Линейно-круговой интерполятор

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН ОИ (11) 504 0 05 В 19/18 О с ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71 ) Харьковский ордена Ленинаполитехнический институтим. В.И, Ленина(56) Авторское свидетельство СССРВ 732818, кл. С 05 В 19/18, 979,Авторское свидетельство СССРИф 1149218, кл. С 05 В 19/18, 1982.(57)Изобретение относится к областиавтоматики и вычислительной техники,и может быть использовано в системах числового программного управления станками, Целью изобретенияявляется повышение точности круговой интерполяции дуги. Линейно-круговой ннтерполятор содержит регистры, сумматоры, умножители, блокиэлементов И блок тактирования, генератор импульсов, делители, коммутатор, блок линейной интерполяции,сумматор-накопитель, блок переключения, Данное изобретение сочетаетдве существенно отличающиеся группыинтерполяции с постоянным шагом имногоразрядными приращениями. Применение блока линейной интерполяциипо методу оценочной функции и связанных с ним дополнительных элементови блоков к интерполятору с многоразрядными приращениями позволило исключить накопление ошибки, скачков,существенно повысить точность круговой интерполяции. При круговой интерполяции после расчета многоразрядных приращений производится коррекция положения рассчитанной точкипутем линейной интерполяции одиноч .ными шагами из этой точки к центруокружности, 3 з.п. ф-лы, 5 ил.215090 2 55 1 1Изобретение относится к областиавтоматики и вычислительной техникии может быть использовано в системах числового программного управления станками.Цель изобретения - повышение точности круговой интерполяции дуги,Данное техническое решение сочетает две существенно отличающиесягруппы интерполяции: с постояннымшагом и многоразрядными приращениями, Применение блока линейной интерполяции по методу оценочной функциии связанных с ним дополнительныхэлементов и блоков к интерполяторус многоразрядными приращениями позволило исключить накопление ошибки,скачков, существенно повысить точность круговой интерполяции,На фиг. 1 приведена структурнаясхема предлагаемого интерполятора;на фиг. 2 - схема выполнения блокатактирования; на фиг. 3 - примервыполнения блока линейной интерполяции; на фиг. 4 - блок переключения,Линейно-круговой интерполятор содержит первые 1 и 2, вторые 3 и 4и третьи 5 и 6 регистры, первые 7 и8 и вторые 9 и 10 сумматоры, умножители 11 и 12, делители 13 и 14,первые 15, 16 и вторые 17, 18 блокиэлементов И, блок тактирования 19,генератор импульсов 20, коммутатор21, блок линейной интерполяции 22,сумматор-накопитель 23 блок нереключения 24, первые 25, 26 и вторые 27, 28 выходы делителей 3 и 14соответственно, 29-30, 31-33 входыи 34-37 выходы блока переключения,вход 38 и выходы 39-44 блока тактирования,Блок переключения 24 содержитэлементы И 45"48. Связи, показанные на схеме, обеспечивают требуемое для правильной работы интерполятора подключение шин 29 и 30 на выходные шины 35 и 36 в режиме линейной интерполяции и в режиме круговой интерполяции " на шины 34 и 37 для передачи в сумматорыи 8 соответственно.Блок тактирования 19 включает 5 -триггер 49, генератор импульсов 50, элемент И 51, счетчик импульсов 52, дешифратор 53. По входной линии 38 поступают импульсы, задающие цикл вычислений, выходные шины 39-44 под 5 О 5 20 25 ЗО 35 40 45 50 ключаются к соответствующим блокам интерполятора (см. фиг, 1).Блок линейной интерполяции 22 содержит 5 -триггер 54, элемент задержки 55, элементы И 56, 57, регистры 58, 59, входы 60, б и 62 блока, выходы 63, 64 блока линейной интерполяции, Связи блока линейной интерполяции обеспечивают линейную интерполяцию по методу оценочной, функции вдоль прямой, задаваемой точками с координатами ХУ и О, О, где Х и У - координаты, получаемые с выхода сумматоров 7 и 8, по направлению к точке с координатами 0,0.