CN108258973B - 一种马达驱动信号的生成方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例涉及电子设备技术领域，公开了一种马达驱动信号的生成方法。本发明中，所述马达驱动信号的生成方法包括：获取非谐振频率正弦信号，并将所述非谐振频率正弦信号输入第一系统中；所述第一系统对所述非谐振频率正弦信号进行处理后，得到修正输入信号；将所述修正输入信号输入第二系统中，并由所述第二系统处理后，得到与所述非谐振频率正弦信号具有相同数学形式的输出信号；其中，所述第一系统为所述第二系统的逆系统；将所述第二系统的输出信号作为所述马达驱动信号。本发明还提供一种马达驱动信号的生成装置。本发明提供的马达驱动信号的生成方法及装置使得非谐振频率正弦信号激励马达后具有平滑输出效果。

Description

一种马达驱动信号的生成方法及装置
技术领域
本发明实施例涉及电子设备技术领域，特别涉及一种马达驱动信号的生成方法及装置。
背景技术
振动是电子设备向人体传递触觉刺激的主要方式。马达作为一个重要器件，已经广泛应用于手机、平板电脑、智能腕表、游戏手柄、VR眼镜中，以配合不同的应用场景提供匹配的振动效果给用户逼真的、丰富的体验效果。使用单一频率的正弦信号驱动马达，如果正弦信号频率与谐振频率相同，马达振动输出信号包络是单调地增加到稳定状态，是一种平滑的输出效果，但由于输出信号的频率仅有一种，输出效果过于单调。为了丰富输出信号的频率成分，现有技术中出现了使用非谐振频率正弦信号激励马达系统从而得到马达振动输出信号的方法，以给用户提供丰富的体验效果。
然而，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：直接将非谐振频率正弦信号输入马达系统中，马达振动输出信号包络在达到稳定状态之前会有一个冲高回落现象，是一种震荡的而非平滑的输出效果，给人一种不和谐的感受。
发明内容
本发明实施方式的目的在于提供一种马达驱动信号的生成方法及装置，使得非谐振频率正弦信号激励马达后具有平滑输出效果。
为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种马达驱动信号的生成方法，包括以下步骤：获取非谐振频率正弦信号，并将所述非谐振频率正弦信号输入第一系统中；所述第一系统对所述非谐振频率正弦信号进行处理后，得到修正输入信号；将所述修正输入信号输入第二系统中，并由所述第二系统处理后，得到与所述非谐振频率正弦信号具有相同数学形式的输出信号；其中，所述第一系统为所述第二系统的逆系统；将所述第二系统的输出信号作为所述马达驱动信号。
本发明的实施方式还提供了一种马达驱动信号的生成装置，包括：
至少一个处理器；以及，
与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行马达驱动信号的生成方法。
本发明实施方式相对于现有技术而言，通过获取非谐振频率正弦信号，并将所述非谐振频率正弦信号输入第一系统中，所述非谐振频率正弦信号输入第一系统中处理后得到修正输入信号，再将所述修正输入信号输入第二系统中，并由所述第二系统处理后，得到与所述非谐振频率正弦信号具有相同数学形式的输出信号，即所述马达的输出信号。由于所述第一系统为所述第二系统的逆系统，所以所述第一系统与所述第二系统的系统传输函数的乘积为一个常数，使得所述非谐振频率正弦信号通过所述第一系统处理后不会发生相位以及频率上的改变，即所述修正输入信号与所述非谐振频率正弦信号具有相同的数学形式，再将所述修正输入信号输入所述第二系统中进行处理，得到的所述输出信号也具有与所述非谐振频率正弦信号相同的数学形式，即所述输出信号与所述非谐振频率正弦信号的频率相同，避免了由于所述输出信号与所述非谐振频率正弦信号的频率因频率不同而产生冲高回落现象，从而使马达具有平滑输出效果。
