GD32E230/F303シリーズMCUに基づく無誘導マイクロモーター方式の設計

歯科用ハンドピースは口腔ハンドピースとしても知られ、口腔科専用の医療機器です。発売以来、その驚異的な回転速度が患者や術者に歓迎され、すぐに電動ハンドピースに取って代わり、今日の歯科医療に欠かせないものとなりました。不足しているツール

このソリューションは、Zhaoyi の革新的な GD32E230/F303 シリーズ MCU をメイン制御として使用します。高速、安定、低ノイズ、低コストという特徴があります。歯科において、穴あけ、研削、洗浄、美容ケアなどの高速歯科用バーを保持するために使用できます。

モータースキームの電気的パラメータ

· 速度 ≥300000rpm、最大トルク範囲 0.075-0.15N.cm

・前進・後進・速度制御・速度表示

・多方弁制御

・騒音<70dB

1. GD32E230 無誘導方形波制御の低コストソリューション

プログラムの特長

Arm Cortex-M32コアを搭載した付加価値MCU GD230E23がメイン制御として使用されます。無誘導方形波制御では、転流信号は主に逆起電力のゼロクロス点によって得られます（逆起電力のゼロクロス点の信号とモータの転流信号）位相が電気角で 30° ずれています)。逆起電力のゼロクロス信号を得るには、ハードウェアコンパレータ方式により端子電圧の検出値とモータの中性点電圧を比較し、逆起電力のゼロクロス信号を取得します。逆起電力。

このソリューションは回路が簡単で低コストという特徴があり、主に歯の洗浄装置や歯のケアなどに使用されています。

ソリューション基板

GD32E230シリーズMCUの主な仕様

・Cortex-M23@72MHz、55DMIPSの処理性能

・フラッシュ：64KB/32KB/16KB

・SRAM : 8KB/6KB/4KB

・高速・高精度ADC、12Bits ADCx1@2.6Msps、10チャンネル

・デッドタイムを調整できる1つの相補PWM出力を生成できるアドバンストタイマーx6

・ユニバーサルタイマー×5

· ハードウェア暗号化保護付きフラッシュ

· 複数のシリアル通信方式: I2Cx2、SPIx2、UARTx2。

・豊富なパッケージタイプ：TSSOP20/LGA20/QFN28/QFN32/LQFP32/LQFP48

・電源電圧：1.8V～3.6V

· シングルサイクル ハードウェア乗算器、ハードウェア除算器、ハードウェア除算器、ネスト ベクトル割り込みコントローラ (NVIC) などの独立したリソース

・工業グレードの動作温度範囲：-40℃～105℃

· 産業用ESD特性：6000ボルト

2. GD32F303 無誘導 FOC 制御高性能ソリューション

プログラムの特長

無誘導 FOC 制御は、主にモーターの数学的モデルといくつかの自動制御原理の知識を使用してモーターの制御を実現します。無誘導 FOC の制御では、システムのより優れた動的および静的特性、制御精度、応答速度、安定性性能を得るために、通常、対応するオブザーバーを使用してローター位置を間接的に取得する必要があります。このソリューションは、Arm Cortex-M32 コアをベースとした GD303F4 メインストリーム MCU を使用して設計されています。 GD32F303 は独自の浮動小数点演算機能を備えており、浮動小数点演算を通じて PID 比例パラメータ設定をより適切に制御でき、高速な動的応答を備えています。

制御方式は摺動膜リングオブザーバ方式を採用しています（具体的な計算式と原理についてはブラシレスDCモータ制御のアプリケーションデータを参照してください）。自動制御原理における滑膜の可変構造の制御原理により実現される。滑膜の可変構造は、実際には可変構造制御システムの制御戦略です。多くの場合、「スライディング モード」または「スライディング モード」モーションと呼ばれます。このスライディング モードはシステムのパラメータや外乱とは無関係で設計可能であるため、システムは優れたロバスト性を備えています。

ソリューションの技術的ハイライト

ブラシレス無誘導 DC モーターの始動は非常に重要なステップです。高速かつ安定した起動と低騒音の特性を実現するため、本方式はI/F起動方式を採用しています。 I/F 起動方法の核心は、振幅が基準値に従い、周波数が徐々に増加する回転電流ベクトルを電機子巻線に生成し、ロータを加速して起動することです。その特徴は、速度開ループと電流閉ループの状態で動作することです。固定子巻線電流の座標変換後、指令位置角度によって決定される回転座標系に投影され、期待値によって制約されるため、過電流を効果的に回避できます。その制御ブロック図を次の図に示します。

このソリューションの回転速度は高速および低速で 100 ～ 380,000 RPM であり、医療用歯科用高速ハンドピース、研削盤などのマイクロ高速モーター アプリケーションに適しています。

ソリューション基板

GD32F303シリーズMCUの主な仕様

· Cortex-M4@120MHz メイン周波数、150DMIPS 処理性能

・フラッシュ：256KB～3072KB

・SRAM : 48KB~96KB

・電源電圧：2.6V～3.6V

・3ビットADC×12@2.6Msps、21ch

· 1 つの 24 ビット SysTick タイマー システム ティック タイマー、最大 4 つの汎用 16 ビット タイマー、2 つの基本タイマー、および 1 つの拡張タイマー

・複数のシリアル通信方式：I2C x2、SPI x3、USART+UART x5

・豊富なパッケージタイプ：LQFP48/LQFP64/LQFP100/LQFP144

· シングルサイクル ハードウェア乗算器、ハードウェア除算器、ハードウェア除算器、ネスト ベクトル割り込みコントローラ (NVIC) などの独立したリソース

・浮動小数点ユニット

・工業グレードの動作温度範囲：-40℃～85℃