CN109696630B - 一种音圈马达参数自检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种音圈马达参数自检测方法，该方法包含：控制芯片通过控制接口与音圈马达连接，控制芯片通过控制音圈马达内部的电流，推动马达到不同的位置；音圈马达中的线圈会对音圈马达内部的磁场做切割磁感线运动，该线圈两端产生感应电动势，得到感应电压；控制芯片自动检测感应电动势；控制芯片根据检测的感应电动势测量计算音圈马达的参数。本发明的芯片检测马达参数，不需客户测试马达参数，每颗芯片对应一个马达，保证每颗马达都具有其最优的控制参数；芯片可实时检测马达参数，避免马达使用时随时间推移引起参数变化而导致稳定效果减弱。

Description

一种音圈马达参数自检测方法
技术领域
本发明涉及音圈马达控制和集成电路设计领域，特别涉及一种音圈马达参数自检测方法。
背景技术
音圈马达移动的位置与通过其内部线圈的电流成正比，即电流决定马达位置。但是由于音圈马达结构特性，当音圈马达内线圈输入一个电流时，马达的位置会发生震荡，直到很长一段时间后该震荡才会衰减至稳定位置。音圈马达的稳定算法可以有效减小马达的震荡，使其快速稳定。
音圈马达快速稳定算法工作时，需要知道马达的参数，目前客户使用时都是通过其他测量工具，例如激光测距仪，测量马达参数，再将参数输入给马达控制芯片。由于批量生产时，不可能对每颗马达都测量参数，因此只能通过抽样测量，得到马达参数的统计值，再将统计结果作为该批马达的参数指标输入给控制芯片。由于马达生产存在一致性问题，即每颗马达的参数会存在差异，利用统计结果作为该批马达的参数，会使得芯片的控制算法在不同马达上稳定效果有差异，马达参数偏离统计参数越远，稳定效果越差。
另外，随着马达使用时间的推移，马达的参数会发生一定的变化，该变化同样会影响控制算法的稳定效果。
高阶控制算法对马达的参数变化具有较大的容忍度，但是其控制马达的稳定时间会相对较长；低阶控制算法稳定时间相对较短，但是对马达参数的变化容忍度较低，两者各有利弊。
基于上述原因，研发一种利用芯片实现每颗马达进行实时监测的检测马达参数的方法实为必要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种音圈马达参数自检测方法，用于芯片检测音圈马达参数，该方法采用芯片自动检测马达参数，得到的参数用于马达控制算法中，避免在使用时对每个芯片输入马达参数，且可避免马达批量生产时由于一致性问题引起的马达参数不一致从而导致稳定算法效果减弱的问题。
为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：
一种音圈马达参数自检测方法，其特征在于，该方法包含以下过程：
控制芯片通过控制接口与音圈马达连接，所述控制芯片通过控制所述音圈马达内部的电流，推动音圈马达到不同的位置；
所述音圈马达中的线圈会对所述音圈马达内部的磁场做切割磁感线运动，该线圈两端产生感应电动势，得到感应电压；
所述控制芯片自动检测所述感应电压；
控制芯片根据检测的感应电压测量计算音圈马达的参数。
优选地，所述感应电压叠加在所述音圈马达和所述控制芯片之间的所述控制接口处，使得所述控制接口处的感应电压震动形式与所述音圈马达运动形式相同。
优选地，所述音圈马达的参数包含音圈马达的振荡周期和阻尼系数。
优选地，所述音圈马达的振荡周期计算方法中包含以下过程：
所述控制接口与比较器的正输入端连接，所述比较器的负输入端接一个参考电压；
当所述控制接口处的感应电压大于所述参考电压时，所述比较器输出为正，当所述控制接口处的感应电压小于所述参考电压时，所述比较器输出为负。
优选地，当所述音圈马达振荡时，所述比较器的输出为一个周期性方波。
优选地，所述比较器的周期性方波的周期等于所述音圈马达的振荡周期。
优选地，所述比较器的周期性方波的周期计算方法包含以下过程：
根据比较器的周期性方波中的部分方波，利用高频时钟对该部分方波进行计数，得到一个感应电压振荡周期内高频时钟计数的次数，再乘以高频时钟的周期，得到所述比较器的周期性方波的周期。
优选地，所述音圈马达的阻尼系数计算方法包含以下过程：
根据所述控制芯片自动检测到的感应电压，通过模数转换器将感应电压的电压信号转换成数字信号，且利用数字电路计算得到相邻波峰处感应电压的大小，进一步得到两个相邻波峰之间的衰减值，从而得到音圈马达的阻尼系数。
优选地，所述音圈马达的阻尼系数计算方法包含以下过程：
