Чикуров И.Г. Алгоритмическое и программное обеспечение компьютерных систем управления. Практикум

Подождите немного. Документ загружается.

Функция-элемент fill возвращает текущий символ и устанавливает

новый символ заполнения пустых позиций c помощью переменной

типа char.

Char fill(char);

2 Использование манипуляторов потока

Для управления форматом вывода непосредственно из потока

можно использовать специальные функции, называемые

манипуляторами потока. В языке С++ используются следующие

стандартные манипуляторы потока, доступ к которым можно

получить, подключив библиотечный файл iomanip.h

dec - десятичный формат;

endl - завершение вывода данных из буфера и перевод курсора в

начало cледующей строки;

ends - вывод NULL;

flush -освободить поток;

hex - шестнадцатеричный формат числа;

resetiosflags(ios::f) - отключить флаг, определённый перечислением класса ios;

setbase(int) - установить основание системы счисления;

setfill(char) - установить символ заполнения;

setiosflags(ios::f) - включить флаг, определённый перечислением класса ios;

setprecision(int) - установить число цифр после десятичной точки;

setw(int) - установить ширину поля выдачи;

ws - режим пропуска символов пробела.

Пример

Вывести на печать ряд значений π, 2π,…,5π, причём целые и

дробные части чисел выводить отдельно.

Для решения задачи использовать стандартную математическую

функцию

Double modf(double value, double &iptr),

которая разбивает значение аргумента на целую и дробную части,

каждая из которых имеет тот же знак, что и аргумент. Функция

сохраняет целую часть числа как тип double в объекте, на который

указывает параметр iptr; дробная часть числа со знаком используется

в качестве возвращаемого функцией значения.

//Управление процессом печати с использованием функций-элементов и

//манипуляторов потока.

#include <iostream.h> //стандартная функция управления вводом-выводом

#include <iomanip.h> //стандартная функция манипуляторов потока

#include <math.h> //стандартные математические функции

main()

{

double pi=3.14159265359; //число pi

double x=0,x0=0,ostx=0; //число x, его целая часть x0 и остаток оstx

int v=15; //ширина поля

int w=5; //число знаков после запятой

cout.precision(w);

cout.setf(ios::left,ios::adjustfield); //выравнивание по левой границе

cout<<setw(v)<<"x"<<setw(v)<<"x0"<<setw(v)<<"ostx"<<endl; //печать

//заголовка

for(int i=0; i<5; i++)

{

x=i*pi;

ostx=modf(x,&x0);

cout<<setw(v)<<x<<setw(v)<<x0<<setw(v)<<ostx<<endl; //печать

//данных

};

return 0;

}

-------------------------------------------------------------------------------------------------------

x x0 ostx

0 0 0

3.14159 3 0.14159

6.28319 6 0.28319

9.42478 9 0.42478

12.56637 12 0.56637

-------------------------------------------------------------------------------------------------------

3 Использование функции modf()

В первой программе результаты расчетов

- дробные

числа. Простое округление привело бы к накоплению ошибок, т.е.

отклонению от заданной траектории. Поэтому от приращений

координат, подготовленных к выдаче в приводы подачи в очередном

периоде таймера, отсекают целые числа, а дробные остатки

накапливают и учитывают в последующих периодах. В этой связи

картина выдачи приращений координат в приводы от периода к

периоду неравномерна, что проявляется в виде небольших (не более 1

дискреты) скачков мгновенных скоростей по координатным осям

(рис.1.2).

TTTTTT

Рис.1.2

Чтобы решить рассмотренную задачу, удобно воспользоваться

математической функцией, которая имеет вид:

double modf(double value, double *iptr);

Она разбивает значение аргумента на целую и дробную части, каждая

из которых имеет тот же знак, что и аргумент. Функция сохраняет

целую часть числа как тип double в объекте, на который указывает

параметр iptr; дробная часть числа со знаком используется в качестве

возвращаемого функцией значения.

Порядок выполнения лабораторной работы

1) Изучить алгоритм круговой интерполяции. Составить программу

круговой интерполяции на языке Visual C++.

