CN105511514A - 一种智能终端的触觉振动控制系统和方法 - Google Patents

一种智能终端的触觉振动控制系统和方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种智能终端的触觉振动控制系统和方法。所述系统包括：命令生成器、触觉驱动器、线性谐振致动器、传感模组、反馈单元和比较器，通过包括多个传感器的传感模组监测或感应致动器的状态，在致动器振动时生成多路传感器信号；反馈单元将多个传感器输出的表征振动模式相关物理量的传感信号作为反馈信号发送给比较器；比较器根据反馈信号和输入信号中的期望信号生成误差信号发送给命令生成器，使命令生成器根据该误差信号调整其生成的原始命令信号，完成对线性谐振致动器的闭环控制。本发明能够鲁棒地估计致动器的状态并施加控制，解决线性谐振致动器振动时出现拖尾的残余现象，以及对致动器的振动状态进行实时调整的技术效果。

Description

一种智能终端的触觉振动控制系统和方法
技术领域
本发明涉及触觉反馈技术领域，特别涉及一种智能终端的触觉振动控制系统和方法。
背景技术
多年以来，通信和媒体技术领域对视觉和听觉两种信息的接收通道进行了充分的探索和利用，虽然触觉在虚拟现实和游戏特效等领域有应用，如应用在远程或间接操控、利用游戏手柄的振动模拟射击、爆炸等场景，但直到近几年，才开始进一步挖掘触觉的信息通道。
线性谐振致动器是一种质量块加载在弹簧上的电磁系统，存在固有或自然谐振频率，而且通常是高品质因子系统，因此当输入的驱动电信号停止后，系统的震荡响应不会立刻消失而是逐渐减弱，这种残余振动会持续一段时间，甚至会对下一次的振动造成影响，无法实现期望的振动效果。
发明内容
鉴于上述问题，本发明提供了一种智能终端的触觉振动控制系统和方法，以有效地抑制或消除线性谐振致动器的残余振动。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一方面，本发明实施例提供了一种智能终端的触觉振动控制系统，该触觉振动控制系统包括：命令生成器、触觉驱动器、线性谐振致动器、传感模组、反馈单元和比较器；
命令生成器根据输入信号生成原始命令信号，并根据比较器发送的误差信号调整原始命令信号，将调整后的命令信号发送给触觉驱动器；
触觉驱动器根据接收到的调整后的命令信号生成驱动信号，并将生成的驱动信号发送给线性谐振致动器；
线性谐振致动器接收所述驱动信号，并在驱动信号的驱动下振动；
传感模组包括多种传感器，每种传感器实时感应线性谐振致动器的状态，在感应到线性谐振致动器振动时，生成相应的传感信号；
反馈单元将传感模组生成的多路传感信号融合，得到用于估计线性谐振致动器振动模式的反馈信号，并将反馈信号发送给比较器；
比较器比较反馈信号与输入信号中表征线性谐振致动器振动模式的期望信号，根据比较结果生成误差信号，并将误差信号发送给命令生成器。
另一方面，本发明实施例提供了一种智能终端的触觉振动控制方法，该方法包括：
根据输入信号生成原始命令信号，并根据生成的误差信号调整原始命令信号，以及根据调整后的命令信号生成驱动信号，使线性谐振致动器在驱动信号的驱动下振动；
通过多种传感器实时感应线性谐振致动器的状态，在感应到线性谐振致动器振动时，生成相应的多路传感信号；
将多路传感信号融合得到用于估计线性谐振致动器振动模式的反馈信号；
比较所述反馈信号与输入信号中表征所述线性谐振致动器振动模式的期望信号，根据比较结果生成误差信号，并根据误差信号调整生成的原始命令信号。
本发明的有益效果为：针对线性谐振致动器在驱动信号停止驱动时出现拖尾的残余现象，采用闭环控制方式来控制线性谐振致动器，通过设置多个能够对线性谐振致动器的振动状态进行监测或感应的传感器，将多个传感器输出的表征振动模式相关物理量的传感信号作为反馈信号来实时控制线性谐振致动器振动的物理量，通过有效整合的方式来更加鲁棒地估计致动器的状态并施加控制，达到解决线性谐振致动器振动时出现拖尾的残余现象；且本方案能够通过实时的反馈和调整，达到对致动器的振动状态进行实时调整的技术效果。本发明相比于单一使用反电动势信号的处理方式，通过设置多种传感器的技术方案能够解决在该反电动势信号的信噪比较低时，预测出的振动相关物理变量不可靠，出现的反馈调节精度差的问题。
