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参赛作品《用于雕刻机的多轴混合式步进电机驱动器》
arokh
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发表于2017-05-30 15:50:19 | 显示全部楼层
1# 电梯直达
 

【报名阶段需要填写的内容】


1. 参赛者姓名(必填项):范昂    


2. 单位或学校名称(必填项):北京西门子


3. 当前职务或职称(必填项):工程师


4. 参赛作品的名字(必填项):三相混合式步进电机驱动器


5. 简要陈述您的idea和作品(必填项):用于雕刻机的多轴混合式步进电机驱动器预计做到4.2A每相驱动能力,恒流斩波采用电压模式实现,争取达到128细分的宁静驱动。这个作品的应用能最大程度上利用STM32单片机的外设,发挥其强悍的定时器,ADC,内部运放以及ARM cortex内核的能力。


6. 拟用到的立创商城在售物料(必填项):STM32F103CBT6,LM2596,IRFR1205TRPBF


7. 拟用到的非立创商城物料或其它补充(必填项):凤凰端子 PT1.5-PH5.0


【作品正式发表(报名成功后进入设计阶段)需要填写的内容】


一、作品简介

例如,可以包括但不局限于以下内容:

1.作品的整机外观图片或焊接组装好的PCBA图片;

2.作品的研究背景、目的和功能、市场应用前景;

3.作品在创新性、趣味性、实用性甚至公益性方面,有哪些亮点可体现?

 

最近在DIY一套雕刻机,完工后感觉两相步进电机实在太吵了,正好又偶然得到了几只3相步进电机,听说非常宁静,想把它们用在雕刻机上。上网查了下现成驱动器有得卖,但是挺贵的,本着DIY和学习的精神还是想试着自己做一下。由于工作上的需要会接触FOC的无刷电机驱动,开了下脑洞,觉得开环模式下应该也能驱动三相步进电机。

 

本作品实质上可以通用于任何领域,也可以说是一款通用三相步进驱动。

 

先上图:

 

  

 

 


二、系统构架图

用流程图或思维导图等形式,描述您的作品的组成构架,即方案图。

实际上总体没有什么新颖之处,完全copy标准三相电机的FOC驱动电路

驱动板架图:

  

 

 

 

三、硬件部分的描述

1.附上原理图&PCB实物图的图片或者源文件(官方建议大家尽量用源文件上传),如果是图片,请确保图片是清晰可辨的;

原理图如下:

 drv_0_01.pdf

 

PCB layout截图如下:

 

 

 

2.用文字把该作品的实现原理、系统的工作过程大致讲解一下。

1)MCU部分是标准的STM32F103做小系统,大家都很熟悉就不赘述了。

2)三相逆变桥,这里使用全N沟道MOSFET,栅极驱动使用了两套方案,第一套比较保守,就是经典的IR2104;另一套是三极管搭建的电荷泵

3)电流检测部分,电机的相电流经过检测电阻,在有运放进行调理,将电流信号平移、转化为中点为1.65V的电压以便ADC采集

4)辅助电源,用于单片机和模拟系统供电

 


 

四、材料清单(BOM列表)

列出您这个作品所用到的主要器件(关键器件即可),比如单片机&ARM芯片、专用集成芯片(ASIC)、传感器、功能模块等。

如果所列出的芯片是来自我们立创商城上的,最好能写出该器件的商品编号或附上对应购买链接。

见附件

DRV_0_01_BOM.pdf 

五、软件部分的描述(选填)

如果您的作品涉及到软件,请列出作品对应的软件工作流程图,及关键部分的例程、源码(如果您想开源的话请上传全部源码)。

 

软件这一点要特别说明一下,整个软件包来自ST官方的 PMSM FOC firmware library 以及 ST MC Workbench

使用这两个套件可以非常轻松的快速生成电机驱动代码并进行调试。当然如果要深度定制,里面有很多东西还是要下功夫的。

 

详情可以参考官方手册
http://www.st.com/content/ccc/resource/technical/document/user_manual/5e/5e/d2/cb/07/35/45/a6/CD00298474.pdf/files/CD00298474.pdf/_jcr_content/translations/en.CD00298474.pdf

 

由于是步进电机,我把drive parameter里面的几个宏定义改了,手动打开open loop模式并且是能VF控制。

 

六、作品演示

请上传您的作品的功能演示到腾讯视频,并编辑到本楼(或附上视频链接)。按要求上传视频可获得5分,具体详见活动规则。

腾讯说我的标题太长。。。。555

 

 


七、总结

例如您在完成该作品过程中的一些体会、碰到的技术问题或调试经验、作品的未来规划,及对我们主办方的建议和意见等。

 

调试过程总体还是顺利的,遇到了连个很低级的小麻烦:

1,原来规划电流采样运放使用TL084(原理图中),后来发现TL084输入并不支持轨对轨,于是更换引脚兼容的TLC2274(BOM中),问题解决;

2,单片机的8M晶体只有在用一款ITECH电源才能启动,其它调试用直流电源均不起振,相当诡异。后来晶体两侧并联12pf电容妥妥解决问题。

3,如果再有赛事,准备做一款工程师通用电源,能实现恒流恒压电池曲线充电大电流点焊,收音机,PM25检测(雾。。)等功能。。

arokh
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发表于2017-05-31 11:21:33   |  显示全部楼层
3#

赵工,基于一些实用性,未来趋势,成本以及MCU的应用特点,我想稍微改下课题:

1,把对应电机改为3相混合式步进电机;

2,主要对应雕刻机应用。

 

请问是否可以?

arokh
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发表于2017-08-16 22:43:23   |  显示全部楼层
7#
发表于2017-07-19 18:01:07  6# 楼主多介绍下你的作品啊,光看图了,只有图会有点懵
前段时间天天气太热了,无心调试啊,这两天天气还好赶紧更新了一些。

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