SU1352461A1 - Круговой интерпол тор - Google Patents

Abstract

Изобретение может быть использовано в системах числового программного управлени , а также в устройствах отображени  графической информации на диспле х или графопостроител х . Цель изобретени  - повьшение быстродействи  и точности интерпол тора . Интерпол тор содержит блок 1 определени  шага, два реверсивных счетчика 2 и 3, два сумматора-нако (Л о: ел ГС 4ib CD

Description

пител  11 и 14, два блока элементов И 5 и 6, два регистра 7 и 9 координат конечной точки, п ть блоков сравнени  4, 8, 10, 13 и 15, элемент И 12 и блок 16 вывода приращений по координатам . Третий блок сравнени  4 определ ет , какое из текущих значений координат больше, четвертый и п тый блоки сравнени  13 и 15 - содержимое первого сумматора-накопител  11 (модуль функции и) больше или нет значени  радиуса дуги окружности R, наход щегос  во втором сумматоре-нако-. пителе 14. Блок 1 определени  шага 1 по комбинации сигналов с третьего, четвертого, п того блоков сравнени 

1

Изобретение относитс  к технике автоматизированного управлени  производственными процессами и может быть использовано в системах числового прграммного управлени  станками.

Цель изобретени  - повьшзение быстродействи  и точности интерпол тора.

На фиг. 1 приведена функциональна схема кругового интерпол тора; на фиг. 2 - схема, блока определени  шаг на фиг. 3 - схема блока вывода координат; на фиг. 4 - пример аппроксимации дуги окружности радиуса .

Интерпол тор содержит блок 1 опре делени  шага, реверсивные счетчики 2, 3, третий блок 4 сравнени ,блоки 5, 6 элементов И, регистр 7 координат конечной точки, блок 8 сравнени  регистр 9 координат конечной точки, блок 10 сравнени , первый сумматор- накопитель 11, элемент И 12, четвертый блок 13 сравнени , второй сумматор-накопитель 14, п тый блок 15 сравнени , блок 16 вьшода прираще- НИИ по координатам.

Блок 1 содержит элементы И 17-22, элементы ИЛИ 23-26.

Блок 16 содержит RS-триггера 27, 28, элементы И 29-32.

Интерпол тор работает следующим образом., .

При движении по часовой стрелке в первом квадранте предварительно до образовани  приращений по коорди4 , 13, 15 и знаковому сигналу с первого сумматора-накопител  11.выдает приращени  на каждом тактовом импульсе или по одной координате, или по обеим - диагональный шаг, а также .осуществл ет перенос слагаемых в со- ответствии с алгоритмом работы в первый сумматор-накопитель 11 из реверсивных счетчиков 2, 3, где хран тс  текущие значени  координат, и измен ет содержимое последних на +1. При равенстве текущих значений координат конечным, что определ етс  первым и вторым блоками сравнени  8 и 10, интерпол ци  заканчиваетс . 1 з.п. ф-лы 4 ил.

натам вычисл етс  новое значение функции и , равное:

. и и + 2Х i + 1, если X , Yj ; и и - 2Yj + 1, если X j Yj .

При значении модул  функции u меньше значени  радиуса дуги окружности R(/U / Ю делаетс  шаг по координате , текущее значение которой меньше. При значении модул  функции и больше или равного значению радиуса R(/U /S R) делаетс  диагональный шаг с одновременным вычислением следующего значени  функции U , равного

и и -2Yj + 1, если X; 6 Yj ; и и +2Х; + 1, если Х; YJ,

После каждого шага по координате происходит изменение ее текущего значени  на ±1 . При равенстве .т. координат конечным вычислени  заканчиваютс .

