CN108429405A - 线性电机共振频率的检测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例涉及电机控制领域，公开了一种线性电机共振频率的检测方法及装置。所述线性电机共振频率的检测方法包括：S10.控制电机在不同频率的驱动信号下振动，并检测所述电机在各频率的驱动信号下振动的特征物理量；S20.将检测到的达到峰值的所述特征物理量，所对应的驱动信号的频率作为所述电机的共振频率。本发明所提供的线性电机共振频率的检测方法及装置可实现驱动时间的充分利用，提高电机的使用效率。

Description

线性电机共振频率的检测方法及装置

技术领域

本发明实施例涉及电机控制领域，特别涉及一种线性电机共振频率的检测方法及装置。

背景技术

电机是移动设备中提供振动反馈的基本原件，通常包括旋转电机、压电电机以及线性电机等。其中线性电机以其体积小，寿命长、功耗低和响应时间快等优点，在提供与应用程序及场景相关的触觉反馈功能方面有着绝对的有优势。线性电机的基本工作原理是利用通电线圈在磁场中受到的安培力来驱动振动块进行振动。线性电机中振动块的共振频率等于固有频率，即：当驱动信号的频率等于电机的固有频率时，电机产生的振感大，振动达到最佳的效果；而当驱动信号的频率和电机的固有频率不相等时，振感会减弱很多。因此，需要保证驱动信号的频率和线性电机的固有频率相同。在实际使用时，随着使用时间加长或使用环境的改变，线性电机的共振频率也会改变。

现有技术中通常利用电机系统内部的振子运动所产生的反向电动势(Back-EMF)来检测系统的共振频率。通过电机的起振和停止，检测到BEMF的变化规律，得到过零点的信息，从而确定电机的固有频率。

发明人发现现有技术中至少存在如下问题：现有技术需要通过电机的起振和停止时，检测到的信息来确定电机的共振频率，导致驱动信号有停顿，电机不能充分利用驱动时间，使用效率低。

发明内容

本发明实施方式的目的在于提供一种线性电机共振频率的检测方法及装置，可实现驱动时间的充分利用，提高电机的使用效率。

为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种线性电机共振频率的检测方法，包括以下步骤：S10.控制电机在不同频率的驱动信号下振动，并检测所述电机在各频率的驱动信号下振动的特征物理量；S20.将检测到的达到峰值的所述特征物理量，所对应的驱动信号的频率作为所述电机的共振频率。

本发明的实施方式还提供了一种线性电机共振频率的检测装置，包括：控制模块，检测模块，处理模块；所述控制模块用于控制电机在不同频率的驱动信号下振动；所述检测模块用于检测所述电机在各频率的驱动信号下振动的特征物理量；所述处理模块用于将检测到的达到峰值的所述特征物理量，所对应的驱动信号的频率作为所述电机的共振频率。

本发明实施方式相对于现有技术而言，利用驱动信号频率不同时，电机振动的特征物理量也不同的原理，不需要电机反复起振和停止，而是通过改变电机驱动信号的频率，检测不同频率的驱动信号下电机振动时的特征物理量来确定共振频率，只有当驱动信号的频率等于电机的共振频率时，所述特征物理量才能达到极值，所以检测到的所述特征物理量达到峰值时所对应的驱动信号的频率即为所述电机的共振频率，电机振动时驱动信号无停顿，充分利用了驱动时间，使用效率高。

另外，所述特征物理量包括以下之一或任意组合：阻抗幅值、加速度幅值、位移幅值、速度幅值。

另外，在所述步骤S10中，所述不同频率的驱动信号满足以下条件：任意相邻的两个频率的差值小于预设门限，如此设置可保证驱动信号的频率间隔在一定范围内，使用户对电机振感的主观感受差别较小。

