Цифровой функциональный преобразователь

Сотоа СоветсннкСоцнапнстниесиниРесиубпни ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ои 942034(61) Дополнительное к авт. свид-ву(22)Заявлено 28 05,80 (21 29848 б 9/18-24 л. 15/31 исоелинением заявки ре Ркудеротеевиый нтет 3) Приорите СССР а делан изобретений н открытий(088.8) а опубликования описания 07, 07, 8 2) Авторыизобретен Н. Соломаха, О. ГСииренеки 44.,и. 8 К. Костени Шевяк Рязанский радиотехнический инстит(7 ) Заявител 4) цИФРОВОр фуНК ЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕ Иэобре ке и вычи начено дл функциона жет найти вномерным раз функции области достатка ние аппа енные фу .е, отсу ойки на димо ение пределе ч111, явл ютсяог- жноскойданной тв ат ми устро ратурные нкционал озм иче и твие авт ти,наст устроиств ков с про тов-манип иэмерител ющих инфо виде кода налов. оспроизведени иво чик час бло прок прео блок блок Взвопине ение относится к автоматилительной техни е, предназвоспроизведения во времени ьных зависимостей. Оно моприменение при построении управления приводами станраммным управлением, роболяторов, в инфорйационноных системах, обрабатывамацию, представленную в и частотно-импульсных сигзвестен цифровой генератор функ- времени, который содержит сцетординаты, управляемый делитель оты (блок пересчета времени), памяти, счетчик участков апсимации (коммутатор участков), бразователь скважность-период, переписи, буферный запоминающий блок пересчета ординат.устройстве используется кусочно йная аппроксимация воспрои Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является функциональный генератор, содержащии управляемый делитель частоты (счетчик аргумента), подключенный к импульсному входу блока число-импульс ного умножения (набор генераторов фиксированных частот и элементов И, ИЛИ), счетчик ординаты, импульсным входом соединенный с первым входом блока число-импульсного умножения, а потенциальным - со знаковым выходом блока памяти (предлагается, что блок есть в прототипе), первая груп па потенциальных входов которого30 40 Цель изобретения - расширение класса решаемых задач за счет автоматического Формирования оптимального шага ломаной кривой, аппроксимирующей заданную.Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь, содержащий управляемый делитель частоты, блок памяти, счетчик участков аппроксимации, блок число-импульсного умножения и счетчик ординат, потенциальный вход которого соединен с выходом знака блока памяти, первая 50 55 3 9 Й 203подключена к выходам счетчика участков аппроксимации (регистр сдвига),а вторая группа выходов соединенасо входами блока число-импульсногоумножения, 58 этом устройстве, наряду с кусочно-линейной аппроксимацией и неравномерным шагом разбиения области определения воспроизводимой функции,используется более рациональный спо особ формирования временных интервалов, пропорциональных участкам аппроксимации, цто приводит к меньшимаппаратурным затратам 2.Отметим, цто информация о воспроизводимой кривой в виде кодов приращений между узловыми ординатами и кодовдлины участков аппроксимации хранятся в блоке памяти устройства. Перестройка на воспроизведение другойфункции может быть осуществлена изменением содержимого блока памяти, попредварительно подсчитанным данным.В ряде случаев возникает необходимость воспроизведения функции, 25которая повторяет изменения некоторого реального физического параметра во времени (например, цифровогокода с выхода какого-либо датчика),Такая задача, в частности, стоитпри создании роботов-манипулйоров,многократно повторяющих движение рабочего инструмента по траектории,предварительно запомненной в режимеобучения. В этом случае изменениесодержимого блока памяти должнобыть осуществлено автоматицески впроцессе обучения.