Из приведенного видно, что дл  вычислени  последующего значени  функции и в п+1-разр дный сумматор-накопитель 11, где хранитс  текущее значение функции, необходимо добавл ть либо пр мой код числа 2Xj+t, либо дополнительный код числа 2Y:-1. В U- разр дных реверсивных счетчиках 2,3 наход тс  текущие значени  Х и Y; соответственно. Если делаетс  диагональный шаг или шаг по оси X, то пр мой код из реверсивного счетчика 2 подаетс  со сдвигом на один разр д в сторону старшего в сумматор-накопитель 11 и прибавл етс  1 в его первый разр д. Следовательно, в сумматор-накопитель 11 подаетс  пр мой код числа 2Х;+1.

При диагональном шаге или шаге по оси Y в сумматор-накопитель 11 необходимо подать число, равное - -(2Y-1) - это дополнительный код числа 2Y-1.

-(2Y-1)(Y-1)+1,

где выражение, сто щее в квадратных скобках, равно обратному коду содержимого реверсивного счетчика 3, предварительно уменьшенного на 1. Координата Y при движении по часовой стрелке уменьшаетс , реверсивный счетчик 3 работает на вычитание и из координаты начальной точки Y вычитаетс  1 перед началом отработки. Если обратный код из реверсивного счетчика 3 передавать со сдвигом на один разр д в сторону старшего в сумматор-накопитель 11 и прибавл ть 1 в его первый разр д, то в сумматор- накопитель 11 подаетс  дополнительный код числа 2Y-1.

При движении против часовой стрелки в первом квадранте до образовани  приращени по координатам новое значение функции U щим образом:

вычисл етс  следуюи + 2Х; - 1, если Х; Y:

и

и - 2Y; 1 , если X ; Y .

В случае /U / : R делаетс  шаг по координате, текущее значение которой меньше. При /U / R делаетс  диагональный шаг с вычислением следующего значени  функции 1) :

и и - 2YJ-1, и и + 2Х;-1,

если X; 6 Y; если X ; Y;

Следовательно, дл  вычислени  последующего значени  функции U в сумматор-накопитель 11 необходимо добавл ть либо пр мой код числа 2Х-,-1, либо дополнительный код числа 2Y:+1. Координата X при движении против часовой стрелки уменьшаетс , реверсивный счетчик 2 работает на вычитание.

и из координаты начальной точки Х вычитаетс  1 перед началом отработки.

При диагональном шаге или по оси X пр мой код из реверсивного счетчика 2 подаетс  со сдвигом на один разр д в сторону старшего в сумматор- накопитель 11 и прибавл етс  1 в его первый разр д. Следовательно, в сумматор-накопитель 11 подаетс  пр мой код необходимого числа:

2(Х;-1)+1 2Х; -1.

При диагональном шаге или шаге по оси Y обратный код из реверсивного счетчика 3, равный 2 -1-Yj , подаетс  со сдвигом на один разр д в сторону старшего в сумматор-накопитель 11 и прибавл етс  1 в его первый разр д: ,

2(2 -1-Y;) + 1 2 -(2Yj+1),

что  вл етс  дополнительньт кодом необходимого числа 2Y-+1.

25 Из приведенного описани  видно,что стратеги  вычислений, структура,св зи состав предлагаемого кругового интерпол тора сохран ютс  без изменений при движении как по часовой, так и

30 против часовой стрелки. При шаге по оси X или диагональном шаге иа реверсивного счетчика 2 через блок 5 передаетс  удвоенный пр мой код в сумматор-накопитель 11 и добавл етс 

35 1 на его вход, после чего измен етс  текущее значение X в реверсивном счетчике 2 на +1 в зависимости от направлени  движени . При шаге по оси Y или диагональном шаге из ревер40 сивного счетчика 3 через блок 6 передаетс  удвоенный обратный код в сумматор-накопитель 11 и добавл етс 

1 на его вход после чего измен етс  текущее значение Y;

j

5

0

5

в реверсивном счетчике 3 на ±1.

