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GPRS技术特点
    GPRS是通用分组无线业务(GeneralPacketRadioService)的英文简称，是在现有GSM系统上发展出来的一种新的承载业务，目的是为GSM用户提供分组形式的数据业务。GPRS采用与GSM同样的无线调制标准、同样的频带、同样的突发结构、同样的跳频规则以及同样的TDMA帧结构。这种新的分组数据信道与当前的电路交换的话音业务信道极其相似，因此现有的基站子系统(BSS)从一开始就可提供全面的GPRS覆盖。GPRS允许用户在端到端分组转移模式下发送和接收数据，而不需要利用电路交换模式的网络资源。从而提供了一种高效、低成本的无线分组数据业务。特别适用于间断的、突发性的和频繁的、少量的数据传输，也适用于偶尔的大数据量传输。

1.1 在现有的GSM系统上实现GPRS需要增加的功能模块
   
GPRS网络是基于现有的GSM网络来实现的。在900／1800MHzGSM数字蜂窝移动通信系统中完成GPRS业务的网络设备及其相应的连接，网络设备主要包括：
(1) GPRS交换设备如GPRS网关支持节点GGSN(GateGPRSSupportingNode)和GPRS业务支持节点(ServingGPRSSupportNode)，以及其他一些功能实体(域名服务器DNS、计费网关CG和边界网关BG)。
(2) GPRS基站子系统附加设备主要包括引入GPRS业务后，在基站子系统BSS或基站收发信机BTS中新增加的硬件单元(PCU)。
(3) 其它设备如本地位置寄存器HLR、访问位置寄存器VLR、移动交换中心MSC、SMS—GMSC和SMS—IWMSC等GSM系统原有设备被升级以支持相应的与GPRS有关的功能。
(4) 要实现GPRS网络，移动台也必须是GPRS移动台或GPRS／GSM双模移动台。
   
1.2 GPRS网络数据包的发送与接收
   
笔记本电脑通过串行或无线方式接到GPRS蜂窝电话或Modem上，GPRS蜂窝电话或Modem与GSM基站通信，但与电路交换或数据呼叫不同，GPRS分组是从基站发送到SGSN节点，而不是通过移动交换中心MSC连接到语音网络上。SGSN与网关支持节点GGSN进行通信，GGSN对分组数据进行相应的处理，再发送到目的网络，如Internet或X.25网络，（参见图1）来自Internet、标识有移动台地址的IP包，由GGSN接收，再转发到SGSN，继而传送到移动台上。
   
1.3 GPRS的网络特性
   
(1) 分组交换
分组交换的基本过程是把数据先分成若干个小的数据包，可通过不同的路由，以存储转发的接力方式传送到目的端，而组装成完整的数据。分组交换基本上不是实时系统，延时也不固定，但可以使不同的数据传输“共用”传输带宽：有数据时占用带宽，无数据时不占用，从而分享资源。同时分组交换可以提供灵活的差错控制和流量控制，主要是在端到端的高层进行，以减少中间网络低层环节不必要的开销；也可以在网络部分环节上增加控制，提高安全性。另外通过设置服务等级QoS等手段，可以有效的控制和分配延时、带宽等性能，所以分组交换非常适用于数据应用。
(2) 频谱效率
在GSM无线系统中，无线信道资源非常宝贵。如采用电路交换，通信需要建立端到端的连接，在通信过程中要独占信道，每条GSM信道只能提供9.6kb／s或14.4kb／s传输速率。如果多个组合在一起(最多8个时隙)，虽可提供更高的速率，但只能被一个用户独占，在成本效率上显然缺乏可行性。而采用分组交换的GPRS则可灵活运用无线信道，每一个用户可以有多个无线信道，而同一信道又可以由几个用户共享，从而极大地提高了无线资源的利用率。在理论上，GPRS可以将最多8个时隙组合在一起，给用户提供高达171.2kb/s的带宽，从14.4k~171k，足足比以前超出了10倍的传输速度，保证了更大数据的传输，更快的因特网接入。由于GPRS用户的数据通信费是以数据量为基础，而不考虑通信时长，所以GPRS用于IP业务的接入将更为用户所接受。GPRS最大的特点就是“永远在线”。人们可以随时获得即时的更新结果，只要移动设备打开，就会一直收到信息，这使它成为理想的数据传输方法。从无线系统本身的特点来看，GPRS使GSM系统实现无线数据业务的能力产生了本质的飞跃。
(3) Internet识别
典型的互联网连接是：用户通过拨号接入某一ISP，通过ISP的网络访问互联网。因此用户需要付拨号电话费和网络使用费两部分费用，而GSM做无线接入时付无线网络电话费。如果通过GPRS接入互联网则有很大的不同，因为GPRS是无线分组数据系统，只要用户一打开GPRS终端，就已经附着到GPRS网络上，GPRS通过允许现存的Internet和新的GPRS网络的互通首次完全实现了移动Internet功能。也就是用户通过GPRS系统的网关GGSN连接到互联网，GGSN还提供相应的动态地址分配、路由、名称解析、安全和计费等互联网功能。目前任何一种在固定Internet上的业务（如文件传输协议（FTP）、网页浏览、交谈、信函、遥信）通过利用GPRS将同样能在移动网络上实现。所以，移动业务运营商同时也是互联网业务的提供商。

可编程序控制器(PLC)基础知识！！！
 
在自动化控制领域，PLC是一种重要的控制设备。目前，世界上有200多厂家生产300多品种PLC产品，应用在汽车（23%）、粮食加工（16.4%）、化学/制药（14.6%）、金属/矿山（11.5%）、纸浆/造纸（11.3%）等行业。为了使各位初学者更方便地了解PLC，本文对PLC的发展、基本结构、配置、应用等基本知识作一简介，以期对各位网友有所帮助。
　　
一、PLC的发展历程