另外，所述步骤S10，具体包括：S101.设置N个频率；其中，所述N为大于2的正整数；S102.控制所述电机在所述N个频率的驱动信号下扫频振动，并检测所述电机在所述N个频率的驱动信号下振动时，每个频率对应的特征物理量；S103.判断所述N个频率对应的特征物理量是否随所述N个频率的增加而单调递增或递减；若否，则将所述N个频率对应的特征物理量中的最大值作为达到峰值的特征物理量，进入所述步骤S20；若是，执行步骤S104；S104.根据所述N个频率对应的特征物理量的递增方向，整体移动所述N个频率，返回所述步骤S102。判断所述N个频率对应的特征物理量是否随所述N个频率的增加而单调递增或递减时，一次性对比N个频率对应的特征物理量，找到特征物理量的峰值所需的对比次数少，循环次数降低，检测到共振频率更快。

另外，所述步骤S104，具体包括：如果所述N个频率对应的特征物理量随所述N个频率的增加而单调递增，则将所述N个频率各自增加预设步长；如果所述N个频率对应的特征物理量随所述N个频率的增加而单调递减，则将所述N个频率各自减小预设步长；返回所述步骤S104。如此整体移动所述N个频率过程简单易操作，且通过根据用户的需要提前调整所述预设步长，可以改变检测的精确程度。

另外，所述步骤S101，具体包括：S1011.控制所述电机在三个预设频率的驱动信号下扫频振动，并检测所述电机在所述三个预设频率的驱动信号下振动时，每个预设频率对应的特征物理量；S1012.判断所述三个预设频率对应的特征物理量是否随所述三个频率的增加而单调递增或递减；若否，则以检测到的最大的所述特征物理量，所对应的预设频率为中心，设置N个频率；若是，执行步骤S1013；S1013.根据所述三个预设频率及每个频率对应的特征物理量建立所述特征物理量关于所述预设频率的二元函数，计算所述二元函数的峰值频率，以所述峰值频率为中心设置N个频率。在设置N个频率之前，找出一个参考频率作为中心设置N个频率，所述参考频率接近电机的共振频率，可以避免在距离所述电机的共振频率较远的频率带，做不必要的检测操作，节省后续检测时间，提高检测效率。

另外，所述步骤S10，具体包括：S1001.设置第一频率和第二频率；其中，所述第一频率小于所述第二频率；S1002.控制电机在所述第一频率和所述第二频率的驱动信号下扫频振动，并检测所述电机在所述第一频率和所述第二频率的驱动信号下振动时，每个频率对应的特征物理量；S1003.比较所述第一频率对应的特征物理量和所述第二频率对应的特征物理量的大小；若所述第一频率对应的特征物理量小于所述第二频率对应的特征物理量，则将所述第一频率和所述第二频率各自增加预设步长；若所述第一频率对应的特征物理量大于所述第二频率对应的特征物理量，则将所述第一频率和所述第二频率各自减小预设步长；重复所述步骤S1002至S1003，直到随着所述第一频率及所述第二频率中任一频率的增加或减小，检测到的所述特征物理量开始递减，则将所述第一频率对应的特征物理量和所述第二频率对应的特征物理量中，最大的特征物理量作为达到峰值的特征物理量。每次只对比两个特征物理量，检测工作量更小，对比效率高。

另外，所述线性电机共振频率的检测方法还包括：在所述步骤S20后，返回所述步骤S10，保证随着电机振动时间的增加，导致电机的共振频率变化时，也能实时追踪所述共振频率。

附图说明

图1是根据本发明第一实施方式的线性电机共振频率的检测方法的流程图；

图2是根据本发明第二实施方式的线性电机共振频率的检测方法的流程图；

图3是根据本发明第三实施方式的线性电机共振频率的检测方法的流程图；

图4是根据本发明第四实施方式的线性电机共振频率的检测装置的结构示意图。

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线性电机共振频率的检测方法。本实施方式的核心在于，控制电机在不同频率的驱动信号下振动，并检测所述电机在各频率的驱动信号下振动的特征物理量；将检测到的达到峰值的所述特征物理量，所对应的驱动信号的频率作为所述电机的共振频率。检测所述共振频率时不需要电机起振和停止，电机振动时驱动信号无停顿，充分利用了驱动时间，使用效率高。