Перед началом отработки дуги окружности в реверсивные счетчики 2 и 3 ввод тс  значени  координат начальной точки Хд и Y(, соответственно, а в регистры 7 и 9 - значени  координат конечной точки Y,. На установочные входы блока 16 вьгаода координат подаетс  1 при наличии команд движени  в отрицательном направлении -X и -Y соответственно. В сумматор-накопитель 14 заноситс  пр мой код радиуса дуги окружности. Сумматор-накопитель 1А необходим дл  получени  дополнительного кода радиуса путем прибав10

15

., и Yj из реверсивных 2 и 3. С выхода блока 4

20

лени  1 к обратному коду. С первого выхода сумматора-накопител  14 на второй вход блока. 13 сравнени  подаетс  пр мо й код радиуса, а с второго выхода на второй вход блока 15 сравнени  подаетс  дополнительный код радиуса . Сумматор-накопитель 14 можно заменить двум  регистрами, причем в первый заносить пр мой код радиуса, а во второй - дополнительный. Использование регистров вместо сумматора приводит к усложнению подготовки кодированной программы, в которой необходимо иметь помимо пр мого кода радиуса еще и дополнительный. На первый и второй входы блока 4 подаютс  дл  сравнени  пр мые коды текупщх координат X; и Y; из счетчиков

через шестой вход блока 1 на пр мые входы элементов 18, 20 и инверсные входы элементов 19, 21 подаетс  положительный потенциал при X; Y- и нулевой - при Х i Очередной сигнал 25 из тактовой последовательности синхронизации fj , поступающий на первый вход блока 1, по вл етс  либо на третьем выходе блока 1, проход  через элементы И 19 и ИЛИ 25, если X,- YJ, Q либо на четвертом выходе блока 1,проход  через элементы И 20 и ИЛИ 26,

если X; Y . Сигнал с третьего выхода блока 1 подаетс  на блок 5, осуществл ет перенос удвоенного пр мого. gg кода из реверсивного счетчика 2 в сумматор-накопитель 11 и поступает на его первьй разр д, добавл   1. В сумматоре-накопителе 11 образуетс  новое значение функции U, равное либо 40 и и + 2Х;+1 при движении по часовой стрелке, либо U U при движении против часовой стрелки.

Сигнал с четвертого выхода блока 1

подаетс  на блок 6, осуществл   пере- 45 Р /U/ R и отрицательном значении функции и этот же импульс проходит еще через элементы И 17 и ИЛИ 23, по вл етс  на первом выходе блока 1 как шаг по оси X, а также проходит 50 через элемент ИЛИ 25, по вл етс  на третьем выходе блока 1, осуществл   перенос числа из реверсивного счетчика 2 через блок 5 в сумматор-накопитель 11 в соответствии с алгоритмом 55 работы.

, Приведенное построение блока 1 возможно потому, что при X J Yj положительные значени  функции U никогда не превышают значени  радиуса R и

нос удвоенного обратного кода из реверсивного счетчика 3 в сумматор-накопитель 11 и поступает на его первый разр д, добавл   1. В сумматоре-накопителе . 1 1 образуетс  новое значение функции U: либо u U - 2Y: М при движении по часовой стрелке, либо и и -2Yj-1 при движении против часовой стрелки.

Выход сумматора-накопител  11 подаетс  на объединенные первые входы блоков 13, 15, в которых происходит сравнение по величине модул  функции и и радиуса К. При отрицательном зна