   在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。1968年美国GM（通用汽车）公司提出取代继电气控制装置的要求，第二年，美国数字公司研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这就是第一代可编程序控制器，称Programmable Controller（PC）。
　　个人计算机（简称PC）发展起来后，为了方便，也为了反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为Programmable Logic Controller（PLC），现在，仍常常将PLC简称PC。
　　PLC的定义有许多种。国际电工委员会（IEC）对PLC的定义是：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。
　　上世纪80年代至90年代中期，是PLC发展最快的时期，年增长率一直保持为30~40%。在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。
　　PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。PLC在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，在可预见的将来，是无法取代的。
　　
二、PLC的构成

　　从结构上分，PLC分为固定式和组合式（模块式）两种。固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。
　　
三、CPU的构成

　　CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，每套PLC至少有一个CPU，它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路。
　　CPU主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，CPU单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。内存主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。
　　在使用者看来，不必要详细分析CPU的内部电路，但对各部分的工作机制还是应有足够的理解。CPU的控制器控制CPU工作，由它读取指令、解释指令及执行指令。但工作节奏由震荡信号控制。运算器用于进行数字或逻辑运算，在控制器指挥下工作。寄存器参与运算，并存储运算的中间结果，它也是在控制器指挥下工作。
　　CPU速度和内存容量是PLC的重要参数，它们决定着PLC的工作速度，IO数量及软件容量等，因此限制着控制规模。

四、I/O模块

　　PLC与电气回路的接口，是通过输入输出部分（I/O）完成的。I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统，输出模块相反。I/O分为开关量输入（DI），开关量输出（DO），模拟量输入（AI），模拟量输出（AO）等模块。
　　开关量是指只有开和关（或1和0）两种状态的信号，模拟量是指连续变化的量。常用的I/O分类如下：
　　开关量：按电压水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔离方式分，有继电器隔离和晶体管隔离。
　　模拟量：按信号类型分，有电流型（4-20mA,0-20mA）、电压型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。
　　除了上述通用IO外，还有特殊IO模块，如热电阻、热电偶、脉冲等模块。
　　按I/O点数确定模块规格及数量，I/O模块可多可少，但其最大数受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或机架槽数限制。
　　
五、电源模块

　　PLC电源用于为PLC各模块的集成电路提供工作电源。同时，有的还为输入电路提供24V的工作电源。电源输入类型有：交流电源（220VAC或110VAC），直流电源（常用的为24VAC）。
　　
六、底板或机架

　　大多数模块式PLC使用底板或机架，其作用是：电气上，实现各模块间的联系，使CPU能访问底板上的所有模块，机械上，实现各模块间的连接，使各模块构成一个整体。
　　
七、PLC系统的其它设备

　　1、编程设备：编程器是PLC开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的器件，用于编程、对系统作一些设定、监控PLC及PLC所控制的系统的工作状况，但它不直接参与现场控制运行。小编程器PLC一般有手持型编程器，目前一般由计算机（运行编程软件）充当编程器。
　　2、人机界面：最简单的人机界面是指示灯和按钮，目前液晶屏（或触摸屏）式的一体式操作员终端应用越来越广泛，由计算机（运行组态软件）充当人机界面非常普及。
　　3、输入输出设备：用于永久性地存储用户数据，如EPROM、EEPROM写入器、条码阅读器，输入模拟量的电位器，打印机等。
　　　
八、PLC的通信联网

　　依靠先进的工业网络技术可以迅速有效地收集、传送生产和管理数据。因此，网络在自动化系统集成工程中的重要性越来越显著，甚至有人提出"网络就是控制器"的观点说法。
　　PLC具有通信联网的功能，它使PLC与PLC 之间、PLC与上位计算机以及其他智能设备之间能够交换信息，形成一个统一的整体，实现分散集中控制。多数PLC具有RS-232接口，还有一些内置有支持各自通信协议的接口。
　　PLC的通信，还未实现互操作性，IEC规定了多种现场总线标准，PLC各厂家均有采用。
　　对于一个自动化工程(特别是中大规模控制系统)来讲，选择网络非常重要的。首先，网络必须是开放的，以方便不同设备的集成及未来系统规模的扩展；其次，针对不同网络层次的传输性能要求，选择网络的形式，这必须在较深入地了解该网络标准的协议、机制的前提下进行；再次，综合考虑系统成本、设备兼容性、现场环境适用性等具体问题，确定不同层次所使用的网络标准。  

