Круговой интерполятор

,5124 С 05 В 1 ГОСУД АРСТВЕНН ПО ДЕЛАМ ИЗО И КОМИТЕТ СССРТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНН А 8 ТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 4) КРУГОВОЙ ИНТЕРПОЛЯТ и и ССР.1983Р985.(56) Авторское свидетельствоУ. 1024880, кл. С 05 В 19/4 13,Авторское свидетельство ССУ 1259218, кл, С 05 В 19/18,(57) Изобретение может быть использовано в системах числового программного управления, а также в устройствах отображения графической информа"ции на дисплеях или графопостроителях, Цель изобретения - повышениебыстродействия и точности интерполятора. Интерполятор содержит блок 1определения шага, два реверсивныхсчетчика 2 и 3, два сумматора-нако13524 пителя 11 и 14, два блока элементов И 5 и б, два регистра 7 и 9 координат конечной точки, пять блоков сравнения 4, 8, 10, 13 и 15, элемент И 12 и блок 16 вывода приращений по координатам, Третий блок сравнения 4 определяет, какое из текущих значений коордичат больше, четвертый и пятый блоки сравнения 13 и 15 - содержимое первого сумматора-накопителя 11 (модуль функции И) больше или нет значения радиуса дуги окружности К, находящегося во втором сумматоре-нако- пителе 14, Блок 1 определения шага 1 по комбинации сигналов с третьего, четвертого, пятого блоков сравнения 614, 13, 15 и знаковому сигналу с первого сумматора-накопителя 11,выдает приращения на каждом тактовом импульсе или по одной координате, или по обеим - диагональный шаг, а также осуществляет перенос слагаемых в соответствии с алгоритмом работы в первый сумматор-накопитель 11 из реверсивных счетчиков 2, 3, где хранятся текущие значения координат, и изменяет содержимое последних на +1, При равенстве текущих значений координат конечным, что определяется первым и вторым блоками сравнения 8 и 10, интерполяция заканчивается, 1 з.п, ф-лы, 4 ил.Изобретение относится к технике автоматизированного управления производственными процессами и может быть использовано в системах числового программного управления станками.Цель изобретения - повышение быстродействия и точности интерполятора.На фиг. 1 приведена функциональная схема кругового интерполятора; на фиг. 2 - схема блока определения шага; на фиг. 3 - схема блока вывода координат; на фиг, 4 - пример аппроксимации дуги окружности радиуса К=20,Интерполятор содержит блок 1 опре деления шага, реверсивные счетчики 2, 3, третий блок 4 сравнения, блоки 5, б элементов И, регистр 7 координат конечной точки, блок 8 сравнения, регистр 9 координат конечной точки, блок 10 сравнения, первый сумматор- накопитель 11, элемент И 12, четвертый блок 13 сравнения, второй сумматор-накопитель 14, пятый блок 15 сравнения, блок 16 вывода прираще ний по координатам.Блок 1 содержит элементы И 17-22, элементы ИЛИ 23-26.Блок 16 содержит КЗ-триггера 27, 28, элементы И 29-32. 30Интерполятор работает следующим образом.При движении по часовой стрелкев первом квадранте предварительнодо образования приращений по координатам вычисляется новое значениефункции Н , равное:У =О+ 2 Х; + 1, еслиХ, й 7;Ц =11-27 +1 еслиХУФ 1При значении модуля функции 11 меньше значения радиуса дуги окруж 1ности К(/О /( К) делается шаг по координате, текущее значение которой меньше. При значении модуля функции1У больше или равного значению радиуса К(/П /К) делается диагональный шаг с одновременным вычислением слеП дующего значения функции У , равного:1Ц -2 У + 1, если Х; 6 У;/0 +2 Х; + 1, если Х;У;.После каждого шага по координате происходит изменение ее текущего значения на А 1, При равенстве, текущих координат конечным вычисления заканчиваются.Из приведенного видно, что для вычисления последующего значения функции Ц в и+1-разрядный сумматор-накопитель 11, где хранится текущее значение функции, необходимо добавлять либо прямой код числа 2 Х;+1, либо дополнительный код числа 2 У -1. В Б 3разрядных реверсивных счетчиках 2,3 находятся текущие значения Х; и У соответственно. Если делается диагови н2 -(2 У) =2 2 -1-(У) +1,15 где выражение, стоящее в квадратных скобках, равно обратному коду содержимого реверсивного счетчика 3, предварительно уменьшенного на "1". Координата У при движении по часовой стрелке уменьшается, реверсивный счетчик 3 работает на вычитание и из координаты начальной точки У вычитается "1" перед началом отработки. Если обратный код иэ реверсивного счетчика 3 передавать со сдвигом на один разряд в сторону старшего в сумматор-накопитель 11 и прибавлять "1" в его первый разряд, то в сумматор- накопитель 11 подается дополнительный код числа 21-1.