Система цифровой линейной интерполяции

) 4 С 05 В 19 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ИЗОБРЕТЕНИДЕТЕЛЬСТВУ ВТОРСНОМ(54) СИСТЕМАПОЛЯЦИИ елинскии ство ССС 18, 1975 во СССР 18, 1981 ИСАНИЕ(57) Изобретен автоматики и в в частности к ройствам, и мо системах автом тирования, 1 ел ВОЙ ПИНЕЙНОЙ ИНТЕ ие отноеится к областичислительной техники,интерполирующим устжет быть применено ватизированного проекь изобретения - расши1458858 Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, в частности к интерполирующим устройствам для преобразования кодового значения, 5 соответствующего приросту Функции в линейно изменяющийся цифровой (уни" тарный) код, и может быть применено в цифровых приборах с графическим отображением информации. 1 ОЦель изобретения - расширение области применения цифровых линейных интерполяторов на устройства, имеющие инерционные элементы движущихся частей и требующие экспоненциального 15 закона разгона-торможения.На фиг. 1 показана блок-схема предлагаемой системы цифровой .пинейной интерполяции; на Фиг.2 - схема блока экспоненциально изменяющейся частоты; 20 . на Фиг.3 - схема блока управления, являющегося составной частью блока экспоненциально изменяющейся частоты; на Фиг.4 - временные диаграммы сигналов "Пуск" и "Стоп" и характер 25 изменения выходной частоты блока 3 в зависимости от этих сигналов. К = К -И+1(1)и+1где К - коэффициент, определяемыйисходя из необходимой точности вычисления Формулы (1);,рение области применения цифровыхлинейных интерполяторов на устройства, имеющие инерционные элементыдвижущихся частей, требующие экспоненциапьного закона разгона-торможения. Система содержит блок управления 1, генератор 2 тактовых импульсов, блок 3 экспоненциально изменяющейся частоты, первый программируеюлй делитель частоты 4, состоящий из счетчиков 5 и 6, работающихв режиме делителей частоты, и счет-. Система цифровой линейной интерполяции содержит блок 1 управления, генератор 2 тактовых импульсов, блок 3 экспоненциально изменяющейся частоты, первый программируемый делитель 4 частоты, состоящий из счетчиков 5 и 6, работающих в режиме делителей частоты, а также счетчика 35 7, работающего в режиме прерывания терминального счета, второй программируемый делитель 8 частоты, состоячика 7, работающего в режиме прерывания терминального счета, второйпрограммируемый делитель частоты 8,состоящий из счетчика 9, работающегов режиме делителя частоты, и счетчика 10, работающего в режиме прерывания терминального счета, датчикторможения 11, представляющий собойсчетчик, работающий в режиме прерывания терминального счета, блок 12совпадения, элемент ИЛИ 13, селектор каналов 14. 4 ил,щий из счетчика 9, работающего в режиме делителя частоты и счетчика 10, работающего в режиме прерывания терминального счета, датчик 11 торможения, представляющий собой счетчик, работающий в режиме прерывания терминального счета, блок 12 совпадения сигналов, элемент ИЛИ 13 и селектор 14 каналов (К 555 КП 12).Первый программируемый делитель 4 частоты может быть реализован на программируемом таймере КР 580 ВИ 53 второй программируемый делитель 8 частоты и датчик 11 торможения - на программируемом таймере КР 580 ВИ 53. Блок 1 управления может быть реализован на МП-комплекте серии КР 580, а также на однокристальной микроЭВИ К 1816 ВЕ 48.Выходы селектора каналов 14 являются выходами системы линейного интерполирования и служат для управления исполнительными механизмами перемещения пишущих устройств вдоль осей Х и У как в прямом, так и в обратном направлениях (исполнительные механизмы не показаны).Счетчики 5 и 6 первого программируемого делителя частоты 4 образуют делитель частоты, общий коэффициент деления которого рассчитывается блоком 1 управления по формуле(2) К = К,35 ш - величина перемещения по одной из координат;и - величина перемещения подругой координатеРезультат вычислений формулы (1) загружается блоком 1 управления в счетчики 5 и б, составляющие в целом один делитель частоты, Последовательное соединение счетчиков позволяет получить общий коэффициент деления, равный произведению коэффициентов деления каждого из счетчиков. Это позволяет получить высокую точность вычисления формулы (1), поскольку величина частного от деления ш+1должна быть целым числом, а и+1умножение результата на число К уменьшает погрешность округления частного от деления до целого числа в число раз, .равное величине К.