PLC的基本结构  
       PLC实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，
　　1、中央处理单元(CPU)是PLC的控制中枢。它按照PLC系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。当PLC投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。
　　为了进一步提高PLC的可*性，近年来对大型PLC还采用双CPU构成冗余系统，或采用三CPU的表决式系统。这样，即使某个CPU出现故障，整个系统仍能正常运行。
　　2、存储器存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。
　　PLC常用的存储器类型
　　（1）RAM （Random Assess Memory） 这是一种读/写存储器(随机存储器)，其存取速度最快，由锂电池支持。
　　（2）EPROM（Erasable Programmable Read Only Memory）这是一种可擦除的只读存储器。在断电情况下，存储器内的所有内容保持不变。(在紫外线连续照射下可擦除存储器内容)。（3）EEPROM(Electrical Erasable Programmable Read Only Memory)这是一种电可擦除的只读存储器。使用编程器就能很容易地对其所存储的内容进行修改。
　　PLC存储空间的分配
　　虽然各种PLC的CPU的最大寻址空间各不相同，但是根据PLC的工作原理，其存储空间一般包括以下三个区域：
　　（1）系统程序存储区
　　（2）系统RAM存储区（包括I/O映象区和系统软设备等）
　　（3）用户程序存储区系统程序存储区：在系统程序存储区中存放着相当于计算机操作系统的系统程序。包括监控程序、管理程序、命令解释程序、功能子程序、系统诊断子程序等。由制造厂商将其固化在EPROM中，用户不能直接存取。它和硬件一起决定了该PLC的性能。
　　系统RAM存储区：系统RAM存储区包括I/O映象区以及各类软设备，如：逻辑线圈；数据寄存器；计时器；计数器；变址寄存器；累加器等存储器。
　　（1）I/O映象区：由于PLC投入运行后，只是在输入采样阶段才依次读入各输入状态和数据，在输出刷新阶段才将输出的状态和数据送至相应的外设。因此，它需要一定数量的存储单元(RAM)以存放I/O的状态和数据，这些单元称作I/O映象区。一个开关量I/O占用存储单元中的一个位（bit），一个模拟量I/O占用存储单元中的一个字（16个bit）。因此整个I/O映象区可看作两个部分组成：开关量I/O映象区；模拟量I/O映象区。
　　（2）系统软设备存储区 ：除了I/O映象区区以外，系统RAM存储区还包括PLC内部各类软设备（逻辑线圈、计时器、计数器、数据寄存器和累加器等）的存储区。该存储区又分为具有失电保持的存储区域和无失电保持的存储区域，前者在PLC断电时，由内部的锂电池供电，数据不会遗失；后者当PLC断电时，数据被清零。
　　1）逻辑线圈与开关输出一样，每个逻辑线圈占用系统RAM存储区中的一个位，但不能直接驱动外设，只供用户在编程中使用，其作用类似于电器控制线路中的继电器。 另外，不同的PLC还提供数量不等的特殊逻辑线圈，具有不同的功能。
　　2）数据寄存器与模拟量I/O一样，每个数据寄存器占用系统RAM存储区中的一个字(16 bits)。 另外，PLC还提供数量不等的特殊数据寄存器，具有不同的功能。
　　3）计时器
　　4）计数器
　　用户程序存储区
　　用户程序存储区存放用户编制的用户程序。不同类型的PLC，其存储容量各不相同。
　　3、电源
　　PLC的电源在整个系统中起着十分重要得作用。如果没有一个良好的、可*得电源系统是无法正常工作的，因此PLC的制造商对电源的设计和制造也十分重视。一般交流电压波动在+10%(+15%)范围内，可以不采取其它措施而将PLC直接连接到交流电网上去。

[自动控制学习]C语言高效编程的几招
发表于 2006-1-2 11:08:28
编写高效简洁的C语言代码，是许多软件工程师追求的目标。本文就工作中的一些体会和经验做相关的阐述，不对的地方请各位指教。

第1招：以空间换时间

计算机程序中最大的矛盾是空间和时间的矛盾，那么，从这个角度出发逆向思维来考虑程序的效率问题，我们就有了解决问题的第1招--以空间换时间。

例如：字符串的赋值。

方法A，通常的办法：

#define LEN 32

char string1 [LEN];

memset (string1,0,LEN);

strcpy (string1,"This is an example!!"
　　方法B:

const char string2[LEN]="This is an example!"

char*cp;

cp=string2;

(使用的时候可以直接用指针来操作。)


从上面的例子可以看出，A和B的效率是不能比的。在同样的存储空间下，B直接使用指针就可以操作了，而A需要调用两个字符函数才能完成。B的缺点在于灵活性没有A好。在需要频繁更改一个字符串内容的时候，A具有更好的灵活性；如果采用方法B，则需要预存许多字符串，虽然占用了 大量的内存，但是获得了程序执行的高效率。

如果系统的实时性要求很高，内存还有一些，那我推荐你使用该招数。

该招数的边招--使用宏函数而不是函数。举例如下：

方法C:

#define bwMCDR2_ADDRESS 4

#define bsMCDR2_ADDRESS 17

int BIT_MASK (int_bf)

{

return ((IU<<(bw##_bf))-1)<<(bs##_bf);

}

void SET_BITS(int_dst,int_bf,int_val)

{

_dst=((_dst) & ~ (BIT_MASK(_bf)))I\ (((_val)<<<(bs##_bf))&(BIT_MASK(_bf)))

}

SET_BITS(MCDR2,MCDR2_ADDRESS,RegisterNumber);
　　方法D:

#define bwMCDR2_ADDRESS 4

#define bsMCDR2_ADDRESS 17

#define bmMCDR2_ADDRESS BIT_MASK (MCDR2_ADDRESS)

#define BIT_MASK(_bf)(((1U<<(bw##_bf))-1)<< (bs##_bf)

#define SET_BITS(_dst,_bf,_val)\ ((_dst)=((_dst)&~(BIT_MASK(_bf)))I (((_val)<<(bs##_bf))&(BIT_MASK(_bf))))

SET_BITS(MCDR2,MCDR2_ADDRESS,RegisterNumber);


函数和宏函数的区别就在于，宏函数占用了大量的空间，而函数占用了时间。大家要知道的是，函数调用是要使用系统的栈来保存数据的，如果编译器里有栈检查选项，一般在函数的头会嵌入一些汇编语句对当前栈进行检查；同时，CPU也要在函数调用时保存和恢复当前的现场，进行压栈和弹栈操作，所以，函数调用需要一些CPU时间。而宏函数不存在这个问题。宏函数仅仅作为预先写好的代码嵌入到当前程序，不会产生函数调用，所以仅仅是占用了空间，在频繁调用同一个宏函数的时候，该现象尤其突出。

D方法是我看到的最好的置位操作函数，是ARM公司源码的一部分，在短短的三行内实现了很多功能，几乎涵盖了所有的位操作功能。C方法是其变体，其中滋味还需大家仔细体会。

第2招：数学方法解决问题

现在我们演绎高效C语言编写的第二招--采用数学方法来解决问题。

数学是计算机之母，没有数学的依据和基础，就没有计算机的发展，所以在编写程序的时候，采用一些数学方法会对程序的执行效率有数量级的提高。

举例如下，求1~100的和。

方法E

int I,j;

for (I=1; I<=100; I++){

j+=I;

}
　　方法F

int I;