在优选方案中，本发明还通过设置滤波器进一步解决线性谐振致动器在驱动信号停止驱动时出现的残余现象，利用滤波器对命令生成器输出的命令信号或者对输入信号进行滤波处理，使得在通过后续生成的驱动信号驱动线性谐振致动器振动时，具有快速的启动响应速率和制动响应速率，弱化时间维度上间隔较短的前后振动事件的重叠程度，提高前后振动事件时间维度上的区分度，实现快速启动和快速制动，从而保证得到期望的振动效果。
附图说明
图1为实施例一提供的智能终端的触觉振动控制系统框图；
图2为实施例一提供的闭环触觉振动控制系统工作过程示意图；
图3为实施例二提供的智能终端的触觉振动控制系统框图；
图4a为实施例二提供的未经滤波处理的命令信号示意图；
图4b为实施例二提供的未经滤波处理的线性谐振致动器振子位移图；
图5a为实施例二提供的滤波处理后的命令信号示意图；
图5b为实施例二提供的滤波处理后的线性谐振致动器振子位移图；
图6为实施例二提供的一种闭环触觉振动控制系统工作过程示意图；
图7为实施例二提供的另一种闭环触觉振动控制系统工作过程示意图；
图8为实施例三提供的智能终端的触觉振动控制方法流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
触觉作为人体的重要感觉模态，其具有视觉和听觉无可替代的优势：
1、相比于视听器官，人体皮肤表面积较大，可以作为信息接收点的可选部位很多，如指尖、手掌和手臂等部位；
2、当人体视听器官不便于使用时，如视听器官被占用时，可以利用皮肤受力或震动来接收信息；
3、触觉通道的信息交流较为隐蔽，具有较高的安全性。
针对触觉的上述优势，基于触觉的力反馈、振动反馈的技术逐渐应用到消费电子和工业控制领域，成为人机交互界面的重要组成部分，广泛见于手持设备、穿戴设备、家用电器和工控设备中。
触觉振动系统的重要功能是传递信息，不同振动模式表示不同信息，因而要求能够对致动器(actuator)的振动频率和振动幅度进行精准控制。偏心旋转质量致动器(EccentricRotatingMassmotor,ERM)和线性谐振致动器(LinearResonantActuator,LRA)是两种常见的致动器，偏心旋转质量致动器的振动频率和振动幅度不能独立控制而且会有噪声伴随产生；而线性谐振致动器不存在这些问题，而且启动和制动时间比偏心旋转质量致动器短，因此应用更加广泛。
线性谐振致动器是一种质量块加载在弹簧上的电磁系统，存在固有或自然谐振频率，而且通常是高品质因子系统。因而线性谐振致动器在驱动信号停止驱动时还会出现拖尾的残余现象。
本发明针对线性谐振致动器在驱动信号停止驱动时还会出现拖尾的残余现象，通过设置多个能够对线性谐振致动器的振动状态进行监测或感应的传感器，将多个传感器输出的表征振动模式相关物理量的传感信号作为反馈信号来实时控制线性谐振致动器振动的物理量，通过有效整合的方式来更加鲁棒地估计致动器的状态并施加控制，达到解决线性谐振致动器振动时出现拖尾的残余现象。
实施例一：
图1为本实施例提供的智能终端的触觉振动控制系统框图，本发明智能终端可以为手持设备、可穿戴设备(如智能手表、智能手环)、工控设备。
如图1所示，图1中的触觉振动控制系统为开环控制系统，包括：命令生成器11、触觉驱动器12、线性谐振致动器13、传感模组14、反馈单元15和比较器16。
如图1所示，命令生成器11的输出端连接至触觉驱动器12的输入端，触觉驱动器12的输出端连接至线性谐振致动器13的输入端，线性谐振致动器13的输出端连接至传感模组14的输入端，传感模组14的输出端连接至反馈单元15的输入端，反馈单元15的输出端连接至比较器16的第一输入端，比较器16的第二输入端连接接入期望信号，比较器16的输出端连接至命令生成器11的输入端。
命令生成器11根据输入信号生成原始命令信号，并根据比较器16发送的误差信号调整原始命令信号，将调整后的命令信号发送给触觉驱动器12。
本实施例中的命令生成器11可以设置PID(proportionalintegralderivative，比例积分微分)控制单元来调整生成的原始命令信号。优选地每半个线性谐振致动器振动周期内根据误差信号调整原始命令信号，如调整原始命令信号对应波形的幅度、时长或周期等波形参数。
