CN108347209B - 过冲响应消除系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种过冲响应消除系统，包括传感器、振动电机和工控机，所述传感器用于测量所述振动电机的阻尼系数和谐振频率；所述工控机包括低通滤波器，所述工控机接收所述阻尼系数和所述谐振频率，并结合设定的系统采样率、期望阻尼系数和期望截止频率构造均衡器，且所述工控机还接收外部正弦信号后产生与正弦信号长度相同的窗信号，并将所述窗信号经过所述低通滤波器处理之后对所述正弦信号进行加窗处理，生成激励信号输入至所述振动电机。本发明还提供了一种过冲响应消除方法。与相关技术相比，本发明过冲响应消除系统及方法可靠性好且消除过冲响应效果好。

Description

过冲响应消除系统及方法
技术领域
本发明涉及一种过冲响应消除系统及方法，尤其涉及一种运用在通讯电子产品领域的振动电机的过冲响应消除系统及方法。
背景技术
随着手机等智能终端行业的技术发展演进和用户专业水平的提高，触觉体验不再只是停留在铃声和消息提示音的附属振动。逐渐地，触觉体验开始与人机交互过程、应用中的视觉场景和音效深度融合，从另外一个维度诠释和开发智能手机的新功能。逼真传神的多元化触觉体验是高端智能终端不可或缺的重要品质。
控制振动电机在某个单一频率长时间稳定振动是触觉感受设计的技术基础。通常振动电机只有一个谐振频率，如果使用和这个谐振频率同频的正弦信号激励所述振动电机，振动电机响应的振动量会从零状态平滑地提升到最终的稳定状态。如果使用和谐振频率不同频的正弦信号激励振动电机，振动电机响应的振动量在从零状态转换到最终稳定状态期间会出现过冲响应。
然而，为了设计出丰富多样的触感效果，需要采用不同频率的多种正弦信号顺序组合。非谐振频率的正弦信号激励振动电机引起的这种过冲响应会产生触觉体验上的不和谐、突兀感受。此外，由于振动电机打壳保护机制，过冲响应而产生的振动量峰值限制了最终稳定状态的振动量水平提高。
因此，有必要提供一种新的过冲响应消除系统及方法解决上述问题。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种消除过冲响应简单且效果好的过冲响应消除系统及方法。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种过冲响应消除系统，包括传感器、振动电机和工控机，所述传感器用于测量所述振动电机的阻尼系数和谐振频率；所述工控机包括低通滤波器，所述工控机接收所述阻尼系数和所述谐振频率，并结合设定的系统采样率、期望阻尼系数和期望截止频率构造均衡器，且所述工控机还接收外部正弦信号后产生与正弦信号长度相同的窗信号，并将所述窗信号经过所述低通滤波器处理之后对所述正弦信号进行加窗处理，生成激励信号输入至所述振动电机。
优选的，所述传感器为加速度计；所述均衡器为二阶IIR数字滤波器。
优选的，所述传感器测量所述振动电机的阻尼系统和谐振频率的方法为振动量扫频法或阻抗曲线测量法。
优选的，所述工控机还包括连接于所述均衡器和所述振动电机之间的数据缓存单元。
本发明还提供一种过冲响应消除方法，该方法包括如下步骤：
提供工控机和振动电机，所述工控机包括低通滤波器；
利用所述工控机根据所述振动电机的实际工作参数构造均衡器；
提供非谐振频率的正弦信号并将所述正弦信号输入所述工控机，所述工控机产生与所述正弦信号长度相同的窗信号；
将所述窗信号经所述低通滤波器处理后对所述正弦信号作加窗处理得到加窗正弦信号；
设置所述均衡器的放大系数，将所述加窗正弦信号输入至所述均衡器处理，得到激励信号；
将所述激励信号输入所述振动电机并驱动其振动。
优选的，在利用所述工控机根据所述振动电机的实际工作参数构造均衡器的步骤中，具体包括：
提供传感器测量获取所述振动电机的实际工作参数，包括阻尼系数和谐振频率；
通过所述工控机设定系统采样率、期望阻尼系数和期望截止频率；
利用所述工控机根据所述实际工作参数、所述系统采样率、所述期望阻尼系数和所述期望截止频率构造所述均衡器。
优选的，所述均衡器为二阶IIR数字滤波器。
优选的，所述传感器为加速度计。
优选的，测量获取所述振动电机的实际工作参数的方法为振动量扫频法或阻抗曲线测量法。
优选的，所述窗信号至少包括矩形窗、三角窗、汉宁窗及海明窗中的任意一种。，