I=(100*(1+100))/2


这个例子是我印象最深的一个数学用例，是我的饿计算机启蒙老师考我的。当时我只有小学三年级，可惜我当时不知道用公式Nx(N+1)/2来解决这个问题。方法E循环了100次才解决问题，也就是说最少用了100个赋值、100个判断、200个加法(I和j)；而方法F仅仅用了1个加法、1个乘法、1次除法。效果自然不言而喻。所以，现在我在编程序的时候，更多的是动脑筋找规律，最大限度地发挥数学的威力来提高程序运行的效率。

第3招：使用位操作

实现高效的C语言编写的第三招--使用位操作，减少除法和取模的运算。

在计算机程序中，数据的位是可以操作的最小数据单位，理论上可以用“位运算”来完成所有的运算和操作。一般的位操作是用来控制硬件的，或者做数据变换使用，但是，灵活的位操作可以有效地提高程序运行的效率。举例台如下：

方法G

int I,J;

I=257/8;

J=456%32;
　　方法H

int I,J;

I=257>>3;

J=456-(456>>4<<4);


在字面上好象H比G麻烦了好多，但是，仔细查看产生的汇编代码就会明白，方法 G调用了基本的取模函数和除法函数，既有函数调用，还有很多汇编代码和寄存器参与运算；而方法H则仅仅是几句相关的汇编，代码更简洁、效率更高。当然，由于编译器的不同，可能效率的差距不大，但是，以我目前遇到的MS C,ARM C来看，效率的差距还是不小。相关汇编代码就不在这里列举了。

运用这招需要注意的是，因为CPU的不同而产生的问题。比如说，在PC上用这招编写的程序，并在PC上调试通过，在移植到一个16位机平台上的时候，可能会产生代码隐患。所以只有在一定技术进阶的基础下才可以使用这招。

第4招：汇编嵌入

高效C语言编程的必杀技，第四招--嵌入汇编。

“在熟悉汇编语言的人眼里，C语言编写的程序都是垃圾”。这种说法虽然偏激了一些，但是却有它的道理。汇编语言是效率最高的计算机语言，但是，不可能靠着它来写一个操作系统吧？所以，为了获得程序的高效率，我们只好采用变通的方法--嵌入汇编、混合编程。

举例如下，将数组一赋值给数组二，要求每一个字节都相符。char string1[1024], string2[1024];

方法I

int I;

for (I=0; I<1024; I++)

*(string2+I)=*(string1+I)
　　方法J

#int I;

for(I=0; I<1024; I++)

*(string2+I)=*(string1+I);

#else

#ifdef_ARM_

_asm

{

MOV R0,string1

MOV R1,string2

MOV R2,#0

loop:

LDMIA R0!,[R3-R11]

STMIA R1!,[R3-R11]

ADD R2,R2,#8

CMP R2, #400

BNE loop

}

#endif


方法I是最常见的方法，使用了1024次循环；方法J则根据平台不同做了区分，在ARM平台下，用嵌入汇编仅用128次循环就完成了同样的操作。这里有朋友会说，为什么不用标准的内存拷贝函数呢？这是因为在源数据里可能含有数据为0的字节，这样的话，标准库函数会提前结束而不会完成我们要求的操作。这个例程典型应用于LCD数据的拷贝过程。根据不同的CPU，熟练使用相应的嵌入汇编，可以大大提高程序执行的效率。

虽然是必杀技，但是如果轻易使用会付出惨重的代价。这是因为，使用了嵌入汇编，便限制了程序的可移植性，使程序在不同平台移植的过程中，卧虎藏龙、险象环生！同时该招数也与现代软件工程的思想相违背，只有在迫不得已的情况下才可以采用。切记。

使用C语言进行高效率编程，我的体会仅此而已。在此已本文抛砖引玉，还请各位高手共同切磋。希望各位能给出更好的方法，大家一起提高我们的编程技巧。

步进电机运动控制卡，应用方法（一）数控机床上的电机控制
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图1  数控系统的总体框架配置
总体框架说明：
  1、 PC机可采用工控PC机，可满足该控制系统的控制要求。
  2、运动控制卡。我们采用了由ADVANTECH公司生产的PCL运动控制卡。该卡是一种高速三轴步进电机运动控制卡，它有16位的数字输入、输出口，可实现三轴联动。因此，它可以满足车床X，Z轴联动，实现直线，圆弧插补。
  3、光电耦合电路是自己设计的，它的作用是能够隔离外部干扰信号对运动控制卡的信号冲击，提高系统的稳定性。
  4、机床本体是由C613改造而来，拆除原来的丝杆，溜板箱，变速箱等，保留原来的三爪卡盘等。
  5、步进电机及其驱动器是采用南京四通公司的。驱动器的输入电压式45V，考虑步进电机的步距角和丝杆的螺距，本系统X轴的脉冲当量是0.00125，Z轴的脉冲当量是0.0025。完全能够达到0.005mm的加工精度要求。
  6、各种限位开关，减速开关，回零开关均安装在机床本体上，限位开关是起这硬件硬限位的作用，当车床加工工件超出加工范围时，车床自动停止加工。减速开关的作用是当车床刀架回零并走到车床零点附近时，减速开关被开启并通知车床减速走到零位置。
二、进给系统的设计
    考虑到该数控系统是开环控制，没有位置反馈，故进给系统尽可能的要减少中间传动环节。本车床的X，Z两轴进给系统去掉了原来的进给系统的中间传动环节，直接采用了步进电机＋刚性联轴器＋滚珠丝杆的传动方案。拆除原来的丝杆，增加少量的机械附件，就可安装步进电机及滚珠丝杆螺母副。根据计算，要求步进电机的扭距是5 Nm。我们选用步进电机是南京四通公司的86BYG250C-SAFRBC-0302，步距角选用0.9/1.8，扭距是7.5Nm。驱动器的型号是SH20806，输入电压是45V。
三、控制系统的软件部分
    该车床控制系统的软件部分采用VC＋＋6.0编写，该软件的加工界面如图2。其功能主要有读取零件的加工G代码，编辑和编译G代码，仿真加工（包括加工前仿真和与加工同步仿真，回参考点，手工对刀，加工中断，超程软限位等功能。它可处理进给速度，主轴速度及转速方向，刀具信息，M功能等多种加工信息。该软件的操作平台是Windows98。该软件的操作过程是首先读入*.NC或*.TXT的G代码文件；然后进行编译，编译器能给出不符合本软件的语法错误提示；有错误可也立即修改；然后按照毛胚的实际尺寸输入，软件进行加工前仿真。在确认没有因G代码引起的加工错误的情况下，可以开始机床加工。加工前得首先对刀，对刀的意义在于建立起工件坐标与车床坐标之间得关系。加工过程中，软件界面的状态栏还显示出刀具当前的坐标，加工状态，加工时间等信息。