另外，所述第一系统与所述第二系统的关系具体为：
Figure BDA0001538778820000021
其中，所述
Figure BDA0001538778820000022
为所述第一系统，所述H(s)为所述第二系统，所述K为常数比例因子。
另外，所述常数比例因子K，通过以下公式计算得到：
Figure BDA0001538778820000023
其中，所述m是弹簧振子质量，所述B是磁感应强度，所述l是通电导线长度，所述Rθ是回路电阻，所述ωn是无阻尼自然频率。通过马达的参数并根据特定计算公式计算出常数比例因子K，使得修正输入信号的幅度保持在实际设备可以实现的范围内，避免了由于修正输入信号的幅度太大从而导致在实际设备中无法实现马达的平滑输出。
另外，所述第一系统对所述非谐振频率正弦信号进行处理后，得到修正输入信号，具体包括：将所述非谐振频率正弦信号分别输入第一预设转换单元和第二预设转换单元中；通过所述第一预设转换单元将所述非谐振频率正弦信号转换为第一分量信号；通过所述第二预设转换单元将所述非谐振频率正弦信号转换为第二分量信号；根据所述第一分量信号、所述第二分量信号，得到所述修正输入信号。
另外，所述通过所述第一预设转换单元将所述非谐振频率正弦信号转换为第一分量信号，具体包括：通过同相分量运算放大器调整所述非谐振频率正弦信号的幅度，得到同相分量信号，所述同相分量信号具有形式v1(t)＝A1sinωct；其中，所述v1(t)是同相分量信号，所述A1是同相分量信号的振幅，所述ωc是非谐振频率正弦信号的角速度。
另外，所述通过所述第二预设转换单元将所述非谐振频率正弦信号转换为第二分量信号，具体包括：通过移相电路将所述非谐振频率正弦信号的相位改变预设角度；通过正交分量运算放大器调整改变相位后的非谐振频率正弦信号的幅度，得到正交分量信号，所述正交分量信号具有形式v2(t)＝A2cosωct；其中，所述v2(t)是正交分量信号，所述A2是正交分量信号的振幅，所述ωc是非谐振频率正弦信号的角速度。
另外，所述根据所述第一分量信号、所述第二分量信号，得到所述修正输入信号，具体包括：将所述第一分量信号和所述第二分量信号进行相加合并，得到所述修正输入信号。
另外，所述根据所述第一分量信号、所述第二分量信号，得到所述修正输入信号，具体包括：根据所述第一分量信号及所述第二分量信号设置修正脉冲信号；将所述第一分量信号、所述第二分量信号和所述修正脉冲信号进行相加合并，得到所述修正输入信号。所述修正脉冲信号通过根据所述第一分量信号及所述第二分量信号设置并与所述第一分量信号及所述第二分量信号相加合并，使得最后得到的输出信号因修正脉冲信号修正保持输出信号的幅度在实际设备可实现的范围内。
附图说明
一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。
图1是根据本发明第一实施方式的马达驱动信号的生成方法的流程图；
图2是根据本发明第二实施方式的马达驱动信号的生成方法的流程图；
图3是根据本发明第二实施方式中的第一输入信号的波形图；
图4是根据本发明第二实施方式中的第一输出信号的波形图；
图5是根据本发明第二实施方式中的第二输出信号的波形图；
图6是根据本发明第二实施方式中的第二输入信号的波形图；
图7是根据本发明第二实施方式中的第三输出信号的波形图；
图8是根据本发明第二实施方式中的第四输出信号的波形图；
图9是根据本发明第三实施方式的马达驱动信号的生成装置的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本发明而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本发明所要求保护的技术方案。