Блок переключения 24 содержит также элементы И 65, бб, элементы ИЛИ 67, 68, аблок линейной интерполяции 22 - блоки элементов И 69 и 70 и сумматор-накопитель 71.На фиг,обозначено: выход 72 1сумматора-накопителя 23 и выход 73 генератора импульсов.Блоки элементов И интерполятора содержат ш двухвходовых элементов И, где ш - разрядность блока, Выходы элементов И образуют выходную шину блока, первые входы - первую входнуЮ шину, вторые входы - вторую входную шину.Устройство работает следующим образом.В регистрах 1 и 2 в исходном состоянии устанавливаются координаты начальной точки Х , У дуги при круговой интерполяции либо величины перемещения по осям Х, У на участке отработки при линейной интерполяции, В процессе круговой интерполяции в этих регистрах содержатся величины координат текущей точки дуги, в процессе линейной интерполяции содержимое регистров 1 и 2 не меняется,В умножителях 11 и 12 производится умножение содержимого регистров 1 и 2 на величину шага интерполяции по контуру Н. Величина шага Н определяется заданной скоростью подачи и длительностью цикла вычислений Т т.е. Н= Ч, причем 3 =сопзС. Если регистрыи 2 имеют ш разрядов каждый, а для величины шага Н предусмотрена К разрядов, то разрядность произведения составит (ш + К),. В регистрах 3 и 4 размещаются суммы содержимого соответствующего умно- жителя 11 и 12 и ш младших разрядов делимого делителей 13 и 14, суммированне которых производится сумматорами 9 и 1 О. Делители 13 и 14 осуществляют деление содержимого регистров 3 и 4 на величину радиуса дугиВ при круговой интерполяции или навеличину перемещения по контуру 1при.линейной интерполяции. Делениепроизводится с точностью до К разрядов, т.е, К - разрядное частное размещается в выходном регистре делите-.ля 13 (или 14), а т - разрядный остаток сохраняется в регистре делимого, Блоки элементов И 15 и 16 служат для передачи содержимого ш младших разрядов делимого делителей 13 и14 на сумматоры 7 и 8. В регистрах5 и 6 хранятся величины приращенийкоординат 0 Х и Ь У. Блок тактирования19 с приходом каждого тактового сигнала по входу 38 вырабатывает на выходах 39-44 последовательность изшести импульсов, которые определяютпоследовательность операций в устройстве. Блок переключения 24 в режимекруговой интерполяции подключает выход регистра 5 на вход сумматора 8по шине 7 и на выход интерполяторапо оси у по шине 36; выход регистра 6 подключен на выход сумматора7 по шине 34 и на выход интерполятора по оси х по шине 35. В режиме линейной интерполяции выход регистра 5 подключен к шине 35, выход регистра 6 - к шине 36. В этомрежиме подключения шин 34 и 37 квыходам регистров 5 и 6 не производится. Укаэанные. элементы обеспечи"вают расчет и выдачу приращенийкоординат на методу ЦДА с многоразрядными приращениями. При круговой интерполяции после расчета многоразрядных приращений производится коррекция положения рассчитанной точки путем линейной интерполяции одиночными шагами из этой точки к центру окружности. Принцип коррекции поясняется на фиг. 5. После каждого шага рассчитывается значение оценочной функции для окружности. Линейная интерполяция к центру окружности прекращается при изменении знака оценочной функции для окружности. Линейную интерполяцию одиночными шагами вынолняет блок линейной интерполяции 22, в регистры которого поступают координаты начальной точки движения с сумматоров 7 и 8, Коммутатор 21 разрешает про 1215090 4хождение импульсов от генератора 20для ведения линейной интерполяции.