图2   本数控车床系统软件界面

四、主轴系统改造
    拆除了原来的主轴变速箱，采用变频器＋皮带＋主轴＋编码器。该系统的主轴速度也是有级调速，共7级，速度可以从40rpm到1200rpm，不过每一档的速度可以根据需要通过设置变频器来实现。利用变频器的五个端子，可以用数字量控制电机的正，反转，停止及各档速度。本变频器是松下产品，其中七档频率在A20~A26中设置，端口应该由端口控制器（A1）控制。本系统没有采用手工机械调速，所有的速度均由G代码中的S命令来控制。软件可以读取G代码，自动控制主轴电机转速。
五、刀架结构
    由于本车床刀架改装以后，只能安装两把刀具，一把用于车削普通柱，锥面及端面，一把用于加工螺纹，故没有采用旋转式刀架，刀具是被安装在刀架的前后两端，采用X轴前后走刀以实现自动换刀。













名称： 电机运动控制卡
功能： PCI总线光隔四轴步进电机控制卡
型号： KPCI-884
说明：
 一、KPCI-884运动控制卡的简介: KPCI-884是一款能够同时控制4个伺服电机或步进电机的运动控制卡,它以高频率脉冲串输出方式，控制伺服和步进电机的运动。在一个系统中，可嵌入多块卡同时使用。（即：最多能控制16个以上的步进电机同时运动）。该卡能精确地控制所发出的脉冲频率（电机速度）、脉冲个数（电机转角）及脉冲频率变化率（电机加速度），它能满足步进电机的各种复杂的控制要求。可对电机进行位置控制、插补驱动、加速/减速等控制。它含有丰富的，功能齐全的软件库函数资源。在Windows9X/2000环境下，用户可直接使用我们为您提供的”DLL”动态链接库函数；以最大方便地使您在Microsoft Visual BASIC 、Visual C++及各种其他软件环境中使用。同时提供了VB和VC两种格式的KPCI-884测试示范软件，可演示此卡功能。 二、产品KPCI-884的特点:■ 独立4 轴驱动可以同时分别控制4个步进电机驱动轴的运动，每个轴都可以进行定速直线驱动，加/减速驱动，S 曲线加/减速驱动。4 轴的性能相同。 ■ 速度控制 可以运行固定速度驱动；直线加/减速驱动；S曲线加/减速驱动。可以使用程序控制和外部手动控制2种操作方法驱动。脉冲输出的速度可以在驱动中自由变更。■ S-曲线加/减速驱动每个轴可以用S-曲线进行加/减速设定；使用S-曲线命令还可以对抛物线加/减速驱动输出脉冲进行设定，此外对于定量驱动使用独特的方法避免在S-曲线加/减速中发生三角波形。该方法由动态连接库完成，用户不必顾虑。 ■  固定线速度控制 这是一种在插补驱动中保持插补轴合成速度的功能，2轴同时输出脉冲时,第2 轴可以设定为1.414 倍脉冲周期。  ■ 2轴/3轴位模式插补 可以用指定的驱动速度连续输出插补脉冲，用这种方式可以产生任何插补曲线■ 连续插补 直线插补 → 圆弧插补 → 直线插补 → … 这样可以不停地运行每个插补节点的插补驱动。■ 位置控制每轴都含有硬件构成的2个32 位位置计数器。一个是在内部管理驱动脉冲输出的逻辑位置计数器，另一个是管理从外部编码器输入的脉冲的实际位置计数器。此外，还有2个32 位比较寄存器, 用于与逻辑位置计数器或者实际位置计数器的位置大小相比较；在驱动中，可以从状态寄存器读出比较寄存器和逻辑/实际位置计数器之间的大小关系。对应的命令函数是int ReadCOMP(int num, unsigned short axis) ■ 由外部信号驱动每个轴都可以由外部信号（nEXOP+、nEXOP-）进行+/-方向运行的定量驱动和连续驱动。这功能可在手动操作时，减轻CPU的负担，且使各轴可以平稳地运动。■ 实时监控功能在电机运动过程中，可以实时读出逻辑位置ReadLP，实际位置ReadEP，驱动速度ReadCV，加速度ReadCA，加/减速状态(加速、定速、减速) MotorStatus。 ■通用IO控制通用IO控制28路，即：12路光隔输入 DC 0-24V；16路光隔输出 DC 0-24V，每一个轴对应4路输出和3路输入。





一、KPCI-884运动控制卡的简介:
KPCI-884是一款能够同时控制4个伺服电机或步进电机的运动控制卡,它以高频率脉冲串输出方式，控制伺服和步进电机的运动。在一个系统中，可嵌入多块卡同时使用。（即：最多能控制16个以上的步进电机同时运动）。该卡能精确地控制所发出的脉冲频率（电机速度）、脉冲个数（电机转角）及脉冲频率变化率（电机加速度），它能满足步进电机的各种复杂的控制要求。可对电机进行位置控制、插补驱动、加速/减速等控制。它含有丰富的，功能齐全的软件库函数资源。在Windows9X/2000环境下，用户可直接使用我们为您提供的”DLL”动态链接库函数；以最大方便地使您在Microsoft Visual BASIC 、Visual C++及各种其他软件环境中使用。同时提供了VB和VC两种格式的KPCI-884测试示范软件，可演示此卡功能。