下面对本实施方式的线性电机共振频率的检测方法的实现细节进行具体的说明，以下内容仅为方便理解提供的实现细节，并非实施本方案的必须。

本实施方式的线性电机共振频率的检测方法如图1所示，具体包括：

步骤101：设置N个频率；其中，所述N为大于2的正整数；

步骤102：控制电机在所述N个频率的驱动信号下扫频振动，并检测电机在所述N个频率的驱动信号下振动时，每个频率对应的特征物理量。

具体的，所述特征物理量包括以下之一或任意组合：阻抗幅值、加速度幅值、位移幅值、速度幅值；当电机的驱动信号频率等于电机的共振频率时，所述特征物理量均达到峰值。值得一提的是，所述不同频率的驱动信号满足以下条件：任意相邻的两个频率的差值小于预设门限，通过控制驱动信号的频率间隔在一定范围内，保证用户对电机振感的主观感受差别较小。

步骤103：判断所述N个频率对应的特征物理量是否随所述N个频率的增加而单调递增或递减；若否，则将所述N个频率对应的特征物理量中的最大值作为达到峰值的特征物理量，执行步骤105；若是，执行步骤104。

可以理解的是，将所述N个频率按由小到大的顺序排列，每个所述特征物理量的顺序与对应频率一一排列，可以看出所述特征物理量随所述N个频率的增加的变化情况；若排列后所述N个频率对应的特征物理量单调递增或递减，说明第2至第N-1个频率对应的特征物理量中未出现峰值，也无法判断第1个频率或第N个频率所对应的特征物理量是否达到峰值，即第2至第N-1个频率中没有出现所述电机的共振频率，也无从得知第1个频率或第N个频率是否为所述共振频率；而若排列后所述N个频率对应的特征物理量没有呈单调递增或递减，则说明随着所述N个频率的增加，所述N个频率对应的特征物理量的变化趋势是发生改变的，则所述N个频率对应的特征物理量中的最大值为达到峰值的特征物理量，对应的频率为所述电机的共振频率。此过程一次性对比N个频率对应的特征物理量的大小，容易判断出所述N个频率对应的特征物理量是否达到峰值，经过若干次对比即可检测到所述电机的共振频率，需要进行的对比次数少，可以降低循环次数，从而使减少检测共振频率时扫频振动的次数，检测效率高。

步骤104：根据所述N个频率对应的特征物理量的递增方向，整体移动所述N个频率，返回所述步骤102。

具体的，所述根据所述N个频率对应的特征物理量的递增方向整体移动N个频率的方法可以是：如果所述N个频率对应的特征物理量随所述N个频率的增加而单调递增，则将所述N个频率各自增加预设步长；如果所述N个频率对应的特征物理量随所述N个频率的增加而单调递减，则将所述N个频率各自减小预设步长。这种整体移动所述N个频率的过程简单易操作，且通过根据用户的需要提前调整所述预设步长，可以改变检测的精确程度。可以理解的是，整体移动所述N个频率也可以采用其他方法，比如将所述N个频率按照从小到大的顺序排列，将第1个频率的数值更新为第N个频率的频率值之后，将第2个频率的数值更新为更新后的第1个频率增加预设步长，将第3个频率的数值更新为更新后的第2个频率增加预设步长，以此类推，将第N个频率的数值更新为更新后的第N-1个频率增加预设步长。

步骤105：将检测到的达到峰值的所述特征物理量，所对应的驱动信号的频率作为所述电机的共振频率。

由于驱动信号的频率等于电机的共振频率时，电机的特征物理量才会达到极致，因此检测到的达到峰值的特征物理量所对应的频率即为电机的共振频率。值得一提的是，实际情况中，由于使用环境的改变或使用时间的加长，线性电机的共振频率也会改变，因此，在所述步骤105完成后，返回步骤101，可实时追踪电机的共振频率。

