 22-24 частоты Гь , Гь, Гце поступают постоянно на выход блока и подаются в блок 2 для организации режимов записи-считывания в блоке 5 оперативной памяти.После записи исходной информации блок 2 выставляет начальный адрес и выдает сигналы со своих второго и четвертого выходов для передачи слов в блок 4 из всех блоков 5 памяти, а также выдает сигнал "Конец смены информации" на блок 1. После этогоблок 4 подготовлен к первому циклу интерполяции в координатах Хаак -Х,.По сигналу "Конец смены информации" 54 6с второго вьжода блока 1 на первый вход блока 3 поступают импульсы частотой Й для интерполяции с участием величины приращения первой координаты. В блоке 3 хранится знак текущего значения оценочной функции о; . ВРкаКзависимости от знака о; следующий импульс Г должен пройти на выход по ведущей координате или одной из Х-Х (в первом цикле - по координа 9 кте Х,). Знак д; определяет также, какой из регистров интерполятора подключен к первым входам комбинационного сумматора, в регистре коток рого находится о"; . Значение о; из регистра 13 сумматора подается на вторые входы комбинационного суммато/ра 12. Следовательно, на выходах комбинационного сумматора имеется следующее значение оценочной функции, которое следующим импульсом Йц будет записано в память сумматора.Обозначим о, = б - текущее значение оценочное оценочной функции. Следующее ее значение оь о1, наковые знаки, то следующие два шага будут по ведущей координате, так как ее приращение наибольшее в данном кадре. В этом случае следующий импульс Г должен пройти на выход только по ведущей координате. Если 8 и д, имеют разные знаки, но оь з О, что определяет следующий шаг по ведущей координате, то можно сделать диагональный шаг одновременно по двум координатам - ведущей и Хк. На следующем такте интерполяции знаки 8 и Дснова будут разными (подряд два тактовых импульса не могут пройти на вьмод по координате с меньшим приращением), а знак обудет определять шаг по координате Хк, который был уже сделан при диагональном шаге на предыдущем такте, т,е, при Х с О ,выход является "пустым" без совершеУ0 ния шага. Каждое новое значение оценочной функции вычисляется в сумматоре путем суммирования чисел разных знаков:к к к дк при 8, ), О д=д, - ЬХрприо., с О 8, = о + Ь Х причем если о " О, то обязательно происходит переполнение сумматора. Следовательно, на выходе сумматора сигнал Б = 1, если к йк8)О, и Б = О, если о, с О. Оче 1522154яквидно, что о ь -рО определяет будущий шаг по ведущей. координате.Поэтому заполнение буферного регистра 7 сдвига должно производиться5 по следующему, правилу:, на информационный вход регистра подается инвертированный сигнал с выхода комбинационной части сумматора, а на сдвиговый вход подается иьтульс шага по ведущей координате с выхода блока 3. Если на данном такте производится шаг только по ведущей координате, то в регистр 7 вводится О если производится диагональный шаг (Д,О, о,О),15 то в регистр 7 вводится 1. При 8" ( Су ии о;.,О сдвиг и изменение содержимого регистра 7 не производятся. Если по какой-то координате Ь Х= ЬХ ща01 остоянн ме разные знаки. Тогда в данном цикле интерполяции регистр 7 на каждом такте сдвига заполняется единицами.Каждый цикл интерполяции определяется ш шагами по ведущей координате (количество импульсов Г может быть от ш при ЬХ=О до 2 ш приЬ Х= =АХИ ), При этом происходит заполнение кодом выходных шагов очередных ш разрядов регистра 7 сдвига. Разряды регистра 7 являются именными. Первые ш разрядов служат для записи кода шагов по координате Х, вторые ш разрядов - по координате Х, и т.д, Последние ш разрядов служат для записи кода шагов но координате Х .После ш шагов по ведущей координате заканчивается первый цикл, блок 1 запрещает поступление тактовых импульсов Ец, а на его первом выходе формируется сигнал Смена информации1и 4 О который подается на первый вход блока 2. Блок 2 вырабатывает комбинациюсигналов для записи информации иэ блока 4 в блок 5 по ранее установленному (начальному после первого цикла)45 адресу, т.