二、产品KPCI-884的特点:
■ 独立4 轴驱动
可以同时分别控制4个步进电机驱动轴的运动，每个轴都可以进行定速直线驱动，加/减速驱动，S 曲线加/减速驱动。4 轴的性能相同。
■ 速度控制
可以运行固定速度驱动；直线加/减速驱动；S曲线加/减速驱动。可以使用程序控制和外部手动控制2种操作方法驱动。脉冲输出的速度可以在驱动中自由变更。

■ S-曲线加/减速驱动
每个轴可以用S-曲线进行加/减速设定；使用S-曲线命令还可以对抛物线加/减速驱动输出脉冲进行设定，此外对于定量驱动使用独特的方法避免在S-曲线加/减速中发生三角波形。该方法由动态连接库完成，用户不必顾虑。
■ 固定线速度控制
■ 这是一种在插补驱动中保持插补轴合成速度的功能，2轴同时输出脉冲时,第2 轴可以设定为1.414 倍脉冲周期。  
■ 2轴/3轴位模式插补
可以用指定的驱动速度连续输出插补脉冲，用这种方式可以产生任何插补曲线

■ 连续插补

直线插补 → 圆弧插补 → 直线插补 → … 这样可以不停地运行每个插补节点的插补驱动。

■ 位置控制
每轴都含有硬件构成的2个32 位位置计数器。一个是在内部管理驱动脉冲输出的逻辑位置计数器，另一个是管理从外部编码器输入的脉冲的实际位置计数器。此外，还有2个32 位比较寄存器, 用于与逻辑位置计数器或者实际位置计数器的位置大小相比较；在驱动中，可以从状态寄存器读出比较寄存器和逻辑/实际位置计数器之间的大小关系。对应的命令函数是int ReadCOMP(int num, unsigned short axis)
■ 由外部信号驱动
每个轴都可以由外部信号（nEXOP+、nEXOP-）进行+/-方向运行的定量驱动和连续驱动。这功能可在手动操作时，减轻CPU的负担，且使各轴可以平稳地运动。

■ 实时监控功能
在电机运动过程中，可以实时读出逻辑位置ReadLP，实际位置ReadEP，驱动速度ReadCV，加速度ReadCA，加/减速状态(加速、定速、减速) MotorStatus。
■通用IO控制
通用IO控制28路，即：12路光隔输入 DC 0-24V；16路光隔输出 DC 0-24V，每一个轴对应4路输出和3路输入。

-  什么是DCS，OPI文件
什么是DCS，OPI文件

DCS
   DCS全称为Desktop Color Separation—桌面分色格式。它是由Quark公司为使色彩分色工作更容易而制作的EPS格式的变体。

   原始的DCS格式（版本1）包含五个文件。主导文件是一个彩色低分辨率的EPS图形。用于看样。四个其它的文件有青、品、黄和黑分色信号。每个都是一个黑白图象（由于分色信息中包括彩色信息。）当Quark 在打印彩色分色片时，它使用了DCS图象中的正确的分色文件，主导文件包括为各分色文件的注释。因为文件命名问题，DCS的1版在Mac和DOS系统间使用会有一定的问题。

　　DCS 2版扩展了对专色版支持的功能，并允许DCS的单一文件形式。单一文件形式只是带有文件头说明的分色文件，在打印前必须进行数据分离。

OPI
　　OPI全称为Open Pre-Press Interface，即开放式印前界面，它是由Aldus公司发明的。OPI并不是一种文件格式，而是一种使用更小文件工作以加速DTP制作过程的一种方式。它也是一种EPS文件的赝品。对于一个10MB或是更高容量的EPS文件，可以使用 几KB的小尺寸来替代，以加速工作过程。

　　在OPI中，图象放在系统中，由OPI输入处理器处理。OPI技术可以将原图象放在某个地方，然后使用更小的图象来替代它，以达到预览的效果。

　　DTP程序除了EPS的头注释外，不能看到EPS文件中的PS代码。它只能使用EPS文件的预览图象数据。在打印时，会将EPS文件的完整代码放到打打印文件中。OPI通过除去所有的EPS文件内容，而保留文件头的方式来操作，并在它可以识别的地方加上一个特殊的注释，以描述原EPS文件保留的地址。

　　如果文件要被打印，就必须通过OPI处理器，寻找插入的注释，去使用原始的文件数据。

　　对于EPS中的预览部分，是一个使用屏幕分辨率的位图图旬;DCS中的主导文件，则是适用于看样的PS文件；OPI产生的则是存根文件。

　　在使用OPI图象打印页面时，要确保OPI能够返回原图象。许多系统可以自动实现这个过程，但是有些时候可能可以直接将文件向打印机打印。则存根文件不会扩展其中的图象部分，就会出现图象空白的情况。有些OPI系统中，会有一个原图象的粗糙显示图象，也会打印出基本的效果。

数据采集(DAQ)基础知识
简介
现今，在实验室研究、测试和测量以及工业自动化领域中，绝大多数科研人员和工程师使用配有PCI、PXI/CompactPCI、PCMCIA、USB、IEEE1394、ISA、并行或串行接口的个人电脑（PC）采集数据。许多应用使用插入式设备采集数据并把数据直接传送到计算机内存中，而在一些其它应用中数据采集硬件和PC分离，通过并行或串行接口和PC相连。从基于PC的数据采集系统中获取适当的结果取决于图示一中的各项组成部分：
个人电脑(PC)
传感器
信号调理
数据采集硬件
软件
本文介绍了数据采集系统的各个组成部分，并解释各个部分最重要的准则。本文也定义了用于基于PC的数据采集系统组成部分的许多通用术语。