与现有技术相比，本发明实施方式控制电机在N个频率下扫频振动，若所述N个频率中不包括电机的共振频率，即检测到的特征物理量未达到极值，所述N个频率对应的特征物理量随所述N个频率的增加而单调递增或递减，则整体移动所述N个频率，此时的N个频率更新为移动后的N个频率，重复上述步骤，直到所述N个频率对应的特征物理量不随所述N个频率的增加而单调递增或递减，此时所述N个频率对应的特征物理量中的最大值作为达到峰值的特征物理量。由于驱动信号的频率等于电机的共振频率时，电机的特征物理量才会达到极致，因此检测到的达到峰值的特征物理量所对应的频率即为电机的共振频率。检测过程中控制驱动信号的频率间隔在一定范围内，用户对电机振感的主观感受差别较小，且电机不需要不断起振和停止，电机振动时驱动信号无停顿，充分利用了驱动时间，使用效率高。

本发明的第二实施方式涉及一种线性电机共振频率的检测方法。第二实施方式是第一实施方式的进一步改进，主要改进之处在于：在本发明第二实施方式中，所述N个频率是以一个参考频率为中心设置的。此外，本领域技术人员可以理解，在本实施方式中，以N＝3的情况为例具体说明，所述特征物理量以阻抗幅值为例，仅为方便理解提供的实现细节，并非实施本方案的必须。本实施方式中的线性电机共振频率的检测方法如图2所示，具体包括：

步骤201：求参考频率f，并以参考频率f为中心，设置三个频率f1、f2、f3；其中，f1<f2<f3；

可以理解的是，预先求出参考频率f，并以此为中心设置驱动信号的频率可以避免检测装置在距离电机的共振频率较远的频率带做不必要的检测操作，节省后续检测时间，提高检测效率。令f1<f2<f3仅为方便后续检测过程的比较，无具体要求。具体的，所述求参考频率f的步骤可以包括以下过程：设置三个预设频率f10、f20、f30；控制电机在频率f10、f20、f30的驱动信号下扫频振动，并检测每个预设频率对应的阻抗幅值Z10、Z20、Z30；判断所述阻抗幅值Z10、Z20、Z30是否随所述频率f10、f20、f30的增加而单调递增或递减；若否，则将阻抗幅值Z10、Z20、Z30中的最大值，所对应的频率作为参考频率f；若是，则根据点(f10，Z10)、(f20，Z20)、(f30，Z30)建立阻抗幅值关于驱动信号频率的二元函数，计算所述二元函数的峰值频率，并将所述峰值频率作为参考频率f。

步骤202：控制电机在频率f1、f2、f3的驱动信号下扫频振动，并检测电机在频率f1、f2、f3的驱动信号下振动时，每个频率对应的阻抗幅值Z1、Z2、Z3。

步骤203：判断所述Z2是否为阻抗幅值Z1、Z2、Z3中的最大值；若是，则将所述Z2作为达到峰值的阻抗幅值，执行步骤205；若否，执行步骤204。

可以理解的是，若所述Z2是所述阻抗幅值Z1、Z2、Z3中的最大值，则在f1<f2<f3的前提下，可知所述阻抗幅值Z1、Z2、Z3随所述三个频率f1、f2、f3的增加，变化趋势是发生改变的，则所述Z2为达到峰值的特征物理量。

步骤204：根据所述阻抗幅值Z1、Z2、Z3的递增方向，整体移动所述三个频率f1、f2、f3，返回所述步骤202。

若所述Z2不是所述阻抗幅值Z1、Z2、Z3中的最大值，则在f1<f2<f3的前提下，可知所述阻抗幅值Z1、Z2、Z3随所述三个频率f1、f2、f3的增加递增或递减，无法以此判断所述阻抗幅值的峰值。具体的，所述整体移动所述三个频率f1、f2、f3，可将所述三个频率f1、f2、f3整体向阻抗幅值最大的方向移动一个预设步长a，例如，若Z1<Z2<Z3，则令f1＝f1+a，f2＝f2+a，f3＝f3+a；反之亦然。