其中，本实施例的输入信号可以为包括表征线性谐振致动器振动模式的期望信号和选择指令，也可以为媒体流数据，媒体流数据可以为音频流数据、视频流数据等媒体流数据。
如图1所示，本实施例中的命令生成器11还与振动效果库17连接，振动效果库17中的振动模式列表记录有线性谐振致动器每种振动模式对应的表征振动效果的物理量序列。
当输入信号为包括表征线性谐振致动器振动模式的期望信号和选择指令时，命令生成器11读取振动效果库17的振动模式列表，并根据输入信号中的选择指令从该振动模式列表中选择相应的物理量序列，将该物理量序列作为原始命令信号。
当输入信号为媒体流数据时，命令生成器11从该媒体流数据中获取媒体流数据衍生出的表征振动效果的物理信号，将该物理信号作为原始命令信号。
触觉驱动器12根据接收到的调整后的命令信号生成驱动信号，并将生成的驱动信号发送给线性谐振致动器13。
线性谐振致动器13接收驱动信号，并在驱动信号的驱动下振动。
传感模组14包括多种传感器，每种传感器实时感应线性谐振致动器13的状态，在感应到线性谐振致动器13振动时，生成相应的传感信号。
传感模组14包括反电动势感应电路，反电动势感应电路设置在线性谐振致动器13上，在线性谐振致动器振动时，该反电动势感应电路生成反电动势信号；
和/或，传感模组14包括在智能终端中与线性谐振致动器13相分离的位置设置的运动传感器，在线性谐振致动器振动时，该运动传感器生成相应的运动传感信号；
和/或，传感模组14包括设置在线性谐振致动器13上的运动传感器，在线性谐振致动器振动时，该运动传感器生成相应的运动传感信号；
其中，运动传感器指能够实时感应线性谐振致动器的重要物理量，运动传感器可以是基于压电、超声、红外、电容等器件的传感器，如可以感应振动加速度、振动速度、振动位移或振动频率的相关传感器。优选地，运动传感器包括加速度传感器、激光多普勒振动测试仪、麦克风和陀螺仪的一种或多种。
反馈单元15将传感模组14生成的多路传感信号融合，得到用于估计线性谐振致动器13振动模式的反馈信号，并将反馈信号发送给比较器16。
比较器16比较反馈信号与输入信号中表征线性谐振致动器振动模式的期望信号，根据比较结果生成误差信号，并将该误差信号发送给命令生成器11。
当然，本实施例中的触觉振动控制系统还包括控制命令生成器11、触觉控制器12、线性谐振致动器13、传感模组14、反馈单元15、比较器16、振动效果库17间信号传递的微控制单元，将该微控制单元作为触觉振动控制系统的中央控制器。
本实施例的触觉振动控制系统采用闭环控制方式来控制线性谐振致动器，通过在闭环控制中设置多种能够感应线性谐振致动器振动状态的传感器，在线性谐振致动器振动时，通过设置多个能够对线性谐振致动器的振动状态进行监测或感应的传感器，将多个传感器输出的表征振动模式相关物理量的传感信号作为反馈信号来实时控制线性谐振致动器振动的物理量，通过有效整合的方式来更加鲁棒地估计致动器的状态并施加控制，达到解决线性谐振致动器振动时出现拖尾的残余现象。并且，本实施例能够通过实时的反馈和调整，达到对线性谐振致动器的振动状态进行实时调整的技术效果。
此外，相比于单一使用反电动势信号的处理方式，本实施例上述设置多种传感器的技术方案能够解决在该反电动势信号的信噪比较低时，预测出的振动相关物理变量不可靠，出现的反馈调节精度差的问题。
在本实施例的一个实现方案中，反馈单元15包括：获取模块和加权模块；其中，
获取模块接收传感模组14发送的多路传感信号，分别获取每路传感信号的物理量观察值，并将不同类型的物理量观察值转换为同一参考系下同类型的物理量观察值；
加权模块计算每路传感信号的物理量观察值的加权系数，并将各路传感信号的物理量观察值按照各自加权系数求和，得到用于估计线性谐振致动器振动模式的物理量估计值，根据物理量估计值生成反馈信号发送给比较器16；
则比较器16将反馈信号的物理量估计值和期望信号中该物理量的期望值进行比较，根据比较结果生成误差信号。
如图1所示，该触觉振动控制系统还包括与反馈单元15连接的参数存储器18，用于存储根据物理量估计值推算出的线性谐振致动器的固有参数，该固有参数包括线性谐振致动器的一些长期缓变的性能参数，如线性谐振致动器内部摩擦力、于弹簧强度相关的谐振频率、磁流密度等参数，可以通过设置相应的变化阈值，来适时的更新该性能参数。如当根据反馈信号的物理量估计值推算出的线性谐振致动器内部摩擦力相比于参数存储器中该参数的当前值满足变化阈值，则用推算出的线性谐振致动器内部摩擦力更新参数存储器中该参数，便于了解和掌握线性谐振致动器的性能。