图1 典型的基于PC的数据采集(DAQ)系统


个人电脑(PC)
数据采集系统所使用的计算机会极大地影响连续采集数据的最大速度，而当今的技术已可以使用Pentium和PowerPC级的处理器，它们能结合更高性能的PCI、PXI/CompactPCI和IEEE1394（火线）总线以及传统的ISA总线和USB总线。PCI总线和USB接口是目前绝大多数台式计算机的标准设备，而ISA总线已不再经常使用。随着PCMCIA、USB和IEEE 1394的出现，为基于桌面PC的数据采集系统提供了一种更为灵活的总线替代选择。对于使用RS-232或RS-485串口通信的远程数据采集应用，串口通信的速率常常会使数据吞吐量受到限制。在选择数据采集设备和总线方式时，请记住您所选择的设备和总线所能支持的数据传输方式。
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传感器和信号调理
传感器感应物理现象并生成数据采集系统可测量的电信号。例如，热电偶、电阻式测温计（RTD）、热敏电阻器和IC传感器可以把温度转变为模拟数字转化器（analog-to-digital ，ADC）可测量的模拟信号。其它例子包括应力计、流速传感器、压力传感器，它们可以相应地测量应力、流速和压力。在所有这些情况下，传感器可以生成和它们所检测的物理量呈比例的电信号。

为了适合数据采集设备的输入范围，由传感器生成的电信号必须经过处理。为了更精确地测量信号，信号调理配件能放大低电压信号，并对信号进行隔离和滤波。此外，某些传感器需要有电压或电流激励源来生成电压输出。图2显示了带有NI SCXI信号调理配件的典型数据采集系统。


图2 用于插入式数据采集设备的SCXI信号调理的前端系统
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数据采集硬件
模拟输入
模拟输入的基本考虑－在模拟输入的技术说明中将给出关于数据采集产品的精度和功能的信息。基本技术说明适用于大部分数据采集产品，包括通道数目、采样速率、分辨率和输入范围等方面的信息。
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模拟输出
经常需要模拟输出电路来为数据采集系统提供激励源。数模转换器（DAC）的一些技术指标决定了所产生输出信号的质量－稳定时间、转换速率和输出分辨率。
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触发器
许多数据采集的应用过程需要基于一个外部事件来起动或停止一个数据采集的工作。数字触发使用外部数字脉冲来同步采集与电压生成。模拟触发主要用于模拟输入操作，当一个输入信号达到一个指定模拟电压值时，根据相应的变化方向来起动或停止数据采集的操作。
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RTSI总线
NI公司为数据采集产品开发了RTSI总线。RTSI总线使用一种定制的门阵列和一条带形电缆，能在一块数据采集卡上的多个功能之间或者两块甚至多块数据采集卡之间发送定时和触发信号。通过RTSI总线，您可以同步模数转换、数模转换、数字输入、数字输出、和计数器/计时器的操作。例如，通过RTSI总线，两个输入板卡可以同时采集数据，同时第三个设备可以与该采样率同步的产生波形输出。
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数字I/O(DIO)
DIO接口经常在PC数据采集系统中使用，它被用来控制过程、产生测试波形、与外围设备进行通信。在每一种情况下，最重要的参数有可应用的数字线的数目、在这些通路上能接收和提供数字数据的速率、以及通路的驱动能力。如果数字线被用来控制事件，比如打开或关掉加热器、电动机或灯，由于上述设备并不能很快地响应，因此通常不采用高速输入输出。
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定时I/O
计数器/定时器在许多应用中具有很重要的作用，包括对数字事件产生次数的计数、数字脉冲计时，以及产生方波和脉冲。您通过三个计数器/计时器信号就可以实现所有上述应用——门、输入源和输出。
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软件
软件使PC和数据采集硬件形成了一个完整的数据采集、分析和显示系统。没有软件，数据采集硬件是毫无用处的——或者使用比较差的软件，数据采集硬件也几乎无法工作。大部分数据采集应用实例都使用了驱动软件。软件层中的驱动软件可以直接对数据采集硬件的寄存器编程，管理数据采集硬件的操作并把它和处理器中断，DMA和内存这样的计算机资源结合在一起。驱动软件隐藏了复杂的硬件底层编程细节，为用户提供容易理解的接口。
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继电器常识
　
   继电器是我们生活中常用的一种控制设备，通俗的意义上来说就是开关，在条件满足的情况下关闭或者开启。继电器的开关特性在很多的控制系统尤其是离散的控制系统中得到广泛的应用。从另一个角度来说，由于为某一个用途设计使用的电子电路，最终或多或少都需要和某一些机械设备相交互，所以继电器也起到电子设备和机械设备的接口作用。
   最常见的继电器要数热继电器，通常使用的热继电器适用于交流50Hz、60Hz、额定电压至660V、额定电流至80A的电路中，供交流电动机的过载保护用。它具有差动机构和温度补偿环节，可与特定的交流接触器插接安装。
时间继电器也是很常用的一种继电器，它的作用是作延时元件，通常它可在交流50Hz、60Hz、电压至380V、直流至220V的控制电路中作延时元件，按预定的时间接通或分断电路。可广泛应用于电力拖动系统，自动程序控制系统及在各种生产工艺过程的自动控制系统中起时间控制作用。
　　在控制中常用的中间继电器通常用作继电控制，信号传输和隔离放大等用途。此外还有电流继电器用来限制电流、电压继电器用来控制电压、静态电压继电器、相序电压继电器、相序电压差继电器、频率继电器、功率方向继电器、差动继电器、接地继电器、电动机保护继电器等等。正是有了这些不同类型的继电器，我们才有可能对不同的物理量作出控制，完成一个完整的控制系统。
   除了传统的继电器之外，继电器的技术还应用在其他的方面，比如说电机智能保护器是根据三相交流电动机的工作原理，分析导致电动机损坏的主要原因研制的，它是一种设计独特，工作可靠的多功能保护器，在故障出现时，能及时切断电源，便于实现电机的检修与维护，该产品具有缺相保护，短路、过载保护功能，适用于各类交流电动机，开关柜，配电箱等电器设备的安全保护和限电控制，是各类电器设备设计安装的优选配套产品。该技术安装尺寸、接线方式、电流调整与同型号的双金属片式热继电器相同。是直接代替双金属片式热继电器的更新换代的先进电子产品。而其真正的原理还是继电器技术。
　　继电器技术发展到现在，已经和计算机技术结合起来，产生了可编程控制器的技术。可编程控制器简称作PLC。它是将微电脑技术直接用于自动控制的先进装置。它具有可靠性高，抗干扰性强，功能齐全，体积小，灵活可扩，软件直接、简单，维护方便，外形美观等优点；以往继电器控制的电梯有几百个触点控制电梯的运行。有一个触点接触不良，就会引起故障，维修也相当麻烦，而PLC控制器内部有几百个固态继电器，几十个定时器/计数器，具备停电记忆功能，输入输出采用光电隔离，控制系统故障仅为继电器控制方式的10%。正因为如此，国家有关部门已明文规定从97年起新产电梯不得使用继电器控制电梯，改用PLC微电脑控制电梯。