С выхода 63 блока линейной интерполяции 22 по координате Х импульсыпоступают на входы регистра 1 и регистра 5, уменьшая их содержимоена единицу с приходом каждого импульса, Прн этом через блок элементовИ 17 разрешается сложение значения 10 координаты Х с содержимым сумматоранакопителя 23, в котором хранитсязначение оценочной функции дляокружности, Аналогичные действияпроисходят при расчете координаты 15 у по линии 64, импульсы поступаютна входы регистра 2 и регистра 6,уменьшая их содержимое. С каждымимпульсом через блок элементов И 18содержимое регистра 2 поступает в 20 сумматор-накопитель 23. При переполнении сумматора-накопителя (изменение знака оценочной функции для окружности) коммутатор 2) запрещаетпрохождение импульсов с генератора 25 20 на блок линейной интерполяции 22.1Режим линейной интерполяции.В этом режиме в регистры 1 и 2вводятся величины Хр и У перемещений по осям на участке интерполя-ции, в умножителяхи 12 устанавливается множитель Н, в делителях13 и 14 - делитель 1 (длина участкаинтерполяции), в регистрах 3 и 4 -нули, в блок переключения 24 эадает ся по входу 33 команда 1 Линейная интерполяция"На каздый сигнал циклапо входу 38 блок 19 вырабатывает 6тактов, Первый такт по линии 39 разрешает запись содержимого регистра40 во входной регистр умнозителя 11,вслед за чем производится умножениевеличины Х на Н, Второй такт по линии 40 разрешает передачу содержимого ш младших разрядов делимого дели теля 13 через блок элементов И 15 ивсумматор 9 и запись суммы в регистр3. Третий такт по линии 41 разрешает запись содержимого регистра 3 врегистр делимого делителя 13, вслед50 за чем осуществляется операция деле"ния и запись результата деления.в регистр 5, Аналогичные действия припрохождении первых трех тактовых сигналов производятся во втором коорди 55 натном канале. Четвертый и пятый такты в этом режиме действий ие производят, шестой такт по линни 44 разрешает передачу содержимого регист.ров 5 и 6 на выходные шины 35 и 36 соответственно, В режиме линейной интерполяции коммутатор 21 закрыт,Режим круговой интерполяции.В этом режиме в регистрах 1 и 2 устанавливаются величины Х , Уо координаты начальной точки дуги, в умножителях 11, 12 - величина шага интерполяции Н по дуге, в делителях 10 13 и 14 - радиус дуги окружности В. Операции, производимые тактами 1-3, остаются прежними, как и в режиме линейной интерполяции. Четвертый такт по линии 29 разрешает передачу 15 содержимого регистра 5 через блок переключения 24 на шину 37 и суммирование с содержимым регистра 2 через сумматор 8, а также передачу содержимого регистра б через блок пере ключения 24 на шину 34 и суммирование с содержимым регистра 1 через сумматор 7, При этом выполняются операции У;=У;+ьу,; Х, =Х;+ 6 Х В четвертом такте также производит ся запись координат начальной точки интерполяции в регистры блока линейной интерполяции 22 по линиям 61 и 62. В пятом такте открывается коммутатор 21 и разрешается прохождение 30 импульсов генератора 20 через коммутатор 21 на вход блока линейной интерполяции по линии 60 до момента переполнения сумматора-накопителя 23, В сумматоре-накопителе 23 хранится значение оценочной функции для окруж" ности. После расчета прирашений по ЦДА методу в сумматор-накопитель добавляется величина Н . В процессе2линейной интерполяции одиночными 40 шагами при шаге по оси Х уменьшается на единицу содержимое регистра 1, регистра 5 и изменяется на величину -(2 Х +1) содержимое сумматора-накопителя 23. При шаге по оси У уменьшается на единицу содержимое регистра 2, регистра 6 и изменяется на величийу -(2 + 1) содержимое сумматора-накопителя. При переполнении сумматора-накопителя 23 возни кает сигнал, закрывающий ключ по линии 72, интерполяция прекращается, На вход блока переключения в режиме круговой интерполяции по линии 31 подается сигнал "Круговая интерполя ция", поэтому шестой такт по линии 44 разрешает передачу содержимого регистра 5 через блок переключения 24 на выходную шину )Ь, а содержимого регистра б - на выходную шину 35.