При движении против часовой стрелки в первом квадранте до образования приращений по координатам новое значение функции Б вычисляется следующим образом: 1Ю =У+ 2 Х - 1 еслиХ 7У ъ ( 9аоП =Б - 27 - 1 если Х ) У1 э1В случае /П / с В делается шаг по координате, текущее значение которой меньше. При /У /К делается диагональный шаг с вычислением следующего1(значения функции Б 1Б =П -2 УеслиХУР фП (Б =У +2 Х,-1, еслиХ, )У 50 Следовательно, для вычисления последующего значения функции У в сумматор-накопитель 11 необходимо добавлять либо прямой код числа 2 Х; -1, либо дополнительный код числа 2 У +1. Координата Х при движении против часовой стрелки уменьшается, реверсивный счетчик 2 работает на вычитание,13524 нальный шаг или шаг по оси Х, то пря мой код из реверсивного счетчика 2 подается со сдвигом на один разряд в сторону старшего в сумматор-накопитель 11 и прибавляется "1" в его первый разряд. Следовательно, в сумматор-накопитель 11 подается прямой код числа 2 Х;+1.При диагональном шаге или шаге по оси У в сумматор-накопитель 11 необходимо подать число, равное 2 - -(21-1) - это дополнительный код числа 2 У. 61и из координаты начальной точки Х вычитается 1 перед началом отработки,При диагональном шаге или по оси Х прямой код из реверсивного счетчика 2 подается со сдвигом на один разряд в сторону старшего в сумматор- накопитель 11 и прибавляется 1 в его первый разряд. Следовательно, в сумматор-накопитель 11 подается прямой код необходимого числа:2(Х,-1)+1 = 2 Х;При диагональном шаге или шаге пооси У обратный код иэ реверсивногосчетчика 3, равный 2 -1-У , подаетсясо сдвигом на один разряд в сторонустаршего в сумматор-накопитель 11 иприбавляется 1 в его первый разряд:2(2 -1-У;)+1 = 2 -(2 У +1),(1что является дополнительным кодомнеобходимого числа 2 У +1,Иэ приведенного описания видно,чтостратегия вычислений, структура, связи,состав предлагаемого кругового интерполятора сохраняются без измененийпри движении как по часовой, так ипротив часовой стрелки, При шаге пооси Х или диагональном шаге иэ реверсивного счетчика 2 через блок 5передается удвоенный прямой код всумматор-накопитель 11 и добавляется1 на его вход, после чего изменяетсятекущее значение Х в реверсивном1счетчике 2 на +1 в зависимости отнаправления движения. При шаге пооси 7 или диагональном шаге из реверсивного счетчика 3 через блок 6 передается удвоенный обратный код в сумматор-накопитель 11 и добавляется1 на его вход после чего изменяется1текущее значение У в реверсивномсчетчике 3 на +1.Перед началом отработки дуги окружности в реверсивные счетчики 2 и3 вводятся значения координат начальной точки Х и У соответственно, ав регистры 7 и 9 - значения координатконечной точки Хи У, На установочные входы блока 16 вывода координатподается 1 при наличии команд движения в отрицательном направлении -Хи -У соответственно. В сумматор-накопитель 14 заносится прямой код радиуса дуги окружности. Сумматор-накопитель 14 необходим для получения дополнительного кода радиуса. путем прибав1 бчении функции Б правильный результат сравнения присутствует на выходе блока 15, где происходит сравнение дополнительных кодов, а на знаковом выходе сумматора-накопителя 11 положительный потенциал. При.положительном значении функции 0 правильный результат сравнения - на выходе блока 13, где сравниваются прямые коды, а на знаковом выходе сумматора-накопителя 11 нулевой потенциал, Знаковый выход сумматора-накопителя 11 соединен через пятый вход блока 1 с первым прямым входом элемента И 17 и с первым инверсным входом элемента И 22, Выход блока 15, на котором при Я/ с К положительный потенциал, а при /У/К- нулевой, соединен с первым инверсным входом элемента И 17, выход блока 13, на котором при У с К положительный потенциал, а при ПК - нулевой, соединен с вторым инверсным входом элемента 22, При Х;У очередной импульс из рабочей тактовой последовательности Е , поступающий на вторые входы элемейтов 18, 21 через второй вход блока 1, проходит через элементы 21, 23, появляется на первом выходе блока 1 как шаг по оси Х, а при П ь К и положительном значении функции У этот же импульс проходит еще через элементы И 23 и ИЛИ 24, появляется на втором выходе блока 1 как шаг по оси Б, а также проходит через элемент ИЛИ 26 и появляется на четвертом выходе блока 1, осуществляя перенос числа из реверсивного счетчика 3 через блок 6 в сумматор-накопитель 11 в соответствии с алгоритмом. При ХУ. очередной импульс .