На выходе счетчика 6 в процессе интерполяции вырабатывается частота, пропорциональная тангенсу угла наклона интерполируемой прямой. Другая частота унитарного кода вырабатывается на выходе счетчика 9, коэффициент деления которого для определения момента окончанияцикла интерполирования прямой используются счетчики 7 и 10, Большеезначение перемещения загружается блоком 1 управления в счетчик 10, аменьшее - в счетчик 7,Выход счетчикаподключается квходу разрешения работы счетчика б,а также на первый вход блока 12 сов. -падения. Вход счетчика 10 подключается через элемент ИЛИ 13 к входуразрешения работы счетчика 9, а также к второму входу блока 12 совпадения, выход которого подключен к первому входу блока 1 управления и сигнализирует о моменте окончания процесса линейного интерполирования.Для обеспечения динамического разгона-торможения исполнительных механизмов в системе цифровой линейной.интерполяции имеется блок 3 экспоненциально изменяющейся частоты. Блок3 включен между генератором 2 тактовых импульсов и программируемымиделителями частоты. Экспоненциальнаязависимость изменения частоты Гдиктуется тем обстоятельством, что большинство электродвигателеи длянадежной отработки перемещений требуют обеспечения экспоненциальногозакона разгона-торможения,Функциональная схема блока экспоненциально изменяющейся частотыпредставлена на фиг.2.Основными элементами схемы являют.ся одновибратор 17 (К 155 АГЗ), включенный по схеме генератора частоты,коммутатор 18 аналоговых сигналов(К 561 Е 11) и блок 15 управления.Частота генерации одновибратора 1определяется величиной емкости Си сопротивлением К, подключенным кисточнику питания через коммутатор18 аналоговых сигналов, Сче.тчик 16 задает адрес канала коммутатора, подключаемого к выход коммутатора. Таким образом, резистор подключенный)к источнику питания через коммутатор, определяет код на вьходе счетчика 16, а следовательно, и частоту генерации одновибратора 17. Величины резисторов К,К рассчитываются таким образом, чтобы при их последовательном по-,клвчении к одновибратору последний вырабатывал частоты, изменяемые по экспоненциальному закону. При этом величина резистора К, рассчитывается на минимальную частоту Е , а К- на максимальнув Е,с Блок 15 управленияпо сигналам "Пуск" и "Тормоз" пропускает частоту Г , пропорциональную времеи разгона-торможения (времени изменения частоты от Г до 4 г. и обратно до часто управляет направлением счета реверсивного счетчика. В исходном состоянии на выходе блока 15 управлениячастота К, отсутствует, счетчик 16сброшен в нулевое состояние, а следовательно, к источнику питания +5 Вчерез коммутатор 18 подключен резистор К . Вначале сигнал "Пуск"отсутствует, а следовательно, генерация час"тоты одновибратором 17 запрещена.50.При поступлении сигнала Пуск ге 3нерация частоты одновибратором 17разрешается и на выходе одновибратора появляется частота Г=Е . Сигнал Пуск поступает одновременно и 55на блок 15 управления, который задает прямое направление счета реверсивного счетчика и начинает пропускать частоту Г на счетный вход реверсив 1458858ного счетчика 16 (Г ). Счетчик 16 начинает считать импульсы й и нас его выходе появляются коды 2 , 2 3 712 2 , которые изменяют соответственно адресацию коммутатора 18. При этом к резисторам К, К,К, последовательно подключается источник питания +5 В через коммутатор 18 и начинает изменяться частота генерации одновибратора 17 Г. При достижении счетчиком 16 максимального значения счетных импульсов на выходе Рв, счетчика вырабатывается сигнал, который поступает в блок 15 управления, где запрещается дальнейшее прохождение частоты й . На этом изменение частоты Йр прекращается. Частота генерации устанавливается на мак= симальном ее значении в соответствии с величиной сопротивления К и емкости С. Этот установившийся режим работы продолжается до тех пор, пока не поступит сигнал "Тормоз", который, воздействуя на блок 15 управления, заставляет его изменять направление счета реверсивного счетчика 16 на обратныйПри этом в блоке 15 управления разрешается прохождение частоты 1 , кото" рая,поступая на счетный вход реверсивного счетчика 16, начинает изменять выходные коды последнего от 2 до 2 . Соответственно с этим избменяется адресация коммутатора 18 и к источнику питания +5 В последовательно подключаются резисторы К, К ,К, . При этом изменяется и частота генерации одновибратора 17От Й о до Е е При достижении реверсивным счетчиком нулевого значения, последний вырабатывает сигнал Р поступающий в блок 15 управления, где запрещается дальнейшее прохождение частоты Г и счетчик 19 остается в положении "О", Заканчивается цикл работы блока экспоненциально изменяющейся частоты снятием сигнала "Пуск" и вся схема переходит в исходное состояние.