Thiết kế sơ đồ động cơ vi mô không cảm ứng dựa trên MCU dòng GD32E230/F303

Tay khoan nha khoa hay còn gọi là tay khoan miệng là một thiết bị y tế chuyên dụng cho khoa nha khoa. Kể từ khi ra đời, nó đã được bệnh nhân và người thực hiện đón nhận với tốc độ quay vượt trội, nhanh chóng thay thế tay khoan điện và trở thành một phần không thể thiếu trong công việc nha khoa ngày nay. công cụ còn thiếu

Giải pháp này sử dụng MCU dòng GD32E230/F303 cải tiến của Zhaoyi làm bộ điều khiển chính. Nó có đặc tính nhanh, ổn định, độ ồn thấp và chi phí thấp. Nó có thể được sử dụng trong nha khoa để giữ mũi khoan nha khoa tốc độ cao để khoan, mài, làm sạch và chăm sóc sắc đẹp, v.v.

Thông số điện của sơ đồ động cơ

· Tốc độ ≥300000rpm, dải mô-men xoắn cực đại 0.075-0.15N.cm

· Tiến/lùi/điều khiển tốc độ/hiển thị tốc độ

· Điều khiển van đa chiều

· Tiếng ồn<70dB

1. Giải pháp điều khiển sóng vuông không cảm ứng GD32E230 chi phí thấp

Tính năng chương trình

MCU giá trị gia tăng GD32E230 với lõi Arm Cortex-M23 được sử dụng làm bộ điều khiển chính. Trong điều khiển sóng vuông không cảm ứng, tín hiệu giao hoán chủ yếu thu được bằng điểm giao nhau 30 của EMF ngược (tín hiệu điểm giao XNUMX của EMF ngược và giao hoán của động cơ Các tín hiệu lệch pha XNUMX° độ điện). Để thu được tín hiệu giao điểm XNUMX của lực điện động ngược, phương pháp so sánh phần cứng được sử dụng để so sánh giá trị điện áp đầu cực được phát hiện với điện áp điểm trung tính của động cơ để thu được tín hiệu giao điểm XNUMX của động cơ. suất điện động ngược.

Giải pháp này có đặc điểm là mạch đơn giản và chi phí thấp, chủ yếu được sử dụng trong thiết bị làm sạch răng, chăm sóc răng và các dịp khác.

Bảng mạch giải pháp

Thông số kỹ thuật chính của MCU dòng GD32E230

· Cortex-M23@72MHz, hiệu suất xử lý 55DMIPS

· Flash: 64KB/32KB/16KB

· SRAM : 8KB/6KB/4KB

· ADC tốc độ cao và độ chính xác cao, 12Bits ADCx1@2.6Msps, 10 kênh

· Bộ hẹn giờ nâng cao x1, có thể tạo ra 6 đầu raPWM bổ sung với thời gian chết có thể điều chỉnh

· Hẹn giờ đa năng x5

· Flash với bảo vệ mã hóa phần cứng

· Nhiều phương thức giao tiếp nối tiếp: I2Cx2, SPIx2, UARTx2;

· Loại gói phong phú: TSSOP20/LGA20/QFN28/QFN32/LQFP32/LQFP48

· Điện áp cung cấp: 1.8V~3.6V

· Các tài nguyên độc lập như bộ nhân phần cứng chu kỳ đơn, bộ chia phần cứng, bộ chia phần cứng, Bộ điều khiển ngắt vectơ lồng nhau (NVIC)