Таким образом, недостатком является отсутствие возможности автоматического выбора интервала аппроксимации и расчета приращений кодамежду узловыми ординатами функций,заданной нелинейно изменяющимсяво времени двоичным кодом,группа входов которого соединена с выходами счетчика участков аппроксимации, первая группа выходов блока памяти соединена с потенциальными входами блока число-импульсного умножения, первый выход которого соединен с импульсным входом счетчика ординат, импульсный вход блока число-импульсного умножения соединен с первым импульсным выходом управляемого делителя частоты, дополнительно введены блок вычисления конечных разностей, коммутатор кода, шифратор и коммутатор импульсов, причем первая и вторая группы выходов блока конечных разностей соединены соответственно со второй группой входов блока памяти и входами шифратора, выходы которого соединены с первой группой входов коммутатора кода, вторая группа выходов и управляющие входы которого соединены соответственно со второй группой выходов и входами задания режима блока памяти, третья группа входов которого соединена с потенциальными выходами управляемого делителя частоты, потенциальные входы которого подключены к выходам коммутатора кодов, первый импульсный выход управляемого делителя частоты соединен с управляющим входом блока памяти и импульсным входом блока вычисления конецных разностей, тактовый вход которого соединен с первым тактовым входом преобразователя, второй тактовый вход которого соединен с импульсным входом управляемого делителя частоты, второй импульсный выход которого подключен к первому входу коммутатора импульсов, управляющие входы которого соединены с управляющими входами задания режима преобразователя и управляющими входами коммутатора кодов, второй вход которого подключен ко второму выходу блока число-импульсного умножения, информационные входы блока вычисления конечных разностей и счетчика ординат соединены соответственно с первым и вторым информационными входами преобразователя.При этом блок вычисления конечных разностей содержит три регистра, три сумматора, делитель частоты и четыре элемента задержки, причем импульсный вход блока вычисления конечных разностей соединен с уп6Обучение, в котором устройство поизменению входного кода й(с) формирует параметры аппроксимирующейкривой и заносит их в блок памяти.Воспроизведение в цифровом коделоманой кривой, аппроксимирующейс требуемой точностью заданную врежиме обучения Функцию И.(с).В первом режиме управляющий сиго нал с входа задания режима подклю"чает через коммутатор кодов выходышифратора 2 ко входам управляемогоделителя 4 частоты, блок 7 памятиустанавливает в режим записи и под" 35 ключает через коммутатор 5 импульсов второй выход управляемого делителя 4 частоты ко входу счетчика8 участков аппроксимации.В основу работы устройства в 2 в рассматриваемом режиме положен принцип определения-го интервала аппроксимации.С) Функции й(й) по величине второй производной й (с)текущего значения йИ) в соответст вии с известной формулой 2034 равляющими входами первого сумматора и через первый элемент задержкис управляющим входом первого .регистра, информационный вход которого соединен с информационным входом блока вычисления конечных разностейи первыми входами первого и второгосумматоров, второй вход и выходывторого сумматора соединены соответственно с выходом первого регистра 1и первой группой выходов блока вычисления конечных разностей, втораягруппа выходов которого соединенас выходами третьего сумматора, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходом второгосумматора, информационным входомвторого регистра и выходом второгорегистра, управляющий вход которогосоединен через второй элемент задержки с управляющим входом третьегосумматора и входом третьего элементазадержки, вход которого соединен суправляющим входом второго сумматора и через делитель частоты - стактовым входом блока вычисленияконечных разностей, первый вход второго сумматора соединен с информационным входом блока вычисления конечных разностей и информационнымвходом третьего регистра, выход иуправляющий вход которого соединены соответственно со вторым входомвторого сумматора и выходом четвертого элемента задержки, вход которого соединен с выходом второгоэлемента задержки.На фиг. 1 представлена блок-схема цифрового Функционального преобразователя; на Фиг. 2 - схема блокаконечных разностей,Цифровой функциональный преобразователь содержит блок 1 вычисленияконечных разностей, шифратор 2, коммутатор 3 кода, управляемый делитель4 частоты, коммутатор 5 импульсов,блок 6 число"импульсного умножения,блок 7 памяти, счетчик 8 участковаппроксимации, счетчик 9 ординат,тактовые входы 10 и 11 преобразователя, вход 12 задания режима. 