е. в блок 5 вводятся дваЯслова: 6 Х, дь и ее знак. После этого блок 2 увеличивает адрес на единицу и вырабатывает комбинацию сигналов для считывания из блока 5 и передачи в блок 4 двух новых слов: ЬХ и начальное значение 8 щ, и ее знак.Блок 4 подготовлен к второму циклуинтерполяции, а на блок 1 поступает5сигнал "Конец смены информации", который разблокирует поступление ГВо втором цикле интерполяцииза ш шагов по ведущей координате вычисляется код.шагов по координате Х. Этот код поступает в регистр 7 н заполняет его первые ш разрядов, сдвигая ранее введенный код по координате Хна вторую группу из ш разрядов.После второго цикла интерполяции обмен информацией между блоками 4 и 5 происходит аналогично описанному обмену после первого цикла. Количество таких циклов равно и, где и - число координат для данного интерполятора. После выхода ш шагов по ведущей координате в и-м цикле также происходит обмен информацией между блоками 4 и 5 под управлением блока 2, с той лишь разницей, что из блока 4 передаются два слова в блок 5 по последнему и-му адресу, а в блок 4 вводятся рва слова, считанные из блока 5 по начальному адресу, Это значит, что в блок 4 передаются слова, которые были записаны в блок 5 после первого цикла интерполяции, т.е. восстанавливается состояние блока 4 для продолжения интерполяции в координатах Хэ, -Х,. К данному моменту все ши разрядов регистра 7 заполнены кодом распределения шагов по координатам за ш тактов. Сигнал "Конец смены информации" после и-го цикла с блока 2 на блок 1 не поступает по окончании обмена информацией между блоками 4 и 5. Блок 1 вырабатывает сигнал на своем выходе, который подается на пуск блока, задания скорости, С блока задания скорости начинают поступать сигналы с заданной по программе частотой й через элемент ИЛИ б на сдвиговый вход регистра 7 и на вход блока 1. Последний разряд в каждой из групп в ш разрядов регистра 7 является выходом по соответствующей координате (т.е, разряды с номерами ш, 2 ш, Зш и т,д.), На выходах этих разрядов с заданной по программе частотой формируются управляющие сигналы по координатам в зависимости от кодов, записанных в этих областях регистра .7. После и вышедших с блока задания скорости импульсов Г блок 1 разблокирует поступление частоты Ец на блок 3.В дальнейшем работа устройства осуществляется по циклам от первого до и-го в соответствии с приведенным1522154 описанием. Но все и циклов интерполяции должны производиться за время, меньшее периода следования сигналов Гт с блока задания скорости, В счетчик 8, который работает на вычитание, перед началом отработки участка вводится величина Ь Х,п. Каждый импульс Йт поступает на вход счетчика 8. Сигнал переполнения счетчика 8 свидетельствует об окончании интерполяции.Иаксимальная подача, которую может обеспечить устройство, пропорци-. ональна частоте на выходе блока зада5 ния скорости: 60Еьзс маЬ Ч так 10 1 ф У м/мингде Гь , - максимальная частота 20на выходе блока заданияскорости;Ь - величина единичного шага интерполяции, мм,соответствующая одномуимпульсу с выхода блоказадания скорости.В предлагаемом устройстве должновыполняться условие Ть те.п, где- время одного цикла интерполяции. ЗОЕсли Д ) О, то триггер 16 находится в нулевои состоянии, если д с 0 -в единичном. При 8 ) 0 импульс интерполяции проходит через элемент И 17на выход по ведущей координате. Повходу С задним фронтом этого импульсав триггер 16 записывается знак оценочной функции 8 , значение которого подается на вход Э триггера 16в виде инверсного сигнала переполнения комбинационного сумматора 12,Выход триггера 16 управляет коммутатором 11 двух входов на один выход, который, такии образом, в зависимости от знака д подключает к комбинационному сумматору 12 либо регистр ведущей координаты 9, либо регистр координаты Хк, причем числоиз регистра 9 передается в прямомкоде, из регистра 10 - в дополнительном, На второй вход сумматора 12 подается текущее значение оценочнойфункции Ю как в прямом коде приА )0, так и в дополнительном приД с О. Таким образом, на входах сумматора 12 одно слагаемое представленовсегда в прямом коде, другое - в дополнительном, Если результат суммирования положителен, то происходит переполнение сумматора, т.