2) Загрузить программу в ЭВМ, транслировать и отладить.

3) Включить режим интерполяции в направлении по часовой

стрелке. В точках пересечения окружности с осями координат x и

y зафиксировать значения погрешности интерполяции. Данные

занести в табл. 1.1.

4) Повторить эксперимент в направлении интерполяции против

часовой стрелки.

Таблица 1.1

Номер точкиРежим

интерполяции

1 2 3 4

G02

N=6000

G03

G02

N=12000

G03

5) Уменьшить шаг интерполяции в 2 раза. Повторить эксперимент

6) Написать второй вариант программы и испытать ее.

7) Чтобы построить графики траекторий, импортировать текстовые

файлы в математическую систему Mathcad.

Содержание отчета

1) Краткое описание алгоритма круговой интерполяции.

2) Коды первой и второй программ.

3) Распечатки (листинги) результатов испытаний.

4) Графики траекторий

()

y yx

5) Графики траекторий

(), ()

x fn y fn

D= D=

, где n - номер точки на

дуге окружности.

Варианты заданий

Вариант

Направление

интерполяции

Радиус

(дискрет)

1 G02 10000

2 G02 12000

3 G02 13000

4 G02 14000

5 G02 15000

6 G02 16000

7 G02 17000

8 G02 18000

9 G03 10000

10 G03 12000

11 G03 13000

12 G03 14000

13 G03 15000

14 G03 16000

15 G03 17000

16 G03 18000

Контрольные вопросы

1) Каково назначение кругового интерполятора в компьютерной

системе ЧПУ?

2) Откуда поступают данные на вход интерполятора?

3) Куда передаются данные с выхода интерполятора?

4) Приведите формулы и объясните алгоритм круговой

интерполяции.

5) Почему в компьютерной системе ЧПУ приращения координат на

выходе интерполятора должны быть представлены в виде целых

чисел дискрет?

6) Какой порядок имеет цена дискреты в компьютерных системах

ЧПУ?

7) Как изменить контурную скорость подачи в алгоритме круговой

интерполяции?

8) Как изменить направление круговой интерполяции?

Список литературы

1. Крис Паппас, Уильям Мюррей. Visual C++. Руководство

разработчика: пер. с англ. – К.: Издательская группа BHV, 2000.

2. Подбельский В.В. Язык Си++: учеб. пособие - М.: Финансы и

статистика, 2008.

3. Дьяконов В. Mathcad 2001: специальный справ. – СПб.: Питер,

2002.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2

ПРОГРАММИРОВАНИЕ И ИСПЫТАНИЕ ЭКСПОНЕНЦИАЛЬНОГО

МОДУЛЯ РАЗГОНА-ТОРМОЖЕНИЯ ДЛЯ РЕЖИМОВ

ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ

Цель работы

Цель данной работы - изучить алгоритм модуля разгона -

торможения с изменением скорости по экспоненциальному закону.

Алгоритм близок к реальному алгоритму и может применяться для

управления движением рабочих органов производственных машин в

режимах позиционирования.

Теоретические сведения

Ступенчатое изменение скорости, подаваемое на вход

электропривода, вызывает динамические удары в его механической

части, что приводит к преждевременному износу передачи винт-гайка

качения, перегрузке электродвигателя и ограничивает максимальную

скорость позиционирования. Чтобы обеспечить плавное

регулирование скорости электропривода, в алгоритме отсчета пути

предусмотрен модуль разгона-торможения.

Основу модуля составляет цифровой фильтр в виде

апериодического звена, который при подаче на вход ступенчатого

входного воздействия

изменяет выходную величину

по

экспоненциальному закону (рис.2.1).

Алгоритм работы этого фильтра определяется формулой:

1011

()

V V VkV

=-+

где

k TT

- коэффициент экспоненты; Т - постоянная экспоненты;

- период квантования по времени (период таймера).

Рис.2.1

Переходные характеристики фильтра представляют собой

экспоненциальные кривые (рис. 2.2).