为了便于说明本实现方案中获取模块和加权模块的具体工作方式，以能够输出BEMF信号(BackElectro-MotiveForce，反电动势)的BEMF感应电路和能够输出加速度信号的加速度传感器为例，详细说明反馈信号和误差信号的生成。
由于线性谐振致动器在振动的时候会产生BEMF信号，通过设置相应的传感电路即可获得跨线性谐振致动器两级的电压信号或流过线性谐振致动器的电流信号，去除该电压信号或电流信号中线性谐振致动器阻抗导致的直流分量就可以得到所需的BEMF信号。BEMF信号既包含线性谐振致动器的振动状态信息，如速度、加速度等信息，也包含线性谐振致动器本身的一些物理参数信息，如马达因子。
本实施例以加速度物理量为例，首先，由于反电动势感应电路设置在线性谐振致动器13上，因而从BEMF信号中提取出加速度观察值S1是线性谐振致动器13自身振子的加速度，若加速度传感器设置在线性谐振致动器13上，则加速度传感器输出的加速度信号也是该线性谐振致动器13自身振子的加速度，则直接从该加速度信号中获取相应的加速度观察值S2。
然后，计算这两路加速度观察值的加权系数，可以采用加速度观察值的信噪比或方差来计算加权系数；通过方差计算加权系数时，对每路加速度观察值进行统计处理得到每路加速度观察值的方差，计算两路加速度观察值的方差倒数和，每路加速度观察值方差的倒数与所述方差倒数和的比值即为其加权系数；在通过信噪比计算加权系数时，计算每路加速度观察值的信噪比，并对两路加速度观察值的信噪比进行归一化处理即可得到各自的加权系数。
接着，根据加权求和的方式计算用于估计线性谐振致动器各个时刻振动模式的加速度估计值EV(EstimateValue，EV)，EV(t)＝αS1(t)+βS2(t)；其中，α+β＝1，S1(t)为t时刻从BEMF信号中提取出的加速度观察值，α为S1(t)的加权系数，S2(t)为t时刻加速器传感器采集到的加速度观察值，β为S2(t)的加权系数。
最后，比较加速度估计值EV和输入信号中的加速度期望值DV(DesiredValue，DV)各个时刻的差异，如通过对t时刻的加速度估计值EV(t)和t时刻的加速度期望值DV(t)做差生成误差信号Err(t)，即Err(t)＝EV(t)-DV(t)。
需要说明的是，若本实现方案中的加速度传感器设置在智能终端中与线性谐振致动器13相分离的位置，则该加速器传感器输出的加速度信号是智能终端的加速度，需要将加速器传感器输出的加速度信号转换为线性谐振致动器13的振子加速度，可以通过智能终端与振子的质量比进行加速度的转换。
进一步需要说明的是，若在本实现方案中，从BEMF信号中提取出的物理量观察值为速度观察值，还需要将两个不同类型的物理量观察值转换为相同类型的物理量观察值，如将BEMF信号中提取的速度观察值转换为加速度观察值，或者将加速度传感器输出的加速度观察值转换为速度观察值。
本实施例触觉振动控制系统的工作过程如图2所示：
智能终端中的微控制单元根据某些触发事件(如用户按压触摸屏)生成输入信号，使命令生成器11依据该输入信号中的选择指令从振动效果库中选择期望的振动模式对应的数字化的物理量序列作为原始命令信号，或者依据该输入信号中的媒体流数据衍生出的模拟化的物理信号作为原始命令信号；命令生成器11再根据比较器16发送的误差信号调整该原始命令信号，并将调整后的命令信号发送给触觉驱动器12，由触觉驱动器12根据该调整后的命令信号生成相应的驱动信号，该驱动信号可以为驱动电流或驱动电压；线性谐振致动器13在驱动电流或驱动电压的驱动下发生振动，使得该智能终端受迫振动，既而用户与该智能终端接触的部位会产生振动触感；传感模组14实时感应线性谐振致动器13的状态，在线性谐振致动器13振动器时，传感模组14将每种传感器感应的传感信号发送给反馈单元15进行传感信号的融合处理，得到用于估计线性谐振致动器振动模式的反馈信号，比较器16通过比较反馈信号和期望信号生成相应的误差信号，并将该误差信号发送给命令控制器11。
实施例二：