В интерполяторе реализуются следующие вычисления,В режиме линейной интерполяции:Ак, еп 61-(х, нй. 11Г 1х," 1(Н+ (ах, -Х, в, мЦ(, н.й,. 1),й:, иа ье,где еп 1 - целая часть выражения;(1(1 ч. - остатки -го шага вычисления.В режиме круговой интерполяции по методу ЦДА с многоразрядными приращениями:.-й,(, фН У,-д Х; й,После ЦДА вычислений изменяется значение оценочной Функции 0, для окружности (первоначально 0 =О)(1 2При шаговой линейной интерполяции оценочная функция имеет видЕсли 1 Г ( О, то делается шаг по оси причемЧ=Ч +Х(1 = 0;- (2 У 1)1 -У-(,Если 13 О, то делается шаг по осиХ, причемЧ =Ч, -11+ 1 Ф 1О " О;-2(Х),Х -Х,Пошаговая интерполяция прекращается, когда 0 - О, после чего принимаетсяХ 1+,-Х, ЬХ; =/Х, -,/У;=, ь;:/ч,где 11 - число шагов линейной интерполяции по осям Х и 1соответственно.На фиг. 2 приведена схема блокатактирования 19. В исходном состоянии триггер управления 49 находитсяв состоянии 0, элемент И закрыт,счетчик сброшен, С приходом импульса цикл к входу 38 триггер 49 устанавливается в "1", открывается элемент И 51, через который проходятимпульсы генератора 50Очереднойимпульс генератора 50 увеличиваетсодержимое счетчика 52, на выходахдешифратора 53 последовательно, начиная с линии 39 и заканчивая линией44, появляются сигналы управления.После сигнала по линии 44 появляется сигнал по линии 32, который устанавливает триггер 49 и счетчик 52в исходное состояние,На фиг. 3 приведена схема блокалинейной интерполяции. В регистр 58по шине 61 загружается начальноезначение координаты Х для пошаговойлинейной интерполяции с выхода сумматора 7 (см. фиг, 1) после расчетамногоразрядных приращений по ЦДА методу. Аналогично по шине 62 загружается регистр 59 начальным значениемкоординаты 1 . В сумматоре-накопителе 71 содержится значение линейнойоценочной функции Ч . Первоначально7 = О, триггер 54 находится в "О",.Первый, импульс, пришедший по линии60, проходит через открытый элементИ 56 на линию 63 (шаг по оси Х) иоткрывает блок элементов И 69; приэтом в сумматор-накопитель .71 передается содержимое регистра 58, Через элемент задержки 55 триггер 54устанавливается в "1". Если в сумматоре-накопителе переполнения нет, тотриггер 54 остается в "1" и следующий импульс проходит через элементИ 57 на линию 64, содержимое регистра 59 через блок элементов И 70 поступает в сумматор-накопитель 71, ина линию 64 (шаг по оси У). Очередной импульс с линии 60 проходит налинию 63 и 64 в зависимости от нали 1215090чия или отсутствия импульса переполнения с сумматора-накопителя 7 на предыдущем цикле.На фиг. 4 приведена схема блокапереключения, В режиме круговой интерполяции на линии 29 присутствует "1" (" Круговая интерполяция" ). При поступлении четвертого такта по линии 42 шина 29 через блок элементов И 65 подключается к шине 37, а шина 30 через блок элементов И 66 - к шине 34, При поступлении шестого такта по линии 44 шина 29 через элемент И 47 и элемент ИЛИ, 68 подключается к выходной шине 36, а шина 30 через блок элементов И 46 и элемент ИЛИ 67- к выходной шине 35.2 ОФормула изобретения1, Линейно-круговой интерполятор,содержащий в каждом координатном канале последовательно соединенныепервый сумматор, первый регистр,умножитель, второй сумматор, второйрегистр, делитель и первый блок элементов И, выход которого подключенк второму входу второго сумматораканала, а также блок тактирования иблок переключения, первый и второйвыходы которого соединены с первымивходами первых. сумматоров соответственно первого и второго координатных каналов, вторые входы которых 35подключены к выходу первого регистра своего канала, вторые входы первых регистров соединены с первымвходом блока перекЛючения и с первым выходом блока тактирования, второй выход