Проекты
Разработка программной и аппаратной части драйвера вентильного BLDC-мотора
Тип участника:
Авторский/творческий коллектив
Полное наименование организации/физического лица/авторского или творческого коллектива:
Лаборатория Цифровых Интеллектуальных Технологий при АлтГТУ им. И.И. Ползунова
В лице (для организации или авторского/творческого коллектива указывается ФИО и должность руководителя):
Падалко Владимир Сергеевич, заведующий лабораторией прототипирования
Интернет-сайт заявителя:
https://www.altstu.ru/
Контактное лицо: ФИО:
Гонохов Максим Сергеевич
ФИО всех участников авторского/творческого коллектива:
Гонохов Максим Сергеевич, Косихин Данил Евгеньевич, Падалко Владимир Сергеевич
Идея и краткое описание ИТ-проекта:
Был разработан прототип драйвера для управления бесколлекторным двигателем постоянного тока (bldc). Разработка аппаратной части включала в себя анализ узлов принципиальных схем драйверов bldc, проектирование принципиальной схемы драйверов затворов полевых транзисторов, трассировку печатной платы. Разработка программной части включала в себя реализацию алгоритма управления ключами, а также алгоритма обратной связи.
Перечень решаемых задач:
•Изучить теорию управления вентильными двигателями
•Выполнить подбор микроконтроллера
•Реализовать алгоритм переключения фаз двигателя
•Разработать силовую схему управления обмотками двигателя
•Выполнить подбор микроконтроллера
•Реализовать алгоритм переключения фаз двигателя
•Разработать силовую схему управления обмотками двигателя
Описание функциональных возможностей и элементов проекта:
Программная часть:
1) Реализация управления вращением BLDC-мотором;
2) Использование микроконтроллера общего назначения позволяет гибко настраивать алгоритм для моторов с различными характеристиками;
Аппаратная часть:
1) Рабочий ток драйвера: до 30 А;
2) Рабочее напряжение: 12-20 В;
3) Встроенный в драйвер затворов dead time: 200 нс;
4) Встроенная защита от сквозных токов
1) Реализация управления вращением BLDC-мотором;
2) Использование микроконтроллера общего назначения позволяет гибко настраивать алгоритм для моторов с различными характеристиками;
Аппаратная часть:
1) Рабочий ток драйвера: до 30 А;
2) Рабочее напряжение: 12-20 В;
3) Встроенный в драйвер затворов dead time: 200 нс;
4) Встроенная защита от сквозных токов
Дата внедрения (в случае, если предполагается запуск проекта в эксплуатацию):
-
Используемые платформы, средства разработки:
1) MounRiver Studio 2
2) WCH-Link Utility
3) MathCad
4) Microcap 12
5) Multisim 14
6) EasyEDA
2) WCH-Link Utility
3) MathCad
4) Microcap 12
5) Multisim 14
6) EasyEDA
Стоимость разработки системы:
22 тыс. руб.
Средний размер ежегодных затрат на эксплуатацию:
625 руб./шт. при заказе от 1 тыс. шт.
Перспективы развития:
Программная часть:
1) Реализация более сложных алгоритмов автоматизированного управления;
2) Реализация интерфейса для настройки параметров управляющих сигналов микроконтроллера;
Аппаратная часть:
1) Подбор российских электронных компонентов и возможный переход на них;
2) Оптимизация размеров платы, добавление в печатную плату дополнительных контактных площадок для установки более мощных компонентов
1) Реализация более сложных алгоритмов автоматизированного управления;
2) Реализация интерфейса для настройки параметров управляющих сигналов микроконтроллера;
Аппаратная часть:
1) Подбор российских электронных компонентов и возможный переход на них;
2) Оптимизация размеров платы, добавление в печатную плату дополнительных контактных площадок для установки более мощных компонентов
Достижение поставленных целей:
•В качестве метода управления был выбран метод 6-шаговой коммутации, с переключением фаз по значению ЭДС на свободной фазе
•В качестве управляющего микроконтроллера был выбран контроллер общего назначения CH32V003;
•Реализован алгоритм переключения фаз двигателя в шаговом режиме и по сигналу обратной связи;
•Разработаны стенды драйверов затворов МОП-транзисторов для драйвера BLDC-мотора;
•Разработан прототип драйвера вентильного BLDC мотора.