5

0

5 Q

g

чении функции U правильный результат сравнени  присутствует на выходе блока 15, где происходит сравнение дополнительных кодов, а на знаковом выходе сумматора-накопител  11 - положительный потенциал. При,положительном значении функции U правильный результат сравнени  - на выходе блока 13, где сравниваютс  пр мые коды, а на знаковом выходе сумматора-накопител  11 нулевой потенциал. Знаковый выход сумматора-накопител  11 соединен через п тый вход блока 1 с первым пр мым входом элемента И 17 и с первым : инверсным входом элемента И 22. Выход блока 15, на котором при /U/ R положительный потенциал, а при /U/ R- нулевой, соединен с первым инверсным входом элемента И 17 выход блока 13, на котором при U R положительный потенциал, а при U 5 R - нулевой, соединен с вторь инверсным входом элемента 22. При X; Yj очередной импульс из рабочей тактовой последовательности fр, поступающий на вторые входы элементов 18, 21 через второй вход блока 1, проходит через элементы 21, 23, по вл етс  на первом выходе блока 1 как шаг по оси X, а при U Ь R и положительном значении функции U этот же импульс проходит еще через элементы И 23 и ИЛИ 24, по вл етс  на втором выходе блока 1 как шаг по оси и, а также проходит через элемент ИЛИ 26 и по вл етс  на четвертом выходе блока 1, осуществл   перенос числа из реверсивного счетчика 3 через блок 6 в сумматор-накопитель 11 в соответствии с алгоритмом. При X; Yj очередной импульс .из тактовой последовательности fp проходит через элементы И 18 и ИЛИ 24, по вл етс  на втором выходе блока 1 как щаг по оси

713

элемент И 21 закрыт, а при X; У; отрицательные значени  функции U никогда не превышают значени  R и. элег- мент И 18 закрыт.

Сигналы из последоватетельности f опережают сигналы из последовательности fp на врем , равное времени образовани  в сумматоре-накопителе 11 нового значени  функции U при пере- носе слагаемого из реверсивного счетчика 2 или 3 плюс врем  установлени  результата сравнени  на выходе блоков 13 или 15 сравнени . Сигнал с первого выхода блока 1 - шаг по оси X - поступает на вход реверсивного счетчика 2, измен   его состо ние на ±1 (+1. при движении по часовой стрелке; -1 при движении против часовой стрелки), и на объединенные вхо- ды элементов И 29, 30 через первый вход блока 16. При наличии команды -Х триггер 27 установлен в единич- ное состо ние по S-входу и сигналы, соответствующие приращению по оси X, проход т через элемент И 29 на выход устройства движени  по оси X в отрицательном направлении. При движении в положительном направлении триггер 27 сбрасываетс  по R-входу в нулевое состо ние и сигналы проход т через элемент И 30 на выход устройства.

Сигнал с второго выхода блока 1 - шаг по оси Y - поступает на вход реверсивного счетчика 3, измен   его состо ние на ±1 (+1 при движении против часовой стрелки; -1 при движении по часовой стрелке) и на объединенные входы элементов 31, 32 через второй вход блока 16. При наличии команды -Y триггер 28 устанавли1в;а.етс  в единичное состо ние nip S-вхЬду и сигналы координатного приращени  по оси Y проход т через, элементен 31 на выход устройства движени по оси Y в отрицательном направлении. При. движении в положительном направлении триггер 27 сбрасываетс  по R-входу в нулевое состо ние и сигналы проход т через элемент И 32 на выход уст- ройства.

При равенстве координат Х Хц на выходе блока 8 сравнени  по вл етс  положительный потенциал, а при Yj Y| положительный потенциал по вл етс  на выходе блока 10 сравнени . В момент собпадени  положительных потенциалов на входах элемента И 12 интерпол ци  заканчиваетс .

8

п с n 5 о

g

5

0

В предлагаемом устройстве методическа  погрешность аппроксимации дуги окружности снижена до 0,5 шага интерпол ции, а аппаратна  реализаци  интерпол тора значительно проще известных , -позвол ющих получить сравнимую точность. Диагональные шаги сокращают -общее количество тактовых сигналов из последовательности f., что увеличивает быстродействие интерпол тора . Введение тактовой последовательности синхронизации f дл  промежуточного вычислени  функции U не снижает быстродействи  устройства, так как врем  между сигналами из последовательности fс и fp значительно мень- . ше минимального периода частоты fp, соответствующего максимальным подачам станков с ЧПУ.

Интерпол тор целесообразно использовать в устройствах с числовым программным управлением, где требуетс  высока  точность и большое быстродействие при обработке круговых участков.

