Progettazione di uno schema di micromotore non induttivo basato su MCU serie GD32E230/F303

Il manipolo dentale, conosciuto anche come manipolo orale, è un dispositivo medico dedicato al reparto di stomatologia. Fin dalla sua nascita è stato accolto favorevolmente da pazienti e operatori con la sua straordinaria velocità di rotazione, sostituendo rapidamente il manipolo elettrico e diventando una parte indispensabile del lavoro odontoiatrico di oggi. strumenti mancanti

Questa soluzione utilizza l'innovativo MCU della serie GD32E230/F303 di Zhaoyi come controllo principale. Ha le caratteristiche di veloce, stabile, silenzioso e basso costo. Può essere utilizzato in odontoiatria per contenere frese dentali ad alta velocità per perforazione, molatura, pulizia e cure di bellezza, ecc.

Parametri elettrici dello schema motore

· Velocità ≥ 300000 giri/min, intervallo di coppia massima 0.075-0.15 N.cm

· Avanti/indietro/controllo della velocità/visualizzazione della velocità

· Controllo valvola multidirezionale

· Rumore <70dB

1. Soluzione a basso costo di controllo a onda quadra non induttiva GD32E230

Caratteristiche del programma

L'MCU a valore aggiunto GD32E230 con core Arm Cortex-M23 viene utilizzato come controllo principale. Nel controllo ad onda quadra non induttivo, il segnale di commutazione è ottenuto principalmente mediante il punto di passaggio per lo zero della back-EMF (il segnale del punto di passaggio per lo zero della back-EMF e la commutazione del motore). sono sfasati di 30° gradi elettrici). Per ottenere il segnale del passaggio per lo zero della forza controelettromotrice, si utilizza il metodo del comparatore hardware per confrontare il valore della tensione ai terminali rilevata con la tensione di punto neutro del motore per ottenere il segnale del passaggio per lo zero della forza controelettromotrice. la forza elettromotrice posteriore.

Questa soluzione ha le caratteristiche di un circuito semplice e di basso costo e viene utilizzata principalmente nelle apparecchiature per la pulizia dei denti, nella cura dei denti e in altre occasioni.

Circuito soluzione

Specifiche principali dell'MCU serie GD32E230

· Cortex-M23@72MHz, prestazioni di elaborazione 55DMIPS

· Flash: 64KB/32KB/16KB

· SRAM: 8KB/6KB/4KB

· ADC ad alta velocità e precisione, ADC a 12 bit x 1 a 2.6 Msps, 10 canali

· Temporizzatore avanzato x1, in grado di generare 6 uscite PWM complementari con tempo morto regolabile

· Timer universale x5

· Flash con protezione tramite crittografia hardware

· Metodi di comunicazione seriale multipli: I2Cx2, SPIx2, UARTx2;

· Tipi di pacchetti ricchi: TSSOP20/LGA20/QFN28/QFN32/LQFP32/LQFP48

· Tensione di alimentazione: 1.8 V~3.6 V

· Risorse indipendenti come moltiplicatori hardware a ciclo singolo, divisori hardware, divisori hardware, controller di interrupt vettoriali nidificati (NVIC)

· Intervallo di temperatura operativa di livello industriale: -40℃~105℃

· Caratteristiche ESD industriali: 6000 Volt

2. Soluzione ad alte prestazioni di controllo FOC non induttivo GD32F303

Caratteristiche del programma

Il controllo FOC non induttivo utilizza principalmente il modello matematico del motore e la conoscenza di alcuni principi di controllo automatico per realizzare il controllo del motore. Nel controllo del FO non induttivo, è solitamente necessario utilizzare il corrispondente osservatore per ottenere indirettamente la posizione del rotore, al fine di ottenere migliori caratteristiche dinamiche e statiche, precisione di controllo, velocità di risposta e prestazioni di stabilità del sistema. Questa soluzione è progettata con l'MCU mainstream GD32F303 basato sul core Arm Cortex-M4. Il GD32F303 ha una propria funzione operativa a virgola mobile, che può controllare meglio l'impostazione dei parametri proporzionali PID attraverso il funzionamento a virgola mobile e ha una risposta dinamica rapida.

Il metodo di controllo adotta il metodo dell'osservatore dell'anello di pellicola scorrevole (per la formula e il principio specifici, fare riferimento ai dati applicativi del controllo del motore CC senza spazzole). È realizzato dal principio di controllo della struttura variabile della sinovia nel principio di controllo automatico. La struttura variabile della membrana sinoviale è in realtà una strategia di controllo del sistema di controllo della struttura variabile. Spesso indicato come movimento in "modalità scorrevole" o "modalità scorrevole". Questa modalità di scorrimento non ha nulla a che fare con i parametri e i disturbi del sistema e può essere progettata in modo che il sistema abbia una buona robustezza.

Punti salienti tecnici della soluzione

L'avviamento del motore DC brushless e non induttivo è un passaggio molto critico. Per ottenere le caratteristiche di avviamento rapido e stabile e di bassa rumorosità, questo schema adotta il metodo di avviamento I/F. Il nucleo del metodo di avviamento I/F è generare un vettore di corrente rotante la cui ampiezza segue il valore di riferimento e la frequenza aumenta gradualmente nell'avvolgimento dell'indotto, in modo che il rotore possa essere accelerato per l'avvio. La sua caratteristica è che funziona nello stato di velocità ad anello aperto e corrente ad anello chiuso. Dopo la trasformazione delle coordinate della corrente dell'avvolgimento dello statore, questa viene proiettata sul sistema di coordinate rotanti determinato dall'angolo di posizione del comando ed è vincolata al valore previsto, che può efficacemente evitare la sovracorrente. Il suo diagramma a blocchi di controllo è mostrato nella figura seguente.

La velocità di rotazione di questa soluzione può essere compresa tra 100 e 380,000 giri al minuto ad alta e bassa velocità ed è adatta per applicazioni con micromotori ad alta velocità, come manipoli medici dentistici ad alta velocità, rettificatrici, ecc.

Circuito soluzione

Specifiche principali dell'MCU serie GD32F303

· Frequenza principale Cortex-M4@120MHz, prestazioni di elaborazione 150DMIPS

· Flash: 256KB~3072KB

· SRAM: 48KB~96KB

· Tensione di alimentazione: 2.6 V~3.6 V

· 3 ADC a 12 bit a 2.6 Msps, 21 canali

· 1 timer tick del sistema timer SysTick a 24 bit, fino a 4 timer generici a 16 bit, 2 timer di base e 1 timer avanzato

· Metodi di comunicazione seriale multipli: I2C x2, SPI x3, USART+UART x5

· Tipi di pacchetti ricchi: LQFP48/LQFP64/LQFP100/LQFP144

· Risorse indipendenti come moltiplicatori hardware a ciclo singolo, divisori hardware, divisori hardware, controller di interrupt vettoriali nidificati (NVIC)

· Unità a virgola mobile

· Intervallo di temperatura operativa di livello industriale: -40℃~85℃