通过在所述控制芯片内部存储设定范围的阻尼系数，利用低阶控制算法，从小到大配置低阶控制算法中的阻尼系数，再利用低阶控制算法控制音圈马达，通过采样每次振荡的感应电压最大值，并比较每次振荡的感应电压最大值，选取所有感应电压最大值中最小的一个振荡，该最小的一个振荡对应的低阶控制算法使用的阻尼系数作为音圈马达的阻尼系数。
优选地，所述控制芯片内存储的所述阻尼系数的范围为0到0.49。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：(1)本发明可以使芯片自己检测马达参数，即不需要客户测试马达参数，然后再输入给芯片；(2)本发明的每颗芯片对应一个马达，因此可以实现每颗马达都检测，保证每颗马达都具有其最优的控制参数，而不是统计结果；(3)本发明的芯片可以实时检测马达参数，当马达参数随着使用时间而发生变化时，芯片可以检测到新的参数，然后利用新的参数控制马达稳定，避免了马达使用时随着时间推移引起参数变化从而导致稳定效果减弱的现象。
附图说明
图1本发明的芯片控制音圈马达结构示意图；
图2本发明的音圈马达参数自检测方法流程示意图；
图3本发明的马达输入电流为阶跃信号时马达振荡曲线图；
图4本发明的马达振荡时控制接口处感应的电动势示意图；
图5本发明的利用比较器对控制接口处的电动势进行处理的示意图；
图6本发明的利用比较器得到感应电动势振荡的周期方波示意图；
图7本发明的感应电动势振荡的周期方波局部放大示意图；
图8本发明的感应电动势随时间衰减情况示意图；
图9本发明的阻尼系数存储表格。
具体实施方式
为了使本发明更加明显易懂，以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
如图1所示，本发明中，控制芯片通过控制接口与音圈马达连接，该控制芯片通过控制音圈马达内部的电流，推动马达到不同的位置。通过控制芯片给马达输入一个阶跃变化的电流，可以得到马达位移变化，如图3所示。其中，图3中的上图为电流随时间变化曲线(横坐标为时间，纵坐标为电流)，下图为马达位移随时间变化曲线(横坐标为时间，纵坐标为马达位移)。由图3可知，马达位移的变化是一个周期性的衰减振荡。
若为了得到图3中的曲线，需要利用激光测距仪器进行测试。这个方法占用测试时间较大，不可能每颗马达都进行测试，而且当马达出厂后，马达厂商则不能再对马达进行测试，这样马达在使用的过程中的参数变化则不能更新到算法中，影响算法的稳定效果。
如图2所示，本发明的音圈马达参数自检测方法包含以下步骤：
S1、通过控制芯片驱动音圈马达移动；
S2、音圈马达运动时切割磁感线，产生感应电动势；
S3、控制芯片自动检测感应电动势；
S4、控制芯片根据测得的感应电动势并通过相应处理得到马达的相关参数；最后将计算到的马达参数配置到控制算法中。
所述步骤S1中，本发明利用控制芯片检测马达参数的方法，使得每颗马达都可进行检测，且可以在使用的过程中进行实时检测。控制芯片通过控制接口与音圈马达连接，该控制芯片通过控制音圈马达内部的电流，推动马达到不同的位置。通过控制芯片给马达输入一个阶跃变化的电流，可以得到马达位移变化。
所述步骤S2中，在马达运动过程中，马达中的线圈会对马达内部的磁场做切割磁感线运动，从而在线圈两端产生感应电动势，即感应电压；该感应电压会叠加在音圈马达和控制芯片之间的控制接口处，使得该处的电压震动形式与运动形式相同，如图4所示。图4中横坐标表示时间，纵坐标表示控制接口处感应的电压。
所述步骤S3中，控制芯片在内部检测控制接口处的电压，即控制芯片可自动检测感应电动势。
所述步骤S4中，控制芯片通过比较器、ADC(模数转换器)等模块测量计算感应电动势中包含的马达参数，例如马达的振荡周期以及阻尼系数。
如图5所示为本发明的一个优选的检测方式，图5中的比较器正输入端接控制接口，负输入端接一个参考电压。当控制接口处的感应电压大于所述参考电压时，则比较器输出为正；当控制接口处的感应电压小于参考电压时，则比较器输出为负。当音圈马达振荡时，比较器输出为一个周期性方波，如图6所示。图6中上图给出了比较器输入端的感应电压和参考电压随时间变化曲线(横坐标为时间，纵坐标为感应电压)，图6中下图给出了比较器输出随时间变化曲线(横坐标为时间，纵坐标为输出结果)。
当将图6中的曲线进行局部放大得到图7，从图7中可以看出，方波的周期，即为马达的振荡周期(图7中用Tvib表示)。在得到图7的方波后，可以利用高频时钟对方波进行计数，得到一个周期Tvib内高频时钟计数的次数，再乘以高频时钟的周期，即可得到图7中方波的周期，由上可知，图6的方法解决了马达振荡周期的测量。