本实施例针对线性谐振致动器在驱动信号停止驱动时出现拖尾的残余现象进行分析得到：该拖尾的残余现象完全由驱动信号与线性谐振致动器冲激响应的卷积决定，因而本实施例通过对驱动信号进行处理，以达到改变其与线性谐振致动器冲激响应卷积后的输出，进一步解决线性谐振致动器振动时出现拖尾的残余现象。
图3为本实施例提供的智能终端的触觉振动控制系统框图，如图3所示，该触觉振动控制系统还包括滤波器39，本实施例要求经滤波器处理后的命令信号在初始时段具有过驱动特点并且在末尾时段具有主动制动特点。
如图3所示，命令生成器31的输出端连接至滤波器39的输入端，滤波器39的输出端连接至触觉驱动器32的输入端，触觉驱动器32的输出端连接至线性谐振致动器33的输入端，线性谐振致动器33的输出端连接至传感模组34的输入端，传感模组34的输出端连接至反馈单元35的输入端，反馈单元35的输出端连接至比较器36的输入端，比较器36的输出端连接至命令生成器31的输入端。
如图3所示，滤波器39对调整后的命令信号滤波，并将滤波后的命令信号发送给触觉驱动器32；其中，滤波后的命令信号的起始预定数目脉冲的幅值大于设定阈值，且末尾预定个数脉冲的相位反转。本实施例中的命令生成器31、触觉驱动器32、线性谐振致动器33、传感模组34、反馈单元35、比较器36的具体工作方式参见实施例一中的相关描述，在此不再赘述。
需要说明的话，本实施例中的滤波器作为命令生成器的后置模块，连接在命令生成器和触觉控制器之间。该滤波器也可以作为命令生成器的前置模块，其输出端连接在命令生成器的输入端，对输入信号滤波，并将滤波后的输入信号发送给命令生成器，使命令生成器生成的原始命令信号的起始预定数目脉冲的幅值大于设定阈值，且末尾预定个数脉冲的相位反转。
本实施例中滤波器的参数由线性谐振致动器的冲激响应决定，优选地滤波器的时域信号为冲激信号。如图3所示，本实施例中的触觉振动控制系统还设置有与滤波器39连接的参数存储器38，该参数存储器38中存储的线性谐振致动器的固有参数包括线性谐振致动器的一些长期缓变的性能参数，如线性谐振致动器内部摩擦力、与弹簧强度相关的谐振频率、磁流密度等参数，还包括计算线性谐振致动器的阻尼谐振周期和阻尼比的相关参数，从而可以利用计算得到的阻尼谐振周期和阻尼比来计算冲激信号每个冲激的冲激时刻和冲激幅度。
在设计滤波器39时，可以根据线性谐振致动器33的谐振频率和阻尼比计算得到线性谐振致动器33的阻尼谐振周期，如根据公式计算该线性谐振致动器的阻尼谐振周期Td，再根据阻尼谐振周期Td确定冲激信号每个冲激的冲激时刻；以及根据线性谐振致动器33的阻尼比计算得到每个冲激的冲激幅度，如根据公式计算冲激的冲激幅度；其中，fn为线性谐振致动器的谐振频率，ζ为线性谐振致动器的阻尼比。
假设本实施例中的冲激包括两个冲激，则包括两个冲激的冲激时刻和冲激幅度满足的约束条件为：t1＝0，A1+A2＝1，t1和t2分别为第一个冲激和第二个冲激的冲激时刻，A1和A2分别为第一个冲激和第二个冲激的冲激幅值。
若线性谐振致动器的谐振频率为fn＝175Hz，阻尼比为ζ＝0.028，则根据上述线性谐振致动器的阻尼谐振周期计算公式可以计算出其阻尼谐振周期Td＝5.8ms，则第一个冲激的冲激时刻t1＝0，冲激幅值第二个冲激的冲激时刻冲激幅值A2＝1-A1＝0.478。
其中，图4a和图4b分别为未经滤波处理的命令信号示意图和线性谐振致动器振子位移图，图5a和图5b分别为滤波处理的命令信号示意图和线性谐振致动器振子位移图；对比图4a和图5a，可以看出滤波处理后的命令信号在第一个脉冲的冲激时刻具有过驱动特点，即信号的幅值陡然增大，在最后一个脉冲的冲激时刻具有主动制动特点，即信号的相位发生反转；对比图4b和图5b，可以看出经过滤波处理后，线性谐振致动器具有启动快、制动快的振动效果，且能够很好地抑制拖尾的残余现象。
本实施例的触觉振动控制系统通过增设滤波器，利用滤波器对命令生成器生成的原始命令信号进行滤波处理，使得在通过后续生成的驱动信号驱动线性谐振致动器振动时，具有快速的启动响应和制动响应，弱化时间维度上间隔较短的前后振动事件的重叠程度，提高前后振动事件时间维度上的区分度，实现快速启动和快速制动，从而进一步保证得到期望的振动效果。