与相关技术相比，本发明的过冲响应消除系统及方法利用所述工控机根据所述振动电机的实际工作参数、所述系统采样率、所述期望阻尼系数和所述期望截止频率构造所述均衡器；并根据非谐振频率的正弦信号产生信号长度相同的窗信号，对所述正弦信号作加窗处理后生成激励信号驱动所述振动电机振动。该系统和方法结构简单，无需额外的特殊设备，可有效的消除振动电机的过冲响应，实现振动电机在不同信号频率条件下平滑稳定振动，进而使得振动电机振动体验效果优。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：
图1为本发明过冲响应消除系统的结构示意图；
图2为本发明过冲响应消除方法的流程框图；
图3为本发明过冲响应消除方法步骤S2的流程框架；
图4为本发明实施例中振动电机的原始正弦信号波形曲线图；
图5为本发明实施例中振动电机通过原始正弦信号驱动其振动时的振动量波形曲线图；
图6为通过本发明的过冲响应消除系统和/或方法处理后的正弦信号波形曲线图；
图7为通过本发明的过冲响应消除系统和/或方法处理后的振动电机的振动量波形图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请结合图1所示，为本发明过冲响应消除系统的结构示意图。本发明提供了一种过冲响应消除系统100，包括传感器1、振动电机2 和工控机3。
所述传感器1用于测量所述振动电机2的阻尼系数ζ和谐振频率ωn。本实施方式中，所述传感器1为加速度计，当然不限于此。
测量获取所述振动电机2的阻尼系数ζ和谐振频率ωn的方式可为振动量扫频法，也可以是阻抗曲线测量法，当然还可为其它方法。
所述工控机3包括低通滤波器31，所述工控机接收所述阻尼系数ζ和所述谐振频率ωn，并结合设定的系统采样率fs，期望阻尼系数ζd和期望截止频率ωd构造均衡器32。本实施方式中，所述均衡器32为二阶IIR数字滤波器，其传输函数H(z)的表达式为，
Figure BDA0001568429760000041
其中，
Figure BDA0001568429760000042
Figure BDA0001568429760000043
Figure BDA0001568429760000044
Figure BDA0001568429760000045
且所述工控机3还接收外部正弦信号后产生与正弦信号长度相同的窗信号，并将所述窗信号经过所述低通滤波器31处理之后对所述正弦信号进行加窗处理，生成激励信号输入至所述振动电机2。本实施方式中，所述窗信号可以为矩形窗、三角窗、汉宁窗及海明窗等。
更优的，所述工控机3还包括连接于所述均衡器32和所述振动电机2之间的数据缓存单元33，用于缓存所述均衡器32生成的激励信号。
经过本发明过冲响应消除系统100处理后的非谐振频率的正弦信号所生成的激励信号，可使所述振动电机2在不同信号频率条件下长时间地稳定振动，且无过冲响应现象产生，振动体验效果优。
请结合参阅图2，为本发明过冲响应消除方法的流程框图。本发明还提供一种过冲响应消除方法，以本发明的所述过冲响应消除系统 100为例进行说明，该方法包括如下步骤：
步骤S1、提供所述工控机3和所述振动电机2，所述工控机3 包括所述低通滤波器31。
步骤S2、利用所述工控机3根据所述振动电机2的实际工作参数构造所述均衡器32。
请结合参图3，为本发明过冲响应消除方法步骤S2的流程框架。本步骤中，所述实际工作参数至少包括所述振动电机2的阻尼系数l和谐振频率ωn。而构造所述均衡器32具体包括如下步骤：
步骤S21、提供所述传感器1测量获取所述振动电机2的实际工作参数，包括阻尼系数l和谐振频率ωn。
本步骤中，所述传感器1为加速度计，当然不限于此。测量获取所述振动电机2的阻尼系数l和谐振频率ωn的方式可为振动量扫频法，也可以是阻抗曲线测量法，实验验证该两种方法可准确的获得所述振动电机2的实际工作参数。当然还可为其它方法。
步骤S22、通过所述工控机3设定系统采样率fs，期望阻尼系数ld和期望截止频率ωd。
步骤S23、利用所述工控机3根据所述实际工作参数(所述阻尼系数ζ和所述谐振频率ωn)、所述系统采样率fs、所述期望阻尼系数ζd和所述期望截止频率ωd构造所述均衡器32。
本实施方式中，所述均衡器32为一个二阶IIR数字滤波器，其传输函数H(z)的表达式为，
Figure BDA0001568429760000061
其中，
Figure BDA0001568429760000062
Figure BDA0001568429760000063
Figure BDA0001568429760000064
Figure BDA0001568429760000065
步骤S3、提供非谐振频率的正弦信号并将所述正弦信号输入所述工控机3，所述工控机3产生与所述正弦信号长度相同的窗信号。
本实施方式中，所述窗信号至少包括矩形窗、三角窗、汉宁窗及海明窗中的任意一种。