　

关于步进电机和伺服电机
　
   步进电机是一种离散运动的装置，它和现代数字控制技术有着本质的联系。在目前国内的数字控制系统中，步进电机的应用十分广泛。随着全数字式交流伺服系统的出现，交流伺服电机也越来越多地应用于数字控制系统中。为了适应数字控制的发展趋势，运动控制系统中大多采用步进电机或全数字式交流伺服电机作为执行电动机。虽然两者在控制方式上相似（脉冲串和方向信号），但在使用性能和应用场合上存在着较大的差异。现就二者的使用性能作一比较。
控制精度不同
　　两相混合式步进电机步距角一般为3.6度、 1.8度，五相混合式步进电机步距角一般为0.72 度、0.36度。也有一些高性能的步进电机步距角更小。如四通公司生产的一种用于慢走丝机床的步进电机，其步距角为0.09度；德国百格拉公司（BERGER LAHR）生产的三相混合式步进电机其步距角可通过拨码开关设置为1.8度、0.9度、0.72度、0.36度、0.18度、0.09度、0.072度、0.036度，兼容了两相和五相混合式步进电机的步距角。
　　交流伺服电机的控制精度由电机轴后端的旋转编码器保证。以松下全数字式交流伺服电机为例，对于带标准2500线编码器的电机而言，由于驱动器内部采用了四倍频技术，其脉冲当量为360度/10000=0.036度。对于带17位编码器的电机而言，驱动器每接收217=131072个脉冲电机转一圈，即其脉冲当量为360度/131072=9.89秒。是步距角为1.8度的步进电机的脉冲当量的1/655。
低频特性不同
　　步进电机在低速时易出现低频振动现象。振动频率与负载情况和驱动器性能有关，一般认为振动频率为电机空载起跳频率的一半。这种由步进电机的工作原理所决定的低频振动现象对于机器的正常运转非常不利。当步进电机工作在低速时，一般应采用阻尼技术来克服低频振动现象，比如在电机上加阻尼器，或驱动器上采用细分技术等。
　　交流伺服电机运转非常平稳，即使在低速时也不会出现振动现象。交流伺服系统具有共振抑制功能，可涵盖机械的刚性不足，并且系统内部具有频率解析机能（FFT），可检测出机械的共振点，便于系统调整。
矩频特性不同
　　步进电机的输出力矩随转速升高而下降，且在较高转速时会急剧下降，所以其最高工作转速一般在300～600RPM。交流伺服电机为恒力矩输出，即在其额定转速（一般为2000RPM或3000RPM）以内，都能输出额定转矩，在额定转速以上为恒功率输出。
过载能力不同
　　步进电机一般不具有过载能力。交流伺服电机具有较强的过载能力。以松下交流伺服系统为例，它具有速度过载和转矩过载能力。其最大转矩为额定转矩的三倍，可用于克服惯性负载在启动瞬间的惯性力矩。步进电机因为没有这种过载能力，在选型时为了克服这种惯性力矩，往往需要选取较大转矩的电机，而机器在正常工作期间又不需要那么大的转矩，便出现了力矩浪费的现象。
运行性能不同
　　步进电机的控制为开环控制，启动频率过高或负载过大易出现丢步或堵转的现象，停止时转速过高易出现过冲的现象，所以为保证其控制精度，应处理好升、降速问题。交流伺服驱动系统为闭环控制，驱动器可直接对电机编码器反馈信号进行采样，内部构成位置环和速度环，一般不会出现步进电机的丢步或过冲的现象，控制性能更为可靠。
速度响应性能不同
　　步进电机从静止加速到工作转速（一般为每分钟几百转）需要200～400毫秒。交流伺服系统的加速性能较好，以松下MSMA 400W交流伺服电机为例，从静止加速到其额定转速3000RPM仅需几毫秒，可用于要求快速启停的控制场合。
综上所述，交流伺服系统在许多性能方面都优于步进电机。但在一些要求不高的场合也经常用步进电机来做执行电动机。所以，在控制系统的设计过程中要综合考虑控制要求、成本等多方面的因素，选用适当的控制电机。
　　步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。通俗一点讲：当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（及步进角）。
　　您可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时您可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。
　　步进电机分三种：永磁式（PM） ，反应式（VR）和混合式（HB）
　　永磁式步进一般为两相，转矩和体积较小，步进角一般为7.5度 或15度；
　　反应式步进一般为三相，可实现大转矩输出，步进角一般为1.5度，但噪声和振动都很大。在欧美等发达国家80年代已被淘汰；
　　混合式步进是指混合了永磁式和反应式的优点。它又分为两相和五相：两相步进角一般为1.8度而五相步进角一般为 0.72度。这种步进电机的应用最为广泛。