7 8 1 ьв/й,( ) Ьй(2) 35 40 В начальный момент времени= 0входной код й(с) заносится в сцет чик 9 ординат. Затеи на вход управляемого делителя 4 частоты подаетсятактовая частота Г , .а на блок 1вычисления конечных разностей изменяющийся во времени код й(с). Бло 5 В ком вычисления конечных разностейчерез фиксированные интервалы времени дГ осуществляется последовательное вычисление конечностей разносей Блок 1 вычисления конечных разностей содержит элементы 13-16 задержки, регистры 17-19, сумматоры 20-22, делитель 23 частоты.Цифровой генератор Функции с автоматической перестройкой работает в двух режимах,где с ас +7,3Ьщ - погрешность аппроксимации.Для вычисления второй производ" ной используется приближенное ра- венство йЬ й - вторая конечная разность;АС - приращение аргумента .С учетом (1) и (2) запишем9420 порционально приращениювремени, т.е.х дф Ьйй . - код величины интервалааппроксимации; 52" - масштабный коэффициент,ф характерный для используемого в устройстве блока6 число-импульсного умножения, 10На импульсный вход управляемого делителя 4 частоты подается тактовая частота Г. , а на его потенциТр. фальные входы с выхода коммутатора 3 управляющий код й . Управляемый 15 делитель 4 частоты выполняет операцию деления, в соответствии с которой количество импульсов дх опорной частоты ГТ делится на значение управляющего кода й д и на выходе 20 его формируется количество импуль- сов ю х = (с - й) Г ьхд 2МИ25И мпул ь сы с выхода упра вляе мого делителя 4 частоты подаются на блок 6 число-импульсного умножения, на .потенциальные входы которого поступает код приращения функции со вто 3 рой группы выходов блока 7 памяти, Блок 6 число-импульсного умножения, в качестве которого может использоваться двоичный умножитель, реали-зующий зависимости(8) Таким образом, для воспроизведения функции й(й) без изменения масштаба времени по сравнению с режимомобучения должно выполняться соотношение (8).Предлагаемый цифровой функцональный преобразователь имеет более широкие Функциональные воэможности,чем существующие устройства подобного типа,эа счет автоматической настройкисвоих параметров на воспроизведениеф заданной во времени зависимости. Причем выбранный способ формирования.уцастков аппроксимации позволяетпри высокой точности воспроизведенияфункции наиболее экономично исполь 45 зовать объем запоминающего устройтва, которое, например, при непосредственном запоминании каждого егозначения в такте опорной частоты,может достигать недопустимой емкос 50 ти. Кроме того, предлагаемое устройство позволяет значительно экономить время подготовкч устройствак работе,К достоинству устройства следуетотнести простоту изменения масштабавремени генерирования функции, которое достигается путем изменениятактовой частоты Гт,ьдй Ж 2ьу= 3 =ецио - р 2 и Здесь и - разрядность блока число- импульсного умножения. Импульсы .Ау, подаются на вход реверсивного счетчика 9 ординаты, где вычитается иэ кода й , либо прибавляются к немуУЪ в зависимости от знака ыяпйй приращения функции на данном участке, который поступает так же с выхода блока 7 памяти, Таким образом, на реверсивном счетчике 9 ординаты происходит развертывание во времени кода й(е) в соответствии с выражением (7). Управление выбором иэ блока 7 памяти значении й . й эпфй осуществляется счетчиком 8 участков аппроксимации, состояние которого меняется через коммутатор 5 импульссами переноса = Евс;р со второго 3410выхода блока 6 число-Импульсного ум" ножения,За время развертывания й(й) в течение интервала времени й - й А аргумент функции получает приращение а на счетчик 9 ординаты поступаетколичество импульсов ф 2 и й3которое должно быть равно приращениюйй между узловыми ординатами- 1и .Исходя из этогоах = 2" йм,или(С -с ) Г йас 2Последнее соотношение позволяетнайти значение тактовой частоты Ег,которая должна подаваться на устрой.