Блок экспоненциально изменяющейся частоты работает под управлением блока 1 управления, который вырабатывает сигналы "Пуск" и "Тормоз".Сигнал "Пуск" переводит блок 3 в режим разгона частоты от некоторой минимальной величины до максимального значения по экспоненциальному закону. Минимальное значение часто ты определяется характером испольэу емых исполнительных механизмов., а именно частотой трогания электродвигателей.Максимальное значение частотыопределяется граничной частотой программируемых делителей ч и 8 частоты (максимально возможной частотой, 10 которую можно подавать на счетчики).Сигнал "Тормоз" переводит блок 3в режим торможения частоты. При этом выходная частота блока 3 начинает уменьшаться от достигнутой (или мак симальной) величины до некоторогоминимального значения по экспоненци альному закону.Экспоненциально изменяющаяся частота блока 3 делится счетчиками 5,6, 20 и 9 в соответствии с формулами (1) и(2) и поступает с выхода счетчиков 6 и 9 через селектор 1 ч каналов, управляемый от блока 1 управления на исполнительные механизмы (не показа ны) по линиям +Х, -Х, +У, -У такжев виде экспоненциальной зависимости частоты от времени. При ш 21, р , Е = ш,р,К = 1. /2, (3) При ш 21. где ш - величина большего из заданных перемещения по однойиз координат;1.- величина разгона или торможения;К- число, загружаемое в датчик торможения (счетчик 11),Во время линейного интерполирования счетчик 11 считает число им 50 пульсов, поступающих с выхода счетчикаи при достижении нуля вырабатывает сигнал, поступающий с выиода счетчика на блок 1 управления,сигнализируя о том, что необходимо Счетчик 11 предназначен для оп-.30 ределения момента начала торможенияи является, фактически, датчиком торможения. Вход счетчика 11 подключенк выходу счетчика 9 и подсчитываетколичество импульсов максимальнойчастоты унитарного кода, соответствующих величине .перемещения на максимальной скорости. Счетчик 11 считывает в режиме вычитания. Число, записываемое в счетчик 11, определяетсяпо формуламвключить торможение исполнительныхмеханизмов.Система линейного интерполирования работает следующим образом.В исходном состоянии блок 1 управ.ления на третьем выходе вырабатываетсигнал, запрещающий работу счетчика5 и через элемент ИЛИ работу счетчика 9. При этом деление частоты,поступающей с выхода блока 3, непроводится и на выходах селектораканалов 14 частота отсутствует,Блок 1 управления по программеили через внешние устройства (не показаны) получает задание на линейноеинтерполирование прямой в виде значений +Х и +У. Далее блок управлениясравнивает величины 1 Х 1 и 1 У 1и по информационным выходам загружает большее значение, равное ш, всчетчик 10, а меньшее, равное и,в счетчик 7;- загружает коэффициент деленияК в соответствии с выражением (2)в счетчик 9 для получения максимальной частоты унитарного кода;- вычисляет коэффициент деленияК , в соответствии с выражением (1)и загружает число К в счетчик 5, аш+1число в счетчик 6 для получеп+1ния второй частоты унитарного кода;- вычисляет значение датчика торможения в соответствии с выражением(3) и загружает результат в счетчик11;- подключает выходы счетчиков 6и 9 в соответствии со знаками Х и Ук соответствующим выходам селектора 4 Оканалов 14;- вырабатывает сигнал разрешенияработы счетчика 5 и через элементИЛИ 13 сигнал разрешения работы счетчика 9, которые начинают делить частоту, поступающую с генератора 2 через блок 3 экспоненциально изменяющейся частоты;- вырабатывает импульсный сигнал"Пуск", который переводит блок 3 врежим разгона и на выход блока 3 поступает частота, увеличивающаяся поэкспоненциальному закону до некоторого максимального значения. Эта час"тота, проходя через делители (счетчики 5,6 и 9) и селектор 14 каналов,55поступает на выходные линии системйинтерполирования и далее на исполнительные механизмы (не показаны) также в виде экспоненциально изменяющейся (увеличивающейся) частоты, т.