которого соединен с вторымвходом делителя в каждом канале,третий выход " с вторым входом второго регистра и вторым входом блока элементов И, первого и второгокоординатных каналов, а четвертыйвыход блока тактирования соединен свторым входом умножителя в каждомканале, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью повышения точности 50интерполяции по контуру дуги, введены сумматор-накопитель, последовательно соединенные генератор, коммутатор и блок линейной интерполяциии в каждый координатный канал - вто"рой блок элементов И и третий регистр, выход которого соединен ссоответствующим входом блока переключения, первый вход третьего ре 1215090 10гистра каждого координатного канала соединен с соответствующим выходом блока линейной интерполяции, с третьим входом первого регистра своего координатного канала и с первым входом второго блока элементов И, второй вход которого подключен к выходу первого регистра, а выход - к соответствующему входу сумматора-на копителя, подключенного выходом к второму входу коммутатора, третий вход которого подключен к пятому выходу блока тактирования, шестойвыход которого соединен с третьим 15 входом блока переключения, второй вход третьего регистра в каждом ко:ординатном канале подключен к второму выходу делителя данного канала, вторые выходы блока переключения 20 являются выходами линейно"кругового интерполятора, вторые входы блока линейной интерполяции соединены с выходом первого сумматора каждого координатного канала. 252, Интерполятор по п. 1, о т л ич а ю щ и й с я тем, что блок тактирования.содержит ВБ-триггер и последовательно соединенные генератор импульсов, элемент И, счетчик 30 импульсов,и дешифратор, выходы которого подключены к выходам блока тактирования, прямой выход ВБ-триггера соединен с вторым входом элемента И, 8 -вход подключен к установоч- З 5 ному входу блока тактирования, а В- вход " к В-входу счетчика и к выходу последнего разряда дешифратора.3. Интерполятор по и, 1, о т л ич а ю щ и й с я тем, что блок линей ной интерполяции содержит первый регистр, элемент задержки, первый элемент И и последовательно соединенные второй регистр, первый блок элементов И, сумматор-накопитель, ВБтриггер, второй элемент И и второйблок элементов И, выход которого соединен с вторым входом сумматора-накопителя, первый вход блока линейнойинтерполяции подключен к первомувходу первого и к второму входу второго элементов И, а через элементзадержки к 1 - входу ВБ-триггера,прямой выход которого соединен свторым входом первого элемента И,подсоединенного выходом к второмувходу первого блока элементов И ик соответствующему выходу блока линейной интерполяции. 4. Интерполятор по и, 1, о т л ич а ю щ и й с я тем, что блок переключения содержит шесть элементов И и два элемента ИЛИ, выходы которых соединены с вторыми выходами блока переключения, а входы - соответственно с выходами первого, второго, третьего и четвертого элементов И, выходы пятого и шестого элементов И подключены к первым выходам блока переключения, первый вход которого соединен с первыми входами первого, третьего и пятого элементов И, второй вход - с первыми входами второго, четвертого и шестого элементов И, второй вход шестого элемента И подключен к второму входу пятого элемента И, третий вход - к вторым входам второго, третьего элементов И и к третьему входу пятого элемента И, второй вход первого элемента И соединен с вторым входом четвертого элемента И, третий вход первого элемента И подключен к третьим входам второго, третьего и четвертого элементов И.. Швецнец Корректор С, Черн едакто еселовска Тираж 837Государственного комитета СССРелам изобретений и открытийМосква, Ж, Раушская наб., д з 905 ВНИИПИ Подписно 113035,ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4