е. если д д З О, то Я = 1, и наоборот, если 3О, то Я = О. Таким образом, инверсное значение сигнала переполнения комбинационного сумматора 12 Я будет представлять знак Яь,. Одновременно с записью знака о , в триггер 16 этим же импульсом Г значение 8 с, записывается в регистр 13 сумматора.Блоки 1 и 2 аналогичны представленным в прототипе, за исключением того, что число (и) - 1, вводимое в блок 1 для изменения количества циклов интерполяции, в данной схеме является постоянным и ввода этой величины не требуется. Формула изобретения Ю 1. Иногокоорцинатный цифровой линейный интерполятор, содержащий при интерполяции по и координатам блок двухкоординатной интерполяции, информационный вход которого соединен с первым выходом блока оценочной функции, вход ввода блока двух- координатной интерполяции подключен к первому выходу блока управления обменом информации, выходы адресации, выборки и записи которого соединены с соответствующими входами управления первого и второго блоков памяти, информационный выход - с информационным входом блока управления интерполяцией, вход тактовой частоты которого соединен с первым информационным входом многокоординатного цифрового линейного интерполятора, выход "Пуск" которого подключен к первому выходу блока управления интерполяцией, второй выход которого соединен с вторым входом блока двух- координатной интерполяции и с первым входом блока оценочной функции, второй вход которого подключен к первому выходу блока двухкоординатной интерполяции, вход ввода приращения которого соединен с вторым информационным входом многокоординатного цифрового линейного интерполятора, третий информационный вход которого соединен с входом ввода счетчика перемещений, а выход - с выходом счетчика перемещений, третий выход блока управления интерполяцией соединен с первым входом блока управления обменом информацией, второй1522 154 12 перемещений, третий вход блока оценочной функции подключен к выходувторого блока памяти и к третьемуинформационному входу блока двухкоординатной интерполяции. тавитель ИЛвеПалийехред А.К Редактор А,Огар к Коррек каз 6960/43 Тираж 788 ПодписноеНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 113035, Москва, Ж, Раушская наб, д. 45 оизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул. Гагарина, 101 вход которого соединен с входом11 11Сброс многокоординатного цифровоголинейного интерполятора, второй выход блока линейной интерполяции -с информационным Входом второго блока памяти, а также элемент ИЛИ,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью упрощения конструкции интерполятора, в него введен и-выходной 10регистр сдвига, информационные выходы которого соединены с информационными выходами многокоординатногоцифрового линейного интерполятора,информацыонный вход - с первым выходом блока двухкоординатной интерпо;,ляции, а вход сдвига - с выходом элемента ИЛИ, первый вход котооого соединен с вторым выходом блока оценоч,ной функции а второй вход - с первым информационным входом многокоординатного цифрового линейного интернолятора, с тактовым входом счетчика 2. Интерполятор по п.1, о т л и -ч а ю щ и й с я тем, что блок оце- .ночной функции содержит триггер знака, элемент НЕ и элемент И, выход которого соединен с вторым выходом блока оценочной функции, первый вход -с инверсным выходом триггера знака,К-вход которого подключен к входу"Сброс" блока оценочной функции,О-вход - к второму входу блока оценочной функции, С-вход через элементНЕ подключен к первому входу блокаоценочной функции, третий вход которого соединен с 8-входом триггеразнака, второй. вход элемента И соединен с входом элемента НЕ,1