ство в режиме воспроизведения. Учи"тывая (6), получаем, что2031 12 5 1 о 15 Формула изобретения 2. Преобразователь по и. 1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, цто блок вычисления конечных разностей содержит три регистра, три сумматора, делитель частоты и четыре элемента задержки, причем импульсный вход блока конечных разностей соединен с управляющими входами первого сумматора и через первый элемент задержки с управляющим входом первого регистра, информационный вход которого соединен с информационным входом блока вычисления конечных разностей и первыми входами первого и второго сумматоров ; второй вход и выходы второго сумматора соединены соответственно с выходом первого регистра и первой группой выходов блока вычисления конецных разностей, вторая группа выходов которого соединена с выходами третьего сумматора, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходом второго сумматора, информационным входом второго регистра и выходом второго регистра, управляющий вход которого соединен через второй элемент задержки с управляющим входом третьего сумматора и входом третьего элемента задержки, вход которого соединен с управляющим входом второго сумматора и через делитель частоты - с тактовым входом блока вычисления конечных разностей,. первый вход второго сумматора соединен с информационным входом блока вычисления конечных разностей и информационным входом третьего регистра, выход и управляющий вход которого соединены соответственно со вторым входом второго сумматора и выходом четвертого элемента задержки, вход которого 11 сДИзобретение легко реализуется на современной элементной базе цифровой техники и может найти применение при построении интерполяторов для станков с числовым управлением в системе автоматического управления роботами-манипуляторами. Цифровой функциональный преобразователь, содержащий управляемый делитель частоты, блок памяти, счетчик участков аппроксимации, блок число-импульсного умножения и счетчик ординат, потенциальный вход которого соединен с выходом знака блока памяти, первая группа входов которого соединена с выходами счетчика участков аппроксимации, первая группа выходов блока памяти соединена с потенциальными входами блока число-импульсного умножения, первый выход которого соединен с импульсным входом сцетчика ординат, импульсный вход блока число-импульсного умножения соединен с первым импульсным выходом управляемого делителя частоты, отличающий с я тем, что, с целью расшийния класса решаемых задач за счет автоматического формирования оптимального шага ломаной кривой, аппроксимирующей заданную, в него введены блок вычисления конечных разностей, коммутатор кода, шифратор и коммутатор импульсов, причем первая и вторая группы выходов блока конечных разностей соединены соответственно со второй группой входов блока памяти и входамишифратора, выходы которого соединеныс первой группой входов коммутаторакода, вторая группа выходов и управляющие входы которого соединены соответственно со второй группой выходов и входами режима блока памяти,третья группа входов которого соединена с потенциальными выходами управляемого делителя частоты, потенциальныс входы которого подклюцены к выходам коммутатора кодов, первый импульсный выход управляемого делителячастоты соединен с управляющим входомблока памяти и импульсным входом блока вычисления конечных разностей,тактовый вход которого соединен спервым тактовым входом преобразоватезо 25 зо 35 4 о 45 5 О 55 ля, второй тактовый вход которого соединен с импульсным входом управляемого делителя частоты, второй импульсный выход которого подключенк первому входу коммутатора импульсов, управляющие входы которого соединены с управляющими входами заданиярежима преобразователя и управляющимивходами коммутатора кодов, второйвход которого подключен ко второмувыходу блока число-импульсного умножения, информационные входы блокавычисления конечных разностей исчетчика ординат соединены соответственно с первым и вторым информационными входами преобразователя.13 942034соединен с выходом второго элементазадержки. ИИПИ Заказ 4842/40 Тираж 731 сн город, ул. иал ППП "Патент ктная,Источники информации, принятые во внимание при экспертизеЮ 1. Авторское У 506015, кл. С 2. Авторское М 485440, кл. С 5 (прототип).