本发明的第一实施方式涉及一种马达驱动信号的生成方法，具体流程如图1所示。
S101：获取非谐振频率正弦信号。
具体的说，在步骤S101中，将马达抽象为一个具有阻尼的弹簧振子系统，马达的自有谐振频率
Figure BDA0001538778820000041
其中k是弹簧的劲度系数，m是弹簧振子的质量，以此来选择非谐振频率正弦信号，并将其进行拉普拉斯变换以便所述第一系统进行处理。
S102：将所述非谐振频率正弦信号分别输入第一预设转换单元和第二预设转换单元中。
具体的说，在步骤S102中，所述第一预设转换单元和所述第二预设转换单元构成第一系统，所述第一预设转换单元可以为同相分量运算放大器，所述第二预设转换单元可以为正交分量运算放大器。
S103：通过所述第一预设转换单元将所述非谐振频率正弦信号转换为第一分量信号。
具体的说，在步骤S103中，将非谐振频率正弦信号从同相输入端输入，按照一定比例衰减以后，再馈入反相输入端，通过调整非谐振频率正弦信号的幅度，得到同相分量信号，它具有形式v1(t)＝A1sinωct，所述v1(t)是同相分量信号，所述A1是同相分量信号的振幅，所述ωc是非谐振频率正弦信号的角速度。
S104：通过所述第二预设转换单元将所述非谐振频率正弦信号转换为第二分量信号。
具体的说，在步骤S104中，通过移相电路将所述非谐振频率正弦信号的相位改变预设角度，所述移相电路可以通过电容或电感移相，下面以电容移相为例进行说明：电容通电后电路就给电容充电，一开始瞬间充电的电流为最大值，电压趋于0，随着电容充电量增加，电流渐而变小，电压渐而增加，至电容充电结束后，电容充电电流趋于0，电容端电压为电路的最大值，这样就完成了一个充电周期，如果取电容的端电压作为输出，即可得到一个滞后于电流90度的移相电压。
需要说明的是，通过移相电路移相的非谐振频率正弦信号变为与原非谐振频率正弦信号频率相同、峰值幅度相同但相位相差90的信号，还需将其经过正交分量运算放大器调整信号幅度，得到正交分量信号，它具有形式v2(t)＝A2cosωct，所述v2(t)是正交分量信号，所述A2是正交分量信号的振幅，所述ωc是非谐振频率正弦信号的角速度。
S105：根据所述第一分量信号、所述第二分量信号，得到所述修正输入信号。
具体的说，在步骤S105中，将所述第一分量信号与所述第二分量输入加法器中，加法器为线性叠加，输出时不产生新的频率的信号，避免了由于产生新的频率的信号导致最后生成的修正输入信号的频率与非谐振频率正弦信号的频率不同，保证输入第二系统的信号与非谐振频率正弦信号具有相同的数学形式。
优选地，还可以根据所述第一分量信号及所述第二分量信号设置修正脉冲信号，将所述第一分量信号、所述第二分量信号和所述修正脉冲信号进行相加合并，得到所述修正输入信号，使得最后得到的修正输入信号因修正脉冲信号修正保持幅度在实际设备可实现的范围内。
S106：将所述修正输入信号输入第二系统中，并由所述第二系统处理后，得到与所述非谐振频率正弦信号具有相同数学形式的输出信号。
具体的说，在步骤S106中，所述第一系统为所述第二系统的逆系统，所述第一系统与所述第二系统的关系具体为：
Figure BDA0001538778820000051
所述
Figure BDA0001538778820000052
为所述第一系统，所述H(s)为所述第二系统，所述K为常数比例因子。
S107：将所述第二系统的输出信号作为所述马达驱动信号。