•В качестве управляющего микроконтроллера был выбран контроллер общего назначения CH32V003;
•Реализован алгоритм переключения фаз двигателя в шаговом режиме и по сигналу обратной связи;
•Разработаны стенды драйверов затворов МОП-транзисторов для драйвера BLDC-мотора;
•Разработан прототип драйвера вентильного BLDC мотора.
Актуальность, экономическая или социальная полезность:
По данным Ростелеком, российский рынок беспилотных летательных аппаратов к 2028-й год составит 81 млрд рублей. Также следует отметить тенденцию — не только России, общемировую — к локализации производства. Для изготовления беспилотных решений необходима управляющая электроника — как часть, что контролирует положение в пространстве (полетный контроллер), так и силовая (драйвер BLDC-мотора).
Масштабируемость, способность к взаимодействию с другими системами, мобильность:
Микроконтроллер поддерживает различные интерфейсы управления — UART, SPI, I2C, 1-wire.
В данный момент драйвер работает с небольшими BLDC-моторами, коммутируя токи до 30А. Для работы с двигателями больших размеров необходимо внести небольшие правки в прошивку (изменить константы, пределы скважности ШИМ-сигнала, частоту ШИМа), а также доработать печатную плату, добавив дополнительные контактные площадки для более мощных силовых транзисторов.
В данный момент драйвер работает с небольшими BLDC-моторами, коммутируя токи до 30А. Для работы с двигателями больших размеров необходимо внести небольшие правки в прошивку (изменить константы, пределы скважности ШИМ-сигнала, частоту ШИМа), а также доработать печатную плату, добавив дополнительные контактные площадки для более мощных силовых транзисторов.
Обоснованность применяемых проектных решений:
Микроконтроллер был выбран, так как обладает следующими параметрами:
•Архитектура - 32-bit RISC-V2A•Макс. частота - 48 МГц
•2 таймера по 4 канала
•10-битный АЦП на 8 каналов
•18 выводов общего назначения
Логика работы микроконтроллера построена на прямом взаимодействии с периферийными и системными регистрами, что значительно увеличивает скорость работы алгоритма;
Выбор среды программирования был определён рекомендациями производителя микроконтроллера WCH.
•Архитектура - 32-bit RISC-V2A•Макс. частота - 48 МГц
•2 таймера по 4 канала
•10-битный АЦП на 8 каналов
•18 выводов общего назначения
Логика работы микроконтроллера построена на прямом взаимодействии с периферийными и системными регистрами, что значительно увеличивает скорость работы алгоритма;
Выбор среды программирования был определён рекомендациями производителя микроконтроллера WCH.
В качестве силового ключа был выбран МОП-транзистор IRFHM830TRPBF. Он имеет следующие характеристики:
- Напряжение сток-исток: 30 В;
- Напряжение затвор-исток: 20 В;
- Постоянный ток стока: 77 А при Т = 25 °C;
- Заряд затвора: 31 нКл.
В качестве драйвера затворов силовых ключей был выбран FD6288 — популярная интегральная микросхема, обладающая следующими характеристиками:
- Максимальное управляемое напряжение: 250 В;
- Напряжение питания: 5-20 В;
- Выходной ток: 1.5 А – 1.8 А;
- Совместимость с логикой 3.3 В и 5 В;
- Встроенный dead time: 200 нс;
- Встроенная защита от сквозного тока.
Оригинальность, новизна, отличие от аналогов либо отсутствие аналогов:
Новизна проекта заключается в написании прошивки для микроконтроллера CH32V003. Это новый микроконтроллер, который еще не используется в подобных решениях.
Гарантирую достоверность предоставленной в заявке информации. Подтверждаю, что организация не находится в состоянии ликвидации, банкротства, реорганизации (Только для организаций):
Да
Презентация проекта pdf:
Загрузить