马达的另一个重要参数是马达振荡的阻尼系数。如图8所示为本发明的感应电动势随时间衰减情况示意图。本发明中，当计算马达振荡的阻尼系数时，可以利用两颗相邻波峰处值的差异得到。图8中的K值表示两个相邻波峰之间的衰减大小，利用该K值可求得阻尼系数。其中，为了得到相邻波峰处感应电压的大小，则需要利用一个ADC(模数转换器)将电压信号转换成数字信号，然后利用数字电路进行计算。
另，当计算马达的阻尼系数时，由于ADC以及数字运算会占用很大一部分面积，从而不利于芯片的成本。本发明为了避免使用ADC以及相关运算，还可通过在芯片内部存储一定范围的阻尼系数(这些阻尼系数涵盖市面上绝大部分马达的阻尼系数范围)，且根据需要可以增加存储范围，然后利用一个低阶控制算法，从小到大配置低阶控制算法中的阻尼系数，再利用低阶控制算法控制马达，通过采样每次振荡的感应电压最大值，并比较每次振荡的感应电压最大值，选取其中最小的一个振荡，该振荡对应的低阶控制算法使用的阻尼系数即可作为马达的阻尼系数，从而可以获得马达阻尼系数参数。
图9为存储阻尼系数表格示意图，图9中阻尼系数从0到0.49，相邻阻尼系数之间的间隔为0.01，该表格可以根据需要做不同范围和精度的存储。
本发明中，在得到每个马达的震荡周期和阻尼系数后，低阶控制算法对马达误差的容忍度要求可以大大降低，因此可以用低阶控制算法控制马达，在保证稳定效果的前提下，减小稳定时间。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (8)

1.一种音圈马达参数自检测方法，其特征在于，该方法包含以下过程：
控制芯片通过控制接口与音圈马达连接，所述控制芯片通过控制所述音圈马达内部的电流，推动音圈马达到不同的位置；
所述音圈马达中的线圈会对所述音圈马达内部的磁场做切割磁感线运动，该线圈两端产生感应电动势，得到感应电压；
所述控制芯片自动检测所述感应电压；
控制芯片根据检测的感应电压测量计算音圈马达的参数；
所述音圈马达的参数包含音圈马达的振荡周期和阻尼系数；
所述音圈马达的阻尼系数计算方法包含以下过程：
通过在所述控制芯片内部存储设定范围的阻尼系数，利用低阶控制算法，从小到大配置低阶控制算法中的阻尼系数，再利用低阶控制算法控制音圈马达，通过采样每次振荡的感应电压最大值，并比较每次振荡的感应电压最大值，选取所有感应电压最大值中最小的一个振荡，该最小的一个振荡对应的低阶控制算法使用的阻尼系数作为音圈马达的阻尼系数。
2.如权利要求1所述的音圈马达参数自检测方法，其特征在于，
所述感应电压叠加在所述音圈马达和所述控制芯片之间的所述控制接口处，使得所述控制接口处的感应电压震动形式与所述音圈马达运动形式相同。
3.如权利要求1所述的音圈马达参数自检测方法，其特征在于，
所述音圈马达的振荡周期计算方法中包含以下过程：
所述控制接口与比较器的正输入端连接，所述比较器的负输入端接一个参考电压；
当所述控制接口处的感应电压大于所述参考电压时，所述比较器输出为正，当所述控制接口处的感应电压小于所述参考电压时，所述比较器输出为负。
4.如权利要求3所述的音圈马达参数自检测方法，其特征在于，
当所述音圈马达振荡时，所述比较器的输出为一个周期性方波。
5.如权利要求4所述的音圈马达参数自检测方法，其特征在于，
所述比较器的周期性方波的周期等于所述音圈马达的振荡周期。
6.如权利要求4或5所述的音圈马达参数自检测方法，其特征在于，
所述比较器的周期性方波的周期计算方法包含以下过程：
根据比较器的周期性方波中的部分方波，利用高频时钟对该部分方波进行计数，得到一个感应电压振荡周期内高频时钟计数的次数，再乘以高频时钟的周期，得到所述比较器的周期性方波的周期。
7.如权利要求1所述的音圈马达参数自检测方法，其特征在于，
所述音圈马达的阻尼系数计算方法包含以下过程：
根据所述控制芯片自动检测到的感应电压，通过模数转换器将感应电压的电压信号转换成数字信号，且利用数字电路计算得到相邻波峰处感应电压的大小，进一步得到两个相邻波峰之间的衰减值，从而得到音圈马达的阻尼系数。
8.如权利要求1所述的音圈马达参数自检测方法，其特征在于，
所述控制芯片内存储的所述阻尼系数的范围为0到0.49。
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