通过获取非谐振频率正弦信号，并将所述非谐振频率正弦信号输入第一系统中，所述非谐振频率正弦信号输入第一系统中处理后得到修正输入信号，再将所述修正输入信号输入第二系统中，并由所述第二系统处理后，得到与所述非谐振频率正弦信号具有相同数学形式的输出信号，即所述马达的输出信号。由于所述第一系统为所述第二系统的逆系统，所以所述第一系统与所述第二系统的系统传输函数的乘积为一个常数，使得所述非谐振频率正弦信号通过所述第一系统处理后不会发生相位以及频率上的改变，即所述修正输入信号与所述非谐振频率正弦信号具有相同的数学形式，再将所述修正输入信号输入所述第二系统中进行处理，得到的所述输出信号也具有与所述非谐振频率正弦信号相同的数学形式，即所述输出信号与所述非谐振频率正弦信号的频率相同，避免了由于所述输出信号与所述非谐振频率正弦信号的频率因频率不同而产生冲高回落现象，从而使马达具有平滑输出效果。
本发明的第二实施方式涉及一种马达驱动信号的生成方法。本实施方式是在第一实施方式的基础上做了进一步的改进，具体改进之处在于：在本发明的实施方式中，对常数比例因子K做了进一步的限定，通过马达的各个参数计算K值，避免了修正输入信号由于幅度太大导致在实际设备中无法实现马达的平滑输出。本实施方式的具体流程如图2所示，包括：
S201：通过以下公式计算得到常数比例因子K：
Figure BDA0001538778820000061
其中所述m是弹簧振子质量，所述B是磁感应强度，所述l是通电导线长度，所述Rθ是回路电阻，所述ωn是无阻尼自然频率。
具体的说，在步骤S201中，通过马达的参数并根据特定计算公式计算出常数比例因子K，使得修正输入信号的幅度保持在实际设备可以实现的范围内，避免了由于修正输入信号的幅度太大从而导致在实际设备中无法实现马达的平滑输出。
S202：根据所述K值完成第一系统的参数配置。
S203：获取非谐振频率正弦信号。
S204：将所述非谐振频率正弦信号分别输入第一预设转换单元和第二预设转换单元中。
S205：通过所述第一预设转换单元将所述非谐振频率正弦信号转换为第一分量信号。
S206：通过所述第二预设转换单元将所述非谐振频率正弦信号转换为第二分量信号。
S207：根据所述第一分量信号、所述第二分量信号，得到所述修正输入信号。
S208：将所述修正输入信号输入第二系统中，并由所述第二系统处理后，得到与所述非谐振频率正弦信号具有相同数学形式的输出信号。
S209：将所述第二系统的输出信号作为所述马达驱动信号。
步骤S203至步骤S209与步骤S101至步骤S107类似，旨在获取非谐振频率正弦信号后经过第一系统处理，将处理后得到的修正输入信号再输入第二系统中处理，得到与所述非谐振频率正弦信号具有相同数学形式的输出信号，此处不再赘述。
下面对本发明实施方案的效果进行具体说明，以参数为ξ＝0.038，ωn＝356πrad/s，Bl＝0.345N/A，m＝0.0017kg，Rθ＝8Ω的马达举例，图3、图4及图5示出了当信号参数为A＝1,ωc＝300πrad/s时第一输入信号、直接经过第二系统时的输出信号以及先经过第一系统再经过第二系统时的输出信号的波形图。如图3所示，曲线表示第一输入信号的波形图；如图4所示，曲线表示第一输入信号直接经过第二系统时第一输出信号的波形图；如图5所示，曲线表示第一输入信号先经过第一系统再经过第二系统时第二输出信号的波形图。
图6、图7及图8示出了当信号参数为A＝1,ωc＝400πrad/s时第二输入信号、直接经过第二系统时的输出信号以及先经过第一系统再经过第二系统时的输出信号的波形图。如图6所示，曲线表示输入信号的波形图；如图7所示，曲线表示第二输入信号直接经过第二系统时的第三输出信号的波形图；如图8所示，曲线表示第二输入信号先经过第一系统再经过第二系统时第四输出信号的波形图。