Claims (2)

1. Круговой интерпол тор, содержащий первьй сумматор-накопитель,элемент И, блок вывода приращений по координатам и координатные каналы, каждьй из которых содержит реверсивный счетчик, блок элементов И, регистр координаты конечной точки и блок сравнени , который первым входом соединен с выходом регистра координаты конечной точки, вторым вхо- лом - с пр мым выходом реверсивного счетчика, а выходом - с входом элемента И, выход которого  вл етс  первым выходом устройства, первый вход первого сумматора-накопител  соединен с выходом первого блока элемен-1 тов И, первый вход которого соединен с пр мым выходом реверсивного счетчика первого координатного канала, а второй вход первого сумматора-накопител  - с выходом второго блока элементов И, первый вход которого соединен с инверсным выходом реверсивного счетчика второго координатного канала установочные входы блока вывода приращений по координатам, реверсивного счетчика и регистра координаты конечной точки каждого координатного канала соединены с входами устройства, а выходы блока вывода приращений по координатам - с выходами

у13

устройства, отличающийс  тем, что, с целью повышени  быстродействи  и точности интерпол тора, в него введены блок определени  шага, второй сумматор-накопитель и третий, четвертый, п тый блоки сравнени ,причем выход первого сумматора-накопител  соединен с первыми входами четвертого и п того блоков сравнени , вторые входы которых соединены соответственно с первым и вторым выходами второго сумматора-накопител ,первый и второй входы блока определени  шага  вл ютс  входами устройства выходы четвертого и п того блоков сравнени  соединены с третьим и четвертым входами блока определени  шага , п тый вход которого соединен со знаковым выходом первого сумматора- накопител , первый и второй выходы блока определени  шага соединены соответственно с входами первого и второго реверсивных счетчиков и первым, вторым входами блока определени  вывода координат, шестой вход блока определени  шага соединен с выходом третьего блока сравр}ени , первый и второй входы которого соединены соот- вЬтственно с пр мыми выходами первого и второго реверсивных счетчиков, вто- .рые входы первого и второго блоков элементов И соединены соответственно с третьим и четвертым входами первого сумматора-накопител  и третьим, четвертым выходами блока определени  шага..

2. Интерпол тор non.l, отличающийс  тем, что блок опре

делени  шага содержит шесть элементов И и четыре элемента ИЛИ, причем

Q 5

0

5

5

0

110 .

инверсные входы третьего и п того элементов И и первые пр мые входы второго и четвертого элементов И соединены с шестым входом блока определени  шага, второй пр мой вход второго и пр мой вход п того элементов И соединены с вторым входом блока определени  шага, пр мой вход третьего и второй гф мой вход четвертого элементов И соединены с первым вхо- лом блока определени  шага, первый пр мой вход первого элемента И и первый инверсный вход шестого элемента И соединены с п тым входом блока определени  шага, инверсный вход первого и второй инверсный вход шестого элементов И соединены соответственно с четвертым и третьим входами блока определени  шага, выход второго элемента И соединен с вторым пр мым входом первого элемента И и первым входом третьего элемента ИЛИ,второй вход которого соединен с первым входом четвертого элемента 1-ШИи выходом шестого элемента И, выход п того элемента И соединен с пр мым входом шестого элемента И и первым входом второго элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с первым входом первого элемента ИЛИ и выходом первого элемента И, вторые входы первого и четвертого элементов liTH соединены с выходом соответственно третьего и четвертого элементов И, выходы первого и четвертого элементов ИЛИ соединены соответственно с третьим и четвертым выходами блока определени  шага, первый и второй выходы которого соединены с выходами соответственно второго и третьего.элементов ИЛИ.

4f

/7

25

ip

20

21

фие.2

cpue.3

29

Редактор М. Циткина

Составитель А. Исправникова

Техред.А.Кравчук Корректор Г, Решетник

Заказ 5565/47Тираж 863Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушска  наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предпри тие, г. Ужгород, ул. Проектна , 4