如图6所示，图6示出了一种闭环触觉振动控制系统工作过程示意图，图6中的滤波器69构成闭环触觉振动控制系统的一部分，其连接在命令生成器61和触觉控制器62之间，用于对调整后的命令信号滤波，使滤波器处理后的命令信号在初始时段具有过驱动特点并且在末尾时段具有主动制动特点。
如图7所示，图7示出了另一闭环触觉振动控制系统工作过程示意图，图7中的滤波器79的输出端连接在命令生成器71的输入端，对输入信号滤波，并将滤波后的输入信号发送给命令生成器72，使命令生成器71输出的命令信号在初始时段具有过驱动特点并且在末尾时段具有主动制动特点。
其中，图6和图7中的触觉控制器62、72，线性谐振致动器63、73，传感器模组64、74，反馈单元65、75，比较器66、76的具体工作方式参见本实施例中的相关描述，在此不再赘述。
参照图6所示，该触觉振动控制系统的工作过程如下：
首先，智能终端中的微控制单元根据某些触发事件(如用户按压触摸屏)生成输入信号，使命令生成器61依据该输入信号中的选择指令从振动效果库中选择期望的振动模式对应的数字化的物理量序列作为原始命令信号，或者依据该输入信号中的媒体流数据衍生出的模拟化的物理信号作为原始命令信号；命令生成器61再根据比较器66发送的误差信号调整上述原始命令信号，并将调整后的命令信号发送给滤波器69。
然后，图6中的滤波器69对命令生成器61输出的调整后的命令信号进行滤波，滤波器将滤波处理后的命令信号发送给触觉驱动器62；由触觉驱动器62根据该滤波后的命令信号生成相应的驱动信号，该驱动信号可以为驱动电流或驱动电压；线性谐振致动器63在驱动电流或驱动电压的驱动下发生振动，使得该智能终端受迫振动，既而用户与该智能终端接触的部位会感觉到振动触感。
最后，传感模组64(图6中示例性示出具有BEMF感应电路和加速度传感器的传感模组)实时感应线性谐振致动器的状态，在线性谐振致动器振动器时，传感模组64将每种传感器感应的传感信号发送给反馈单元进行传感信号的融合处理，得到用于估计线性谐振致动器振动模式的反馈信号，比较器66通过比较反馈信号和期望信号生成相应的误差信号，使得命令控制器根据该误差信号调整其生成的原始命令信号。
参照图7所示，该触觉振动控制系统的工作过程如下：
首先，智能终端中的微控制单元根据某些触发事件(如用户按压触摸屏)生成输入信号，滤波器79对输入信号进行滤波处理，并将滤波处理后的输入信号发送给命令生成器71。
然后，命令生成器71依据该输入信号中的选择指令从振动效果库中选择期望的振动模式对应的数字化的物理量序列作为原始命令信号，或者依据该输入信号中的媒体流数据衍生出的模拟化的物理信号作为原始命令信号；命令生成器71再根据比较器76发送的误差信号调整上述原始命令信号，并将调整后的命令信号发送给触觉驱动器72，由触觉驱动器72根据该滤波后的命令信号生成相应的驱动信号，该驱动信号可以为驱动电流或驱动电压；线性谐振致动器73在驱动电流或驱动电压的驱动下发生振动，使得该智能终端受迫振动，既而用户与该智能终端接触的部位会感觉到振动触感。
最后，传感模组74(图6和图7中示例性示出具有BEMF感应电路和加速度传感器的传感模组)实时感应线性谐振致动器的状态，在线性谐振致动器73振动器时，传感模组将每种传感器感应的传感信号发送给反馈单元进行传感信号的融合处理，得到用于估计线性谐振致动器振动模式的反馈信号，比较器76通过比较反馈信号和期望信号生成相应的误差信号，使得命令控制器71根据该误差信号调整其生成的原始命令信号。
实施例三：
基于与实施例一和二相同的技术构思，本实施例提供了一种智能终端的触觉振动控制方法。
如图8所示，图8为本实施例提供的智能终端的触觉振动控制方法，该控制方法包括：
S810，根据输入信号生成原始命令信号，并根据生成的误差信号调整原始命令信号，以及根据调整后的命令信号生成驱动信号，使线性谐振致动器在驱动信号的驱动下振动。
本步骤中根据输入信号生成原始命令信号具体为：
读取振动效果库的振动模式列表，并根据输入信号中的选择指令从振动模式列表中选择期望振动模式对应的表征振动效果的物理量序列，将该物理量序列作为原始命令信号；
或者，从输入信号中的媒体流数据中获取该媒体流数据衍生出的表征振动效果的物理信号，将该物理信号作为原始命令信号。