из тактовой последовательности Ер проходит через элементы И 18 и ИЛИ 24, появляется на втором выходе блока 1 как шаг по оси У, а при Й/К и отрицательном значении функции Б этот же импульс проходит еще через элементы И 17 и ИЛИ 23, появляется на первом выходе блока 1 как шаг по оси Х, а также проходит через элемент ИЛИ 25, появляется на третьем выходе блока 1, осуществляя перенос числа из реверсивного счетчика 2 через блок 5 в сумматор-накопитель 11 в соответствии с алгоритмом работы., Приведенное построение блока 1 возможно потому, что при Х;У положительные значения функции 0 никогда не превьппают значения радиуса К и 5 135246 ления 1 к обратному коду. С первого выхода сумматора-накопителя 14 на второй вход блока 13 сравнения подается прямбй код радиуса, а с второго выхода на второй вход блока 15 сравне 5 ния подается дополнительный код радиуса. Сумматор-накопитель 14 можно заменить двумя регистрами, причем в первый заносить прямой код радиуса, а во второй - дополнительный. Использование регистров вместо сумматора приводит к усложнению подготовки кодированной программы, в которой необ-, ходимо иметь помимо прямого кода ра диуса еще и дополнительный. На первый и второй входы блока 4 подаются для сравнения прямые коды текущих координат Х; и У из реверсивных счетчиков 2 и 3. С выхода блока 4 через шестой вход блока 1 на прямые входы элементов 18, 20 и инверсные входы элементов 19, 21 подается положительный потенциал при Х,У и ну 3 левой - при Х сУ . Очередной сигнал из тактовой последовательности синхронизации Е , поступающий на первый вход блока 1, появляется либо на третьем выходе блока 1, проходя через элементы И 19 и ИЛИ 25, если Х; с У, либо на четвертом выходе блока 1,проходя через элементы И 20 и ИЛИ 26, если ХУ . Сигнал с третьего выхода блока 1 подается на блок 5, осуществляет перенос удвоенного прямого, кода из реверсивного счетчика 2 в сумматор-накопитель 11 и поступает на его первый разряд, добавляя 1, В сумматоре-накопителе 11 образуется новое значение функции Б, равноелибо пО У = Б + 2 Х, +1 при движении по часовой стрелке, либо П = Б +2 Х, -1 при движении против часовой стрелки.Сигнал с четвертого выхода блока подается на блок 6, осуществляя пере нос удвоенного обратного кода из реверсивного счетчика 3 в сумматор-накопитель 11 и поступает на его первый разряд, добавляя 1, В сумматоре-накопителе .11 образуется новое значение 5 О функции У: либо Б = 0 - 2 У +1 при движении по часовой стрелке, либо П= У -2 У -1 при движении против часовой стрелки.Выход сумматора-накопителя 11 подается на объединенные первые входы блоков 13, 15, в которых происходит сравнение по величине модуля функции 0 и радиуса К. При отрицательном зна1. Круговой интерполятор, содержащий первый сумматор-накопитель,элемент И, блок вывода приращений по координатам и координатные каналы, каждый из которых содержит реверсивный счетчик, блок элементов И, регистр координаты конечной точки и блок сравнения, который первым входом соединен с выходом регистра координаты конечной точки, вторым вхолом - с прямым выходом реверсивного счетчика, а выходом - с входом элемента И, выход которого является первым выходом устройства, первый вход первого сумматора-накопителя сое,динен с выходом первого блока элемен-; тов И, первый вход которого соединен с прямым выходом реверсивного счетчика первого координатного канала, а второй вход первого сумматора-накопителя - с выходом второго блока элементов И, первый вход которого соединен с инверсным выходом реверсивного счетчика второго координатного канала, установочные входы блока вы;.вода приращений по координатам, реверсивного счетчика и регистра координаты конечной точки каждого координатного канала соединены с входами устройтва, а выходы блока вывода приращений по координатам - с выходами 7 135246элемент И 2 1 закрыт, а при Х; е У отрицательные значения функции 0 никогда не превышают значения К и. элемент И 18 закрыт.Сигналы из последоватетельности Гопережают сигналы из последовательности Г на время, равное времени образованйя в сумматоре-накопителе 11нового значения функции П при переносе слагаемого из реверсивного счетчика 2 или 3 плюс время установлениярезультата сравнения на выходе блоков 13 или 15 сравнения. Сигнал спервого выхода блока 1 - шаг по осиХ - поступает на вход реверсивногосчетчика 2, изменяя его состояниена + 1 (+1 при движении по часовойстрелке; -1 при движении против часовой стрелки), и на объединенные входы элементов И 29, 30 через первыйвход блока 16. При наличии команды"-Х" триггер 27 установлен в единичное состояние по Я-входу и сигналы,соответствующие приращению по оси Х, 25проходят через элемент И 29 на выходустройства движения по оси Х в отрицательном направлении, При движениив положительном направлении триггер27 сбрасывается по К-входу в нулевоесостояние и сигналы проходят черезэлемент И 30 . на выход устройства.