е,производит разгон исполнительныхустройств, начиная с частоты трогания двигателей до номинальной частоты работы. Далее вырабатывается обычный унитарный код, поступающий на выход системы интерполирования до тех пор, пока счетчик 11 не выдаст сигнал о начале торможения в блок управления. Блок управления, получая этот сигнал, вырабатывает импульсный сигнал "Тормоз", который переводит блок 3 в режим торможения. При этом частота на выходе блока 3 начинает уменьшаться по экспоненциальному закону до минимального значения. Эта частота, проходя через дилители (счетчики 5,6 и 9) и селектор 14 каналов, поступает на выходные линии системы интерполирования и далее на исполнительные механизмы также в виде экспоненциально изменяющейся (уменьшающейся) частоты, т.е. производит торможение исполнительных устройств, начиная с номинальной частоты работы и кончая некоторой минимальной величиной - частотой трогания. Процесс выработки унитарного кода, соответствующего малым оборотам исполнительных устройств продолжается до тех пор, пока не обнулятся счетчики 7 и 10, работающие на вычитание. Сигнал свыхода счетчика 7 поступает на вход запрещения работы счетчика 6, Послед" ний перестает делить поступающую на его вход частоту, и процесс выработки одной из частот унитарного кода прекращается. Сигнал с выхода счет чика 10 поступает через элемент И 11 И 13 на вход запрещения работы счетчика 9, которнй перестает делить поступающую на его вход частоту, и процесс выработки второй частоты унитарного кода прекращается. Выходные сигналы счетчиков 7 и 10 поступают, кроме того, на блок 12 совпадения. и при наличии обоих сигналов на выходе блока 12 появляется сигнал "Конец интерполяции , поступающий в блок 1 управления. Получая этот сигнал,блок управления вырабатывает сигнал запрещения работы счетчика 5 и через элемент ИЛИ 13 работы счетчика 9. На этом процесс интерполирования заканчивается, и система ин145 терполирования переходит в исходноесостояние. формула изобретения Система цифровой линейной интерполяции, содержащая генератор тактовых импульсов, два программируемых делителя частоты, о т л и ч а ю - щ а я с я тем, что, с целью расширения области применения цифровых линейных иптерполяторов на .устройства, имеющие инерционные элементы движущихся частей и требующие экспоненциального закона разгонаторможения, в нее дополнительно введены блок управления, блок совпадения, селектор каналов, элемент ИЛИ, блок экспоненциально изменяющейся частоты и датчик торможения, первый программируемый делитель частоты выполнен на трех счетчиках импульсов, второй программируемый делитель частоты выполнен на двух счетчиках импульсов, датчик торможения выполнен на счетчике, первый вход блока экспоненциально изменяющейся частоты подключен к выходу генератора импульсов, второй и третий входы блока экспоненциально изменяющейся частоты подключены соответственно к первому и второму выходу блока управления, третий выход которого подключен к первому входу элемента ИПИ и входу разрешения счета первого счетчика первого прог 8858 1 Ораммируемого делителя частоты, выход которого подключен к счетномувходу второго счетчика первого программируемого делителя частоты, выходкоторого подключен к. первому входуселектора каналов и счетному входутретьего счетчика первого программируемого делителя частоты, выход ко торого подключен к входу разрешениясчета второго счетчика первого программируемого делителя частоты и первому входу блока совпадения, выходкоторого подключен к первому входу 15 блока управления, второй вход которого соединен с выходом счетчика датчика торможения, вход которого, счетный вход второго счетчика, второгопрограммируемого делителя частоты и 20 второй вход селектора каналов соединены с выходом первого счетчика второго программируемого делителя частоты, вход разрешения счета которогосоединен с выходом элемента ИЛИ, а 25 счетный вход и счетный вход первогосчетчика первого программируемогоделителя частоты соединены с выходомблока экспоненциально изменяющейсячастоты, причем четвертый и пятый 30 выходы блока управления подключенык управляющим входам селектора каналов, а информационные выходы блокауправления подключены к информационным входам счетчиков первого, второго 35программируемых делителей частоты идатчика торможения.1458858 ко тавитель Редактор инская СССР изводствен Оюка 5 Заказ 369/52 ВНИИПИ Госуд Техред М.Ходанич Корректор С.Шек Тираж 788 Подписноетвенного комитета по. изобретениям и открытиям при Г 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 играфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная, 4