S820，通过多种传感器实时感应线性谐振致动器的状态，在感应到线性谐振致动器振动时，生成相应的多路传感信号。
S830，将多路传感信号融合得到用于估计线性谐振致动器振动模式的反馈信号。
S840，比较所述反馈信号与输入信号中表征所述线性谐振致动器振动模式的期望信号，根据比较结果生成误差信号，并根据误差信号调整生成的原始命令信号。
在本实施例的一个优选方案中，步骤S830中将多路传感信号融合得到用于估计线性谐振致动器振动模式的反馈信号具体为：
分别获取每路传感信号的物理量观察值，并将不同类型的物理量观察值转换为同一参考系下同类型的物理量观察值；
计算每路传感信号的物理量观察值的加权系数，并将各路传感信号的物理量观察值按照各自加权系数求和，得到用于估计线性谐振致动器振动模式的物理量估计值，根据该物理量估计值生成反馈信号发送给所述比较器。
则步骤S840中比较反馈信号与输入信号中表征线性谐振致动器振动模式的期望信号具体为:将反馈信号的物理量估计值和期望信号中该物理量的期望值进行比较，根据比较结果生成误差信号。
本优选方案中各步骤的具体执行方式，可以参见本发明实施例一中触觉振动控制系统的具体内容，在此不再赘述。
在本实施例的另一个优选方案中，步骤S810中根据调整后的命令信号生成驱动信号具体为：
对调整后的命令信号滤波，使滤波后的命令信号的起始预定数目脉冲的幅值大于设定阈值，且末尾预定个数脉冲的相位反转。
或者，步骤S810中根据输入信号生成原始命令信号具体为：
对输入信号滤波，根据滤波后的输入信号生成原始命令信号，以及根据生成的误差信号调整该原始命令信号，使调整后的命令信号的起始预定数目脉冲的幅值大于设定阈值，且末尾预定个数脉冲的相位反转。
本优选方案中的滤波器的时域信号为冲激信号；
根据线性谐振致动器的谐振频率和阻尼比计算得到线性谐振致动器的阻尼谐振周期，并由该阻尼谐振周期确定滤波器每个冲激的冲激时刻；
根据线性谐振致动器的阻尼比计算得到每个冲激的冲激幅度。
本优选方案中各步骤的具体执行方式，可以参见本发明实施例二中触觉振动控制系统的具体内容，在此不再赘述。
综上所述，对线性谐振致动器在驱动信号停止驱动时出现拖尾的残余现象，采用闭环控制方式来控制线性谐振致动器，通过设置多个能够对线性谐振致动器的振动状态进行监测或感应的传感器，将多个传感器输出的表征振动模式相关物理量的传感信号作为反馈信号来实时控制线性谐振致动器振动的物理量，通过有效整合的方式来更加鲁棒地估计致动器的状态并施加控制，达到解决线性谐振致动器振动时出现拖尾的残余现象；且本方案能够通过实时的反馈和调整，达到对致动器的振动状态进行实时调整的技术效果。本发明相比于单一使用反电动势信号的处理方式，通过设置多种传感器的技术方案能够解决在该反电动势信号的信噪比较低时，预测出的振动相关物理变量不可靠，出现的反馈调节精度差的问题。在优选方案中，本发明还通过设置滤波器进一步解决线性谐振致动器在驱动信号停止驱动时出现的残余现象，利用滤波器对命令生成器输出的命令信号或者对输入信号进行滤波处理，使得在通过后续生成的驱动信号驱动线性谐振致动器振动时，具有快速的启动响应速率和制动响应速率，弱化时间维度上间隔较短的前后振动事件的重叠程度，提高前后振动事件时间维度上的区分度，实现快速启动和快速制动，从而保证得到期望的振动效果。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种智能终端的触觉振动控制系统，其特征在于，所述触觉振动控制系统包括：命令生成器、触觉驱动器、线性谐振致动器、传感模组、反馈单元和比较器；
所述命令生成器根据输入信号生成原始命令信号，并根据所述比较器发送的误差信号调整所述原始命令信号，将调整后的命令信号发送给所述触觉驱动器；
所述触觉驱动器根据接收到的调整后的命令信号生成驱动信号，并将生成的驱动信号发送给所述线性谐振致动器；
所述线性谐振致动器接收所述驱动信号，并在所述驱动信号的驱动下振动；
所述传感模组包括多种传感器，每种传感器实时感应所述线性谐振致动器的状态，在感应到所述线性谐振致动器振动时，生成相应的传感信号；
所述反馈单元将所述传感模组生成的多路传感信号融合，得到用于估计所述线性谐振致动器振动模式的反馈信号，并将所述反馈信号发送给所述比较器；