Рис.2.2. Переходные характеристики: а – однократное изменение

; b – многократное изменение

К цифровому фильтру предъявляются следующие требования:

1) входная и выходная информация представляет собой

последовательность целых чисел дискрет пути за период таймера, т.е.

скорости. Для записи этих чисел отводится одинарное слово длиной

16 разрядов;

2) после завершения отработки сколь угодно большого

количества кадров суммарное количество дискрет пути на выходе

должно равняться количеству дискрет пути на входе фильтра.

Схема на рис. 2.1 не удовлетворяет второму требованию.

Действительно, если записать значение коэффициента

k TT

виде слова одинарной длины, то после первого умножения

одинарного слова

()

на коэффициент

получим результат

умножения в виде двойного слова. В следующем цикле вычислений

произведение

()

VVk

-×

займет слово тройной длины, далее

четверной и т.д. При работе с фиксированной запятой емкость

разрядной сетки быстро переполнится, что приведет к погрешности

вычислений. При отработке большого количества участков пути

указанная погрешность превысит допустимую величину даже при

переходе к вычислениям с плавающей запятой.

Указанный недостаток алгоритма можно устранить, если

вычислительную процедуру с младшими словами и со старшими

словами чисел выполнять по-разному (рис.2.3).

Рис.2.3. Цифровой фильтр:

VST

- входное воздействие (1 слово);

KEXP

- коэффициент экспоненты (1 слово);

- слово в сумматоре (двойное

слово);

VST

- выходная величина – старшее слово от

(1 слово)

Данная схема отличается тем, что умножение

( 0 1)

VST VST KEXP

-×

всегда выполняется со словами одинарной

длины. Поэтому результат умножения

никогда не превосходит

слова двойной длины.

Рассматривая данную схему, необходимо учесть, что по

окончании отработки кадра старшее слово от

VST

становится

равным нулю, а младшее слово от

может остаться

неотработанным, что приведет к ошибке позиционирования. Чтобы

избежать этой ошибки, надо перед началом отработки кадра

загрузить в сумматор так называемый "машинный нуль", который

содержит нули в старшем слове и единицы в младшем (рис.2.4). Знак

"машинного нуля" выбирается в зависимости от направления

движения (рис.2.5).

KEXP

VST

31 16 15 0

0000 FFFF

Рис. 2.4. Машинный нуль

Рис.2.5. Знак «машинного нуля»: а – движение вперед; б – движение

назад; в – реверс

Задание на практическое занятие

Изучить алгоритм модуля экспоненциального разгона

торможения. Составить программу на языке макроассемблер.

Методика решения задачи

В «шапке» программы на языке Assembler необходимо задать

исходные значения переменных и параметров в следующем виде:

;------------- Переменные---------------

VST0 DW 500

VST1 DW 0

KEXP DW 6000

V1 DD 65535

SIGNV1 DW 0

Код программы надо разместить в уже готовом диспетчере

между комментариями

;---------------начало цикла-----------------------

;---------------конец цикла-----------------------

Основой для написания программы служит блок-схема

алгоритма (рис.2.6). Точки условных переходов на этой блок-схеме

рекомендуется обозначить метками m1, m2, m3.

В качестве примера рассмотрим начало программы.

;---------------начало цикла-----------------------

MOV BX,VST0 ;V1:=V1+(VST0-VST1)*KEXP

SUB BX,VST1 ;

MOV AX,KEXP ;

IMUL BX ;

ADD WORD PTR V1,AX ;

ADC WORD PTR V1+2,DX ;

MOV AX,0FFFFH ;DX,AX=0,999...

MOV DX,0 ;

Результат выполнения этих команд приведен в комментариях

кода программы.

Чтобы изменить скорость или направление движения, надо в

программе после комментария «конец цикла» указать знак и значение

скорости, выраженное числом дискрет пути за период таймера.

;-------------КОНЕЦ ЦИКЛА-----------------------------

cmp counter,100 ;‚Начало торможения

jne m9

mov vst0,0 ;Конечная скорость

;(vst0,-500 -реверс)

При написании кода программы следует использовать

методические указания по программированию на языке Assembler. В

приложении к методическим указаниям дана таблица команд этого

языка.