本领域技术人员可以理解，在本发明第二实施方式中，通过获取非谐振频率正弦信号，并将所述非谐振频率正弦信号输入第一系统中，所述非谐振频率正弦信号输入第一系统中处理后得到修正输入信号，再将所述修正输入信号输入第二系统中，并由所述第二系统处理后，得到与所述非谐振频率正弦信号具有相同数学形式的输出信号，即所述马达的输出信号。由于所述第一系统为所述第二系统的逆系统，所以所述第一系统与所述第二系统的系统传输函数的乘积为一个常数，使得所述非谐振频率正弦信号通过所述第一系统处理后不会发生相位以及频率上的改变，即所述修正输入信号与所述非谐振频率正弦信号具有相同的数学形式，再将所述修正输入信号输入所述第二系统中进行处理，得到的所述输出信号也具有与所述非谐振频率正弦信号相同的数学形式，即所述输出信号与所述非谐振频率正弦信号的频率相同，避免了由于所述输出信号与所述非谐振频率正弦信号的频率因频率不同而产生冲高回落现象，从而使马达具有平滑输出效果。
上面各种方法的步骤划分，只是为了描述清楚，实现时可以合并为一个步骤或者对某些步骤进行拆分，分解为多个步骤，只要包括相同的逻辑关系，都在本发明的保护范围内；对算法中或者流程中添加无关紧要的修改或者引入无关紧要的设计，但不改变其算法和流程的核心设计都在该发明的保护范围内。
本发明第三实施方式涉及一种马达驱动信号的生成装置，如图9所示，包括：
至少一个处理器301；以及，
与至少一个处理器301通信连接的存储器302；其中，
存储器302存储有可被至少一个处理器301执行的指令，指令被至少一个处理器301执行，以使至少一个处理器301能够执行如第一或第二实施方式中的马达驱动信号生成的方法。
其中，存储器302和处理器301采用总线方式连接，总线可以包括任意数量的互联的总线和桥，总线将一个或多个处理器301和存储器302的各种电路连接在一起。总线还可以将诸如外围设备、稳压器和功率管理电路等之类的各种其他电路连接在一起，这些都是本领域所公知的，因此，本文不再对其进行进一步描述。总线接口在总线和收发机之间提供接口。收发机可以是一个元件，也可以是多个元件，比如多个接收器和发送器，提供用于在传输介质上与各种其他装置通信的单元。经处理器301处理的数据通过天线在无线介质上进行传输，进一步，天线还接收数据并将数据传送给处理器301。
处理器301负责管理总线和通常的处理，还可以提供各种功能，包括定时，外围接口，电压调节、电源管理以及其他控制功能。而存储器302可以被用于存储处理器301在执行操作时所使用的数据。
本发明第四实施方式涉及一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序。计算机程序被处理器执行时实现上述方法实施例。
即，本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一个设备(可以是单片机，芯片等)或处理器(processor)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (8)

1.一种马达驱动信号的生成方法，其特征在于，包括：
获取非谐振频率正弦信号，并将所述非谐振频率正弦信号输入第一系统中，所述第一系统包括第一预设转换单元和第二预设转换单元；
将所述非谐振频率正弦信号分别输入所述第一预设转换单元和所述第二预设转换单元中；
通过所述第一预设转换单元将所述非谐振频率正弦信号转换为第一分量信号，具体包括：通过同相分量运算放大器调整所述非谐振频率正弦信号的幅度，得到同相分量信号，所述同相分量信号具有形式v1(t)＝A1sinωct；其中，所述v1(t)是同相分量信号，所述A1是同相分量信号的振幅，所述ωc是非谐振频率正弦信号的角速度；
通过所述第二预设转换单元将所述非谐振频率正弦信号转换为第二分量信号，具体包括：通过移相电路将所述非谐振频率正弦信号的相位改变预设角度；通过正交分量运算放大器调整改变相位后的非谐振频率正弦信号的幅度，得到正交分量信号，所述正交分量信号具有形式v2(t)＝A2cosωct；其中，所述v2(t)是正交分量信号，所述A2是正交分量信号的振幅，所述ωc是非谐振频率正弦信号的角速度；
根据所述第一分量信号、所述第二分量信号，得到修正输入信号，具体包括：将所述第一分量信号和所述第二分量信号进行相加合并，得到所述修正输入信号；