所述比较器比较所述反馈信号与所述输入信号中表征所述线性谐振致动器振动模式的期望信号，根据比较结果生成误差信号，并将所述误差信号发送给所述命令生成器。
2.根据权利要求1所述的触觉振动控制系统，其特征在于，所述反馈单元包括：获取模块和加权模块；
所述获取模块接收所述传感模组发送的多路传感信号，分别获取每路传感信号的物理量观察值，并将不同类型的物理量观察值转换为同一参考系下同类型的物理量观察值；
所述加权模块计算每路传感信号的物理量观察值的加权系数，并将各路传感信号的物理量观察值按照各自加权系数求和，得到用于估计所述线性谐振致动器振动模式的物理量估计值，根据所述物理量估计值生成反馈信号发送给所述比较器；
所述比较器将所述反馈信号的物理量估计值和所述期望信号中该物理量的期望值进行比较，根据比较结果生成误差信号。
3.根据权利要求1所述的触觉振动控制系统，其特征在于，根据权利要求5所述的触觉振动控制系统，其特征在于，所述传感模组包括反电动势感应电路，所述反电动势感应电路设置在所述线性谐振致动器上，在所述线性谐振致动器振动时，该反电动势感应电路生成反电动势信号；
和/或，所述传感模组包括所述在智能终端中与所述线性谐振致动器相分离的位置设置的运动传感器，在所述线性谐振致动器振动时，该运动传感器生成相应的运动传感信号；
和/或，所述传感模组包括设置在所述线性谐振致动器上的运动传感器，在所述线性谐振致动器振动时，该运动传感器生成相应的运动传感信号；
其中，所述运动传感器至少包括加速度传感器、激光多普勒振动测试仪、麦克风和陀螺仪一种或多种。
4.根据权利要求1所述的触觉振动控制系统，其特征在于，所述触觉振动控制系统还包括滤波器；
所述滤波器连接在所述命令生成器和所述触觉控制器之间，对调整后的命令信号滤波，滤波后的命令信号的起始预定数目脉冲的幅值大于设定阈值，且末尾预定个数脉冲的相位反转。
5.根据权利要求1所述的触觉振动控制系统，其特征在于，所述触觉振动控制系统还包括滤波器；
所述滤波器的输出端连接在所述命令生成器的输入端，对所述输入信号滤波，并将滤波后的输入信号发送给所述命令生成器，使命令生成器生成的原始命令信号的起始预定数目脉冲的幅值大于设定阈值，且末尾预定个数脉冲的相位反转。
6.根据权利要求4或5所述的触觉振动控制系统，其特征在于，所述滤波器的时域信号为冲激信号；
根据所述线性谐振致动器的谐振频率和阻尼比计算得到线性谐振致动器的阻尼谐振周期，并由该阻尼谐振周期确定滤波器每个冲激的冲激时刻；
根据所述线性谐振致动器的阻尼比计算得到每个冲激的冲激幅度。
7.根据权利要求6所述的触觉振动控制系统，其特征在于，所述冲激信号包括两个冲激，根据下述公式计算每个冲激的冲激时刻和冲激幅度；
其中，t1和t2分别为第一个冲激和第二个冲激的冲激时刻，A1和A2分别为第一个冲激和第二个冲激的冲激幅值，fn为线性谐振致动器的谐振频率，ζ为线性谐振致动器的阻尼比，0＜σ＜1。
8.根据权利要求1所述的触觉振动控制系统，其特征在于，
所述命令生成器读取振动效果库的振动模式列表，并根据输入信号中的选择指令从所述振动模式列表中选择期望振动模式对应的表征振动效果的物理量序列，将该物理量序列作为所述原始命令信号；
或者，所述命令生成器从输入信号中的媒体流数据中获取该媒体流数据衍生出的表征振动效果的物理信号，将该物理信号作为原始命令信号。
9.根据权利要求6所述的触觉振动控制系统，其特征在于，所述触觉振动控制系统还包括参数存储器；
所述参数存储器存储根据所述反馈信号的物理变量估计值推算出的所述线性谐振致动器的固有参数。
10.一种智能终端的触觉振动控制方法，其特征在于，所述方法包括：
根据输入信号生成原始命令信号，并根据生成的误差信号调整所述原始命令信号，以及根据调整后的命令信号生成驱动信号，使线性谐振致动器在所述驱动信号的驱动下振动；
通过多种传感器实时感应线性谐振致动器的状态，在感应到所述线性谐振致动器振动时，生成相应的多路传感信号；
将多路传感信号融合得到用于估计线性谐振致动器振动模式的反馈信号；
比较所述反馈信号与所述输入信号中表征所述线性谐振致动器振动模式的期望信号，根据比较结果生成误差信号，并根据所述误差信号调整生成的所述原始命令信号。
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