步骤S4、将所述窗信号经所述低通滤波器31处理后对所述正弦信号作加窗处理得到加窗正弦信号。
步骤S5、设置所述均衡器32的放大系数，将所述加窗正弦信号输入至所述均衡器处理，得到激励信号。
更优的，本步骤中可将激励信号缓存于连接于所述均衡器32和所述振动电机2之间的数据缓存单元33。
步骤S6、将所述激励信号输入所述振动电机2并驱动其振动。
请一并参阅图4-7，其中，图4为本发明实施例中振动电机的原始正弦信号波形曲线图；图5为本发明实施例中振动电机通过原始正弦信号驱动其振动时的振动量波形曲线图；图6为通过本发明的过冲响应消除系统和/或方法处理后的正弦信号波形曲线图；图7为通过本发明的过冲响应消除系统和/或方法处理后的振动电机的振动量波形图。
以图4所示的原始正弦信号为例，所述振动电机2的谐振频率是 132Hz，选图4所示的150Hz的原始正弦信号为作所述振动电机2的控制信号，则所述振动电机2的输出振动量波形图如图5所示，从图 5可明显看到存在振动电机2过冲响应。
将图4所示的原始正弦波信号经本发明的上述系统和/或方法处理后得到的激励信号(正弦信号)的波形图如图6所示，将其输入给所述振动电机2作为控制信号后，所述振动电机2的输出振动量波形图如图7所示，由图7可知，在图5中的过冲响应现象被消除。
与相关技术相比，本发明的过冲响应消除系统及方法利用所述工控机根据所述振动电机的实际工作参数、所述系统采样率、所述期望阻尼系数和所述期望截止频率构造所述均衡器；并根据非谐振频率的正弦信号产生信号长度相同的窗信号，对所述正弦信号作加窗处理后生成激励信号驱动所述振动电机振动。该系统和方法结构简单，无需额外的特殊设备，可有效的消除振动电机的过冲响应，实现振动电机在不同信号频率条件下平滑稳定振动，进而使得振动电机振动体验效果优。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种过冲响应消除系统，其特征在于，包括传感器、振动电机和工控机，所述传感器用于测量所述振动电机的阻尼系数和谐振频率；所述工控机包括低通滤波器，所述工控机接收所述阻尼系数和所述谐振频率，并结合设定的系统采样率、期望阻尼系数和期望截止频率构造均衡器，且所述工控机还接收外部正弦信号后产生与正弦信号长度相同的窗信号，并将所述窗信号经过所述低通滤波器处理之后对所述正弦信号进行加窗处理得到加窗正弦信号，再将所述加窗正弦信号经过均衡器处理得到激励信号，再将所述激励信号输入至所述振动电机。
2.根据权利要求1所述的过冲响应消除系统，其特征在于，所述传感器为加速度计；所述均衡器为二阶IIR数字滤波器。
3.根据权利要求1所述的过冲响应消除系统，其特征在于，所述传感器测量所述振动电机的阻尼系统和谐振频率的方法为振动量扫频法或阻抗曲线测量法。
4.根据权利要求1所述的过冲响应消除系统，其特征在于，所述工控机还包括连接于所述均衡器和所述振动电机之间的数据缓存单元。
5.一种过冲响应消除方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
提供工控机和振动电机，所述工控机包括低通滤波器；
利用所述工控机根据所述振动电机的阻尼系数、谐振频率、系统采样率、期望阻尼系数以及期望截止频率构造均衡器；
提供非谐振频率的正弦信号并将所述正弦信号输入所述工控机，所述工控机产生与所述正弦信号长度相同的窗信号；
将所述窗信号经所述低通滤波器处理后对所述正弦信号作加窗处理得到加窗正弦信号；
设置所述均衡器的放大系数，将所述加窗正弦信号输入至所述均衡器处理，得到激励信号；
将所述激励信号输入所述振动电机并驱动其振动。
6.根据权利要求5所述的过冲响应消除方法，其特征在于，在利用所述工控机根据所述振动电机的实际工作参数构造均衡器的步骤中，具体包括：
提供传感器测量获取所述振动电机的实际工作参数，包括阻尼系数和谐振频率；
通过所述工控机设定系统采样率、期望阻尼系数和期望截止频率；
利用所述工控机根据所述实际工作参数、所述系统采样率、所述期望阻尼系数和所述期望截止频率构造所述均衡器。
7.根据权利要求6所述的过冲响应消除方法，其特征在于，所述均衡器为二阶IIR数字滤波器。
8.根据权利要求6所述的过冲响应消除方法，其特征在于，所述传感器为加速度计。
9.根据权利要求6所述的过冲响应消除方法，其特征在于，测量获取所述振动电机的实际工作参数的方法为振动量扫频法或阻抗曲线测量法。
10.根据权利要求5所述的过冲响应消除方法，其特征在于，所述窗信号至少包括矩形窗、三角窗、汉宁窗及海明窗中的任意一种。
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