将所述修正输入信号输入第二系统中，并由所述第二系统处理后，得到与所述非谐振频率正弦信号具有相同数学形式的输出信号；其中，所述第一系统为所述第二系统的逆系统；
将所述第二系统的输出信号作为所述马达驱动信号。
2.根据权利要求1所述的马达驱动信号的生成方法，其特征在于，所述第一系统与所述第二系统的关系具体为：
Figure FDA0003260120800000011
其中，所述
Figure FDA0003260120800000012
为所述第一系统，所述H(s)为所述第二系统，所述K为常数比例因子。
3.根据权利要求2所述的马达驱动信号的生成方法，其特征在于，
所述常数比例因子K，通过以下公式计算得到：
Figure FDA0003260120800000013
其中，所述m是弹簧振子质量，所述B是磁感应强度，所述l是通电导线长度，所述Rθ是回路电阻，所述ωn是无阻尼自然频率。
4.一种马达驱动信号的生成方法，其特征在于，包括：
获取非谐振频率正弦信号，并将所述非谐振频率正弦信号输入第一系统中，所述第一系统包括第一预设转换单元和第二预设转换单元；
将所述非谐振频率正弦信号分别输入所述第一预设转换单元和所述第二预设转换单元中；
通过所述第一预设转换单元将所述非谐振频率正弦信号转换为第一分量信号，具体包括：通过同相分量运算放大器调整所述非谐振频率正弦信号的幅度，得到同相分量信号，所述同相分量信号具有形式v1(t)＝A1sinωct；其中，所述v1(t)是同相分量信号，所述A1是同相分量信号的振幅，所述ωc是非谐振频率正弦信号的角速度；
通过所述第二预设转换单元将所述非谐振频率正弦信号转换为第二分量信号，具体包括：通过移相电路将所述非谐振频率正弦信号的相位改变预设角度；通过正交分量运算放大器调整改变相位后的非谐振频率正弦信号的幅度，得到正交分量信号，所述正交分量信号具有形式v2(t)＝A2cosωct；其中，所述v2(t)是正交分量信号，所述A2是正交分量信号的振幅，所述ωc是非谐振频率正弦信号的角速度；
根据所述第一分量信号、所述第二分量信号，得到修正输入信号，具体包括：根据所述第一分量信号及所述第二分量信号设置修正脉冲信号；将所述第一分量信号、所述第二分量信号和所述修正脉冲信号进行相加合并，得到所述修正输入信号；
将所述修正输入信号输入第二系统中，并由所述第二系统处理后，得到与所述非谐振频率正弦信号具有相同数学形式的输出信号；其中，所述第一系统为所述第二系统的逆系统；
将所述第二系统的输出信号作为所述马达驱动信号。
5.根据权利要求4所述的马达驱动信号的生成方法，其特征在于，所述第一系统与所述第二系统的关系具体为：
Figure FDA0003260120800000021
其中，所述
Figure FDA0003260120800000022
为所述第一系统，所述H(s)为所述第二系统，所述K为常数比例因子。
6.根据权利要求5所述的马达驱动信号的生成方法，其特征在于，所述常数比例因子K，通过以下公式计算得到：
Figure FDA0003260120800000031
其中，所述m是弹簧振子质量，所述B是磁感应强度，所述l是通电导线长度，所述Rθ是回路电阻，所述ωn是无阻尼自然频率。
7.一种马达驱动信号的生成装置，其特征在于，包括：
至少一个处理器；以及，
与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行如权利要求1至6中任一所述的马达驱动信号的生成方法。
8.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至6中任一项所述的马达驱动信号的生成方法。
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