步骤205：将检测到的达到峰值的所述阻抗幅值Z2，所对应的驱动信号的频率f2作为电机的共振频率。

步骤206：以电机的共振频率为中心设置三个频率f1、f2、f3；其中，f1<f2<f3；返回步骤202。可实时追踪所述电机的共振频率。

本发明第二实施方式中步骤202至步骤205，分别与第一实施方式中步骤102至105大致相同，为避免重复在此不再赘述。

与现有技术相比，本发明实施方式在设置电机的驱动信号频率f1、f2、f3之前，找出一个参考频率，以此作为中心设置三个频率f1、f2、f3，并检测所述电机在所述三个频率f1、f2、f3的驱动信号下振动时，每个频率对应的阻抗幅值Z1、Z2、Z3。所述参考频率通过检测或建立函数模型得到，接近电机的共振频率，可以避免在距离电机的共振频率较远的频率带，做不必要的检测操作，节省后续检测时间，提高检测效率。

本发明第三实施方式涉及一种线性电机共振频率的检测方法。第三实施方式与第一实施方式大致相同，主要区别之处在于：在本发明第一实施方式中，电机以至少三个频率来回扫频振动；而在本发明第三实施方式中，电机以两个频率扫频振动。此外，本领域技术人员可以理解，在本实施方式中，所述特征物理量以位移幅值为例进行具体说明，仅为方便理解提供的实现细节，并非实施本方案的必须。本实施方式中线性电机共振频率的检测方法如图3所示，具体包括：

步骤301：设置第一频率f1和第二频率f2；其中，f1<f2。

步骤302.控制电机在所述f1和所述f2的驱动信号下扫频振动，并检测电机在所述f1的驱动信号下振动时对应的位移幅值D1，以及电机在所述f2的驱动信号下振动时对应的位移幅值D2。

步骤303.比较所述D1和所述D2的大小；若所D1<D2，则f1＝f1+a，f2＝f2+a；若所D1>D2，则f1＝f1-a，f2＝f2-a；其中，a为预设步长。

步骤304.重复所述步骤302至步骤303，直到随着所述f1的变化，检测到的所述D1开始递减，或者随着所述f2的变化，检测到的所述D2开始递减，则将所述D1和所述D2中，较大的一者作为达到峰值的位移幅值。

步骤305.将检测到的达到峰值的位移幅值，所对应的驱动信号的频率作为电机的共振频率。

另外，在所述步骤305完成后，返回步骤301，可实时追踪电机的共振频率。

本发明第二实施方式中步骤301至步骤305，分别与第一实施方式中步骤101至105大致相同，为避免重复在此不再赘述。

与现有技术相比，本实施方式检测电机的共振信号时电机不需要不断起振和停止，电机振动时驱动信号无停顿，充分利用了驱动时间，且每次只检测并比较两个频率所对应的位移幅值的大小，检测与对比的工作量小，工作速度快。

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，都在本专利的保护范围内；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专利的保护范围内。

本发明第四实施方式涉及一种线性电机共振频率的检测装置400，如图4所示，包括：控制模块401，检测模块402，处理模块403；

所述控制模块401用于控制电机在不同频率的驱动信号下振动；

所述检测模块402用于检测电机在各频率的驱动信号下振动的特征物理量；

所述处理模块403用于将检测到的达到峰值的特征物理量，所对应的驱动信号的频率作为所述电机的共振频率。

不难发现，本实施方式为与第一实施方式相对应的系统实施例，本实施方式可与第一实施方式互相配合实施。第一实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第一实施方式中。

值得一提的是，本实施方式中所涉及到的各模块均为逻辑模块，在实际应用中，一个逻辑单元可以是一个物理单元，也可以是一个物理单元的一部分，还可以以多个物理单元的组合实现。此外，为了突出本发明的创新部分，本实施方式中并没有将与解决本发明所提出的技术问题关系不太密切的单元引入，但这并不表明本实施方式中不存在其它的单元。

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 (9)

