Entwurf eines nichtinduktiven Mikromotorschemas basierend auf der MCU der Serie GD32E230/F303

Das zahnärztliche Handstück, auch Oralhandstück genannt, ist ein medizinisches Gerät für die Stomatologieabteilung. Seit seiner Einführung erfreut es sich bei Patienten und Anwendern aufgrund seiner außergewöhnlichen Rotationsgeschwindigkeit großer Beliebtheit, löste schnell das elektrische Handstück ab und wurde zu einem unverzichtbaren Bestandteil der heutigen zahnärztlichen Arbeit. fehlende Werkzeuge

Diese Lösung nutzt die innovative MCU der GD32E230/F303-Serie von Zhaoyi als Hauptsteuerung. Es zeichnet sich durch schnelle, stabile, geräuscharme und kostengünstige Eigenschaften aus. Es kann in der Zahnmedizin zur Aufnahme von Hochgeschwindigkeits-Zahnbohrern zum Bohren, Schleifen, Reinigen und zur Schönheitspflege usw. verwendet werden.

Elektrische Parameter des Motorschemas

· Drehzahl ≥300000 U/min, maximaler Drehmomentbereich 0.075–0.15 Ncm

· Vorwärts/Rückwärts/Geschwindigkeitsregelung/Geschwindigkeitsanzeige

· Mehrwegeventilsteuerung

· Lärm <70 dB

1. GD32E230 nicht-induktive Rechteckwellensteuerung, kostengünstige Lösung

Programm-Eigenschaften

Als Hauptsteuerung kommt die Mehrwert-MCU GD32E230 mit Arm-Cortex-M23-Kern zum Einsatz. Bei der nichtinduktiven Rechteckwellensteuerung wird das Kommutierungssignal hauptsächlich über den Nulldurchgangspunkt der Gegen-EMK (das Signal des Nulldurchgangspunkts der Gegen-EMK und die Kommutierung der Motorsignale) erhalten sind um 30° elektrisch phasenverschoben). Um das Signal des Nulldurchgangs der gegenelektromotorischen Kraft zu erhalten, wird die Hardware-Komparatormethode verwendet, um den Wert der erfassten Klemmenspannung mit der Neutralpunktspannung des Motors zu vergleichen, um das Signal des Nulldurchgangs zu erhalten die elektromotorische Gegenkraft.

Diese Lösung zeichnet sich durch eine einfache Schaltung und geringe Kosten aus und wird hauptsächlich in Zahnreinigungsgeräten, Zahnpflege und anderen Anlässen verwendet.

Lösungsplatine

Hauptspezifikationen der MCUs der Serie GD32E230

· Cortex-M23@72MHz, 55DMIPS Verarbeitungsleistung

· Flash: 64 KB/32 KB/16 KB

· SRAM: 8 KB/6 KB/4 KB

· Hochgeschwindigkeits- und hochpräziser ADC, 12 Bit ADC x 1 bei 2.6 Msps, 10 Kanäle

· Erweiterter Timer x1, der 6 komplementäre PWM-Ausgänge mit einstellbarer Totzeit erzeugen kann

· Universal-Timer x5

· Flash mit Hardware-Verschlüsselungsschutz

· Mehrere serielle Kommunikationsmethoden: I2Cx2, SPIx2, UARTx2;

· Umfangreiche Pakettypen: TSSOP20/LGA20/QFN28/QFN32/LQFP32/LQFP48

· Versorgungsspannung: 1.8 V ~ 3.6 V

· Unabhängige Ressourcen wie Single-Cycle-Hardware-Multiplikatoren, Hardware-Teiler, Hardware-Teiler, Nested Vectored Interrupt Controller (NVICs)