Сигнал с второго выхода блока 1 -шаг по оси У - поступает на входреверсивного счетчика 3, изменяя егосостояние на +1 (+1 при движении против часовой стрелки; -1 при движениипо часовой стрелке) и на объединенныевходы элементов 31, 32 через второйвход блока 16, При наличии команды"-У" триггер 28 устанавливается вединичное состояние по 8. в :входу и сигналы координатного приращенйя по оси"У" проходят через, элемент;И 31 навыход устройства движения по оси У45в отрицательном нанравлении. При движении в положительном направлениитриггер 27 сбрасывается по К-входув нулевое состояние и сигналы проходят через элемент И 32 на выход уст 50ройства,При равенстве координат Х; = Хна выходе блока 8 сравнения появляется положительный потенциал, а.при У = У, положительный потенциалпоявляется на выходе блока 10 сравнения. В момент совпадения положительных потенциалов на входах элементаИ 12 интерполяция заканчивается. 18В предлагаемом устройстве методическая погрешность аппроксимации дуги окружности снижена до 0,5 шага интерполяции, а аппаратная реализация интерполятора значительно проще известных, позволяющих получить сравнимую точность. Диагональные шаги сокращают общее количество тактовых сигналов из последовательности Г , что увеличивает быстродействие интерполятора. Введение тактовой последовательности синхронизации Г для промежусточного вычисления функции О не снижает быстродействия устройства, так как время между сигналами из последовательности Гс и й значительно меньше.минимального периода частоты Е, соответствующего максимальным подачам станков с ЧПУ.Интерполятор целесообразно использовать в устройствах с числовым программным управлением, где требуетсявысокая точность и большое быстродействие при обработке круговых участков. формула изобретенияустройства, о т л и ч а ю ш и й с ятем, что, с целью повышения быстродействия и точности интерполятора, в него введены блок определения шага,второй сумматор-накопитель и третий,четвертый, пятый блоки сравнения,причем выход первого сумматора-накопителя соединен с первыми входами четвертого и пятого блоков сравнения,вторые входы которых соединены соответственно с первым и вторым выхода 35 ми второго сумматора-накопителя,первый и второй входы блока определения шага являются входами устройства, выходы четвертого и пятого блоков сравнения соединены с третьим и четвертым входами блока определения шага, пятый вход которого соединен со знаковым выходом первого сумматора- накопителя, первый и второй выходы блока определения шага соединены соответственно с входами первого и второго реверсивных счетчиков и первым, вторым входами блока определения вы вода координат, шестой вход блока определения шага соединен с выходом третьего блока сравнения, первый и второй входы которого соединены соответственно с прямыми выходами первого и второго реверсивных счетчиков, вто.рые входы первого и второго блоков элементов И соединены соответственно с третьим и четвертым входами первого сумматора-накопителя и третьим, четвертым выходами блока определения шага.2. Интерполятор по и1, о т л и - ч а ю щ и й с я тем, что блок определения шага содержит шесть элементов И и четыре элемента ИЛИ, причем инверсные входы третьего и пятогоэлементов И и первые прямые входывторого и четвертого элементов И соединены с шестым входом блока определения шага, второй прямой вход второго и прямой вход пятого элементовИ соединены с вторым входом блокаопределения шага, прямой вход третьего и второй прямой вход четвертогоэлементов И соединены с первым вхолом блока определения шага первыйпрямой вход первого элемента И ипервый инверсный вход шестого элемента И соединены с пятым входом блока определения шага, инверсный входпервого и второй инверсный вход шестого элементов И соединены соответственно с четвертым и третьим входамиблока определения шага, выход второго элемента И соединен с вторым прямым входом первого элемента И и первым входом третьего элемента ИЛИ,второй вход которого соединен с первымвходом четвертого элемента ИЛИИ выходом шестого элемента И, выход пятогоэлемента И соединен с прямым входомшестого элемента И и первым входомвторого элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с первым входом первого элемента ИЛИ и выходом первогоэлемента И, вторые входы первого ичетвертого элементов ИЛИ соединеныс выходом соответственно третьего ичетвертого элементов И, выходы первого и четвертого элементов ИЛИ соединены соответственно с третьим и четвертым выходами блока определенияшага, первый и второй выходы которогосоединены с выходами соответственновторого и третьего. элементов ИЛИ.1352461 Составитель А. ИсправниковаТехред.А.Кравчук Корректор Г, Решетник Редактор И. Циткина Заказ 5565/47 Тираж 863 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Иосква, Ж, Раушская наб., д, 4/5Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4