1.一种线性电机共振频率的检测方法，其特征在于，包括：

S10.控制电机在不同频率的驱动信号下振动，并检测所述电机在各频率的驱动信号下振动的特征物理量；

S20.将检测到的达到峰值的所述特征物理量，所对应的驱动信号的频率作为所述电机的共振频率。

2.根据权利要求1所述的线性电机共振频率的检测方法，其特征在于，所述特征物理量包括以下之一或任意组合：阻抗幅值、加速度幅值、位移幅值、速度幅值。

3.根据权利要求1所述的线性电机共振频率的检测方法，其特征在于，在所述步骤S10中，所述不同频率的驱动信号满足以下条件：

任意相邻的两个频率的差值小于预设门限。

4.根据权利要求1所述的线性电机共振频率的检测方法，其特征在于，所述步骤S10，具体包括：

S101.设置N个频率；其中，所述N为大于2的正整数；

S102.控制所述电机在所述N个频率的驱动信号下扫频振动，并检测所述电机在所述N个频率的驱动信号下振动时，每个频率对应的特征物理量；

S103.判断所述N个频率对应的特征物理量是否随所述N个频率的增加而单调递增或递减；若否，则将所述N个频率对应的特征物理量中的最大值作为达到峰值的特征物理量，进入所述步骤S20；若是，执行步骤S104；

S104.根据所述N个频率对应的特征物理量的递增方向，整体移动所述N个频率，返回所述步骤S102。

5.根据权利要求4所述的线性电机共振频率的检测方法，其特征在于，所述步骤S104，具体包括：

如果所述N个频率对应的特征物理量随所述N个频率的增加而单调递增，则将所述N个频率各自增加预设步长；

如果所述N个频率对应的特征物理量随所述N个频率的增加而单调递减，则将所述N个频率各自减小预设步长；

返回所述步骤S104。

6.根据权利要求4所述的线性电机共振频率的检测方法，其特征在于，所述步骤S101，具体包括：

S1011.控制所述电机在三个预设频率的驱动信号下扫频振动，并检测所述电机在所述三个预设频率的驱动信号下振动时，每个预设频率对应的特征物理量；

S1012.判断所述三个预设频率对应的特征物理量是否随所述三个频率的增加而单调递增或递减；若否，则以检测到的最大的所述特征物理量，所对应的预设频率为中心，设置N个频率；若是，执行步骤S1013；

S1013.根据所述三个预设频率及每个频率对应的特征物理量建立所述特征物理量关于所述预设频率的二元函数，计算所述二元函数的峰值频率，以所述峰值频率为中心设置N个频率。

7.根据权利要求1所述的线性电机共振频率的检测方法，其特征在于，所述步骤S10，具体包括：

S1001.设置第一频率和第二频率；其中，所述第一频率小于所述第二频率；

S1002.控制电机在所述第一频率和所述第二频率的驱动信号下扫频振动，并检测所述电机在所述第一频率和所述第二频率的驱动信号下振动时，每个频率对应的特征物理量；

S1003.比较所述第一频率对应的特征物理量和所述第二频率对应的特征物理量的大小；

若所述第一频率对应的特征物理量小于所述第二频率对应的特征物理量，则将所述第一频率和所述第二频率各自增加预设步长；

若所述第一频率对应的特征物理量大于所述第二频率对应的特征物理量，则将所述第一频率和所述第二频率各自减小预设步长；

重复所述步骤S1002至S1003，直到随着所述第一频率及所述第二频率中任一频率的增加或减小，检测到的所述特征物理量开始递减，则将所述第一频率对应的特征物理量和所述第二频率对应的特征物理量中，最大的特征物理量作为达到峰值的特征物理量。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的线性电机共振频率的检测方法，其特征在于，还包括：

在所述步骤S20后，返回所述步骤S10。

9.一种线性电机共振频率的检测装置，其特征在于，包括：控制模块，检测模块，处理模块；

所述控制模块用于控制电机在不同频率的驱动信号下振动；

所述检测模块用于检测所述电机在各频率的驱动信号下振动的特征物理量；

所述处理模块用于将检测到的达到峰值的所述特征物理量，所对应的驱动信号的频率作为所述电机的共振频率。