· Betriebstemperaturbereich in Industriequalität: -40℃~105℃

· Industrielle ESD-Eigenschaften: 6000 Volt

2. GD32F303 nicht-induktive FOC-Steuerungs-Hochleistungslösung

Programm-Eigenschaften

Die nichtinduktive FOC-Steuerung nutzt hauptsächlich das mathematische Modell des Motors und die Kenntnis einiger automatischer Steuerungsprinzipien, um die Steuerung des Motors zu realisieren. Bei der Steuerung nichtinduktiver FOC ist es normalerweise erforderlich, den entsprechenden Beobachter zu verwenden, um die Rotorposition indirekt zu ermitteln, um bessere dynamische und statische Eigenschaften, Steuerungsgenauigkeit, Reaktionsgeschwindigkeit und Stabilitätsleistung des Systems zu erzielen. Diese Lösung wurde mit der Mainstream-MCU GD32F303 basierend auf dem Arm Cortex-M4-Kern entwickelt. Der GD32F303 verfügt über eine eigene Gleitkomma-Betriebsfunktion, die die Einstellung des PID-Proportionalparameters durch Gleitkomma-Betrieb besser steuern kann und eine schnelle dynamische Reaktion aufweist.

Die Steuermethode übernimmt die Gleitfilmring-Beobachtermethode (die spezifische Formel und das Prinzip finden Sie in den Anwendungsdaten der bürstenlosen Gleichstrommotorsteuerung). Es wird durch das Steuerungsprinzip der variablen Struktur der Synovia im automatischen Steuerungsprinzip realisiert. Die variable Struktur der Synovialmembran ist eigentlich eine Kontrollstrategie des Kontrollsystems für variable Strukturen. Wird oft als „Sliding-Mode“- oder „Sliding-Mode“-Bewegung bezeichnet. Dieser Gleitmodus hat nichts mit den Parametern und Störungen des Systems zu tun und kann so gestaltet werden, dass das System eine gute Robustheit aufweist.

Technische Highlights der Lösung

Der Start des bürstenlosen und nicht induktiven Gleichstrommotors ist ein sehr kritischer Schritt. Um die Eigenschaften eines schnellen und stabilen Starts und eines geringen Rauschens zu erreichen, verwendet dieses Schema die I/F-Startmethode. Der Kern der I/F-Startmethode besteht darin, einen rotierenden Stromvektor zu erzeugen, dessen Amplitude dem Referenzwert folgt und dessen Frequenz in der Ankerwicklung allmählich ansteigt, so dass der Rotor zum Starten beschleunigt werden kann. Sein Merkmal ist, dass es im Zustand der Geschwindigkeits-Open-Loop- und Strom-Closed-Loop-Funktion arbeitet. Nach der Koordinatentransformation des Statorwicklungsstroms wird dieser auf das rotierende Koordinatensystem projiziert, das durch den Befehlspositionswinkel bestimmt wird, und durch den erwarteten Wert eingeschränkt, wodurch ein Überstrom wirksam vermieden werden kann. Das Steuerblockdiagramm ist in der folgenden Abbildung dargestellt.

Die Rotationsgeschwindigkeit dieser Lösung kann bei hohen und niedrigen Geschwindigkeiten 100–380,000 U/min betragen und eignet sich für Anwendungen mit Mikro-Hochgeschwindigkeitsmotoren, wie z. B. medizinische Hochgeschwindigkeitshandstücke, Schleifmaschinen usw.

Lösungsplatine

Hauptspezifikationen der MCU der Serie GD32F303

· Cortex-M4@120 MHz Hauptfrequenz, 150 DMIPS Verarbeitungsleistung

· Flash: 256 KB ~ 3072 KB

· SRAM: 48 KB ~ 96 KB

· Versorgungsspannung: 2.6 V ~ 3.6 V

· 3 12-Bit-ADC@2.6 Msps, 21 Kanäle

· 1 24-Bit-SysTick-Timer-System-Tick-Timer, bis zu 4 universelle 16-Bit-Timer, 2 Basis-Timer und 1 erweiterter Timer

· Mehrere serielle Kommunikationsmethoden: I2C x2, SPI x3, USART+UART x5

· Umfangreiche Pakettypen: LQFP48/LQFP64/LQFP100/LQFP144

· Unabhängige Ressourcen wie Single-Cycle-Hardware-Multiplikatoren, Hardware-Teiler, Hardware-Teiler, Nested Vectored Interrupt Controller (NVICs)

· Gleitkommaeinheit

· Betriebstemperaturbereich in Industriequalität: -40℃~85℃