· Phạm vi nhiệt độ hoạt động cấp công nghiệp: -40oC~105oC

· Đặc tính ESD công nghiệp: 6000 Volt

2. Giải pháp hiệu suất cao điều khiển FOC không cảm ứng GD32F303

Tính năng chương trình

Điều khiển FOC không cảm ứng chủ yếu sử dụng mô hình toán học của động cơ và kiến ​​thức về một số nguyên lý điều khiển tự động để thực hiện việc điều khiển động cơ. Trong điều khiển FOC không cảm ứng, thường cần sử dụng thiết bị quan sát tương ứng để thu được vị trí rôto một cách gián tiếp, nhằm thu được các đặc tính động và tĩnh tốt hơn, độ chính xác điều khiển, tốc độ phản hồi và hiệu suất ổn định của hệ thống. Giải pháp này được thiết kế với MCU chính thống GD32F303 dựa trên lõi Arm Cortex-M4. GD32F303 có chức năng vận hành dấu phẩy động riêng, có thể kiểm soát tốt hơn cài đặt tham số tỷ lệ PID thông qua thao tác dấu phẩy động và có phản hồi động nhanh.

Phương pháp điều khiển áp dụng phương pháp quan sát vòng màng trượt (để biết công thức và nguyên lý cụ thể, vui lòng tham khảo dữ liệu ứng dụng điều khiển động cơ DC không chổi than). Nó được thực hiện bằng nguyên tắc điều khiển cấu trúc thay đổi của màng hoạt dịch theo nguyên tắc điều khiển tự động. Cấu trúc thay đổi của màng hoạt dịch thực sự là một chiến lược kiểm soát của hệ thống kiểm soát cấu trúc thay đổi. Thường được gọi là chuyển động "chế độ trượt" hoặc "chế độ trượt". Chế độ trượt này không liên quan gì đến các tham số và nhiễu của hệ thống, đồng thời có thể thiết kế được nên hệ thống có độ bền tốt.

Điểm nổi bật về mặt kỹ thuật của giải pháp

Việc khởi động động cơ DC không chổi than và không cảm ứng là một bước rất quan trọng. Để đạt được các đặc tính khởi động nhanh và ổn định cũng như độ ồn thấp, sơ đồ này áp dụng phương pháp khởi động I/F. Cốt lõi của phương pháp khởi động I/F là tạo ra một vectơ dòng điện quay có biên độ tuân theo giá trị tham chiếu và tần số tăng dần trong cuộn dây phần ứng, để rôto có thể được tăng tốc để khởi động. Đặc điểm của nó là hoạt động ở trạng thái vòng hở tốc độ và vòng kín hiện tại. Sau khi biến đổi tọa độ của dòng điện cuộn dây stato, nó được chiếu lên hệ tọa độ quay được xác định bởi góc vị trí lệnh và bị hạn chế bởi giá trị dự kiến, điều này có thể tránh quá dòng một cách hiệu quả. Sơ đồ khối điều khiển của nó được thể hiện trong hình dưới đây.

Tốc độ quay của giải pháp này có thể là 100 ~ 380,000 vòng/phút ở tốc độ cao và thấp, phù hợp với các ứng dụng động cơ tốc độ cao vi mô, chẳng hạn như tay khoan tốc độ cao nha khoa y tế, máy mài, v.v.

Bảng mạch giải pháp

Thông số kỹ thuật chính của MCU dòng GD32F303

· Cortex-M4@120MHz tần số chính, hiệu suất xử lý 150DMIPS

· Flash: 256KB~3072KB

· SRAM : 48KB~96KB

· Điện áp cung cấp: 2.6V~3.6V

· 3 12-bit ADC@2.6Msps, 21ch

· 1 bộ đếm thời gian đánh dấu hệ thống hẹn giờ SysTick 24-bit, tối đa 4 bộ định thời 16-bit đa năng, 2 bộ định thời cơ bản và 1 bộ định thời nâng cao

· Nhiều phương thức giao tiếp nối tiếp: I2C x2, SPI x3, USART+UART x5

· Loại gói phong phú: LQFP48/LQFP64/LQFP100/LQFP144

· Các tài nguyên độc lập như bộ nhân phần cứng chu kỳ đơn, bộ chia phần cứng, bộ chia phần cứng, Bộ điều khiển ngắt vectơ lồng nhau (NVIC)

· Đơn vị điểm nổi

· Phạm vi nhiệt độ hoạt động cấp công nghiệp: -40oC~85oC