Проектирование схемы безиндуктивного микродвигателя на базе микроконтроллера серии GD32E230/F303.

Стоматологический наконечник, также известный как наконечник для полости рта, представляет собой медицинское устройство, предназначенное для стоматологического отделения. С момента своего создания он приветствовался пациентами и операторами благодаря своей исключительной скорости вращения, быстро заменяющей электрический наконечник и становящейся незаменимой частью современной стоматологической работы. недостающие инструменты

В этом решении в качестве основного элемента управления используется инновационный микроконтроллер серии GD32E230/F303 компании Zhaoyi. Он обладает характеристиками быстрого, стабильного, низкого уровня шума и низкой стоимости. Его можно использовать в стоматологии для удержания высокоскоростных стоматологических боров для сверления, шлифования, чистки, косметического ухода и т. д.

Электрические параметры схемы двигателя

· Скорость ≥300000 об/мин, максимальный диапазон крутящего момента 0.075-0.15 Н·см.

· Вперед/назад/контроль скорости/отображение скорости

· Управление многоходовым клапаном

· Шум<70 дБ

1. GD32E230 недорогое решение для неиндуктивного управления прямоугольными импульсами.

Особенности программы

В качестве основного элемента управления используется дополнительный микроконтроллер GD32E230 с ядром Arm Cortex-M23. При неиндуктивном управлении прямоугольными импульсами сигнал коммутации в основном получается посредством точки перехода через ноль противо-ЭДС (сигнал точки пересечения нуля обратной ЭДС и коммутации двигателя). Сигналы сдвинуты по фазе на 30° электрических градусов). Чтобы получить сигнал перехода через ноль обратной электродвижущей силы, метод аппаратного компаратора используется для сравнения значения напряжения на клеммах, обнаруженного с напряжением нейтральной точки двигателя, для получения сигнала перехода через нуль обратную электродвижущую силу.

Это решение отличается простой схемой и низкой стоимостью и в основном используется в оборудовании для чистки зубов, уходе за зубами и в других случаях.

Печатная плата решения

Основные характеристики микроконтроллера серии GD32E230

· Cortex-M23 @ 72 МГц, производительность обработки 55 DMIPS

· Флэш-память: 64 КБ/32 КБ/16 КБ

· SRAM: 8 КБ/6 КБ/4 КБ

· Высокоскоростной и высокоточный АЦП, 12 бит АЦПx1 при 2.6 МГц, 10 каналов

· Усовершенствованный таймер x1, который может генерировать 6 дополнительных выходов ШИМ с регулируемым временем простоя.

· Универсальный таймер x5

· Flash с аппаратной защитой шифрования

· Несколько методов последовательной связи: I2Cx2, SPIx2, UARTx2;

· Богатые типы пакетов: TSSOP20/LGA20/QFN28/QFN32/LQFP32/LQFP48

· Напряжение питания: 1.8 В~3.6 В

· Независимые ресурсы, такие как однотактные аппаратные умножители, аппаратные делители, аппаратные делители, вложенные векторные контроллеры прерываний (NVIC).

· Диапазон рабочих температур промышленного класса: -40℃~105℃.

· Характеристики промышленного электростатического разряда: 6000 В

2. Высокопроизводительное решение безиндуктивного управления FOC GD32F303.

Особенности программы

Неиндуктивное управление FOC в основном использует математическую модель двигателя и знание некоторых принципов автоматического управления для реализации управления двигателем. При управлении неиндуктивным ВОК обычно необходимо использовать соответствующий наблюдатель для косвенного определения положения ротора, чтобы получить лучшие динамические и статические характеристики, точность управления, скорость реакции и стабильность работы системы. Это решение разработано с использованием основного микроконтроллера GD32F303 на базе ядра Arm Cortex-M4. GD32F303 имеет собственную функцию работы с плавающей запятой, которая может лучше контролировать настройку пропорционального параметра ПИД с помощью операции с плавающей запятой и имеет быстрый динамический отклик.

В методе управления используется метод наблюдения за скользящим пленочным кольцом (конкретную формулу и принцип можно найти в данных по применению управления бесщеточным двигателем постоянного тока). Это реализуется по принципу управления переменной структурой синовиальной оболочки в принципе автоматического управления. Вариативная структура синовиальной мембраны на самом деле является стратегией управления системой управления переменной структурой. Движение часто называют «скользящим режимом» или «скользящим режимом». Этот скользящий режим не имеет ничего общего с параметрами и возмущениями системы, и его можно спроектировать так, чтобы система имела хорошую надежность.

Технические особенности решения

Запуск бесщеточного и неиндуктивного двигателя постоянного тока является очень важным шагом. Для достижения характеристик быстрого и стабильного запуска и низкого уровня шума в этой схеме используется метод запуска I/F. Суть метода запуска I/F заключается в создании вращающегося вектора тока, амплитуда которого соответствует опорному значению, а частота постепенно увеличивается в обмотке якоря, так что ротор можно ускорить для запуска. Его особенностью является то, что он работает в состоянии разомкнутого контура скорости и замкнутого контура тока. После преобразования координат тока обмотки статора он проецируется на вращающуюся систему координат, определяемую углом положения команды, и ограничивается ожидаемым значением, что позволяет эффективно избежать перегрузки по току. Его блок-схема управления показана на следующем рисунке.

Скорость вращения этого решения может составлять 100–380,000 XNUMX об/мин на высоких и низких скоростях и подходит для микровысокоскоростных двигателей, таких как высокоскоростные медицинские стоматологические наконечники, шлифовальные станки и т. д.

Печатная плата решения

Основные характеристики микроконтроллера серии GD32F303

· Основная частота Cortex-M4 @ 120 МГц, производительность обработки 150 DMIPS

· Флэш-память: 256–3072 КБ.

· SRAM: 48–96 КБ

· Напряжение питания: 2.6 В~3.6 В

· 3 12-разрядных АЦП с частотой 2.6 МГц, 21 канал

· 1 24-битный системный таймер SysTick, до 4 16-битных таймеров общего назначения, 2 базовых таймера и 1 расширенный таймер

· Несколько методов последовательной связи: I2C x2, SPI x3, USART+UART x5

· Типы расширенных пакетов: LQFP48/LQFP64/LQFP100/LQFP144.

· Независимые ресурсы, такие как однотактные аппаратные умножители, аппаратные делители, аппаратные делители, вложенные векторные контроллеры прерываний (NVIC).

· Модуль с плавающей запятой

· Диапазон рабочих температур промышленного класса: -40℃~85℃.