CN110502111B - 马达信号补偿方法、电子设备及存储介质 - Google Patents

马达信号补偿方法、电子设备及存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种马达信号补偿方法，包括如下步骤：获取原始信号以及马达的非线性参数；根据获取到马达非线性参数并结合补偿公式以计算原始信号的补偿信号；将计算得到的补偿信号传输至马达处以激励马达振动。本发明还公开了一种电子设备和存储介质。本发明的马达信号补偿方法通过结合非线性参数来对原始信号进行补偿处理，使得获得补偿信号后的马达的实际振动效果与预期效果更加接近，进而获得更符合期望的触感体验。

Description

马达信号补偿方法、电子设备及存储介质
【技术领域】
本发明涉及马达检测技术领域，尤其涉及一种马达信号补偿方法、电子设备及存储介质。
【背景技术】
现有技术的触觉反馈技术在生活中的应用越来越广泛，包括电子产品或其他接触式屏幕的力反馈需求等，人们对于振动输出效果的精准度要求也越来越高。而线性马达(也即线性谐振传动器，也记作LRA)作为这一实现效果的载体，不言而喻，对其控制的精准度要求也越来越高。通常来说，马达在振动过程中，其特性参数会随着位移的变化而变化，我们称之为非线性参数，而这种变化会造成马达实际振动效果与信号设计时的期望效果有所差异，从而影响触觉体验。
因此，有必要提供一种基于马达非线性参数的信号补偿方法，可以使马达实际振动效果更接近期望。
【发明内容】
本发明的目的之一在于提供一种马达信号补偿方法，其能通过对非线性参数处理进而得到补偿信号，使得马达实际振动效果与理想效果接近。
本发明的目的之二在于提供一种电子设备，其能通过对非线性参数处理进而得到补偿信号，使得马达实际振动效果与理想效果接近。
本发明的目的之三在于提供一种计算机可读存储介质，其能通过对非线性参数处理进而得到补偿信号，使得马达实际振动效果与理想效果接近。
本发明的目的之一的技术方案如下：
一种马达信号补偿方法，包括如下步骤：
获取步骤：获取原始信号以及马达的非线性参数；
计算步骤：根据获取到的非线性参数计算原始信号的补偿信号；
传输步骤：将计算得到的补偿信号加载至马达以激励马达振动。
进一步地，所述非线性参数包括电磁力系数b、弹簧劲度系数k和阻尼Rm，所述非线性参数关于振子位移x的函数表示如下：
b(x)＝b0+b1x+b2x2+…+bnxn
k(x)＝k0+k1x+k2x2+…+knxn
Rm(x)＝R0+R1x+R2x2+…+Rnxn
其中，n为任意正整数，b0～bn，k0～kn，R0～Rn为非线性参数系数。
进一步地，所述非线性参数系数是基于马达的电压值和电流值、并通过最小均方(Least mean square，LMS)算法计算得到。
进一步地，在所述计算步骤中，根据获取到的非线性参数通过补偿公式计算原始信号的补偿信号，所述补偿公式为：
u＝α(x)[w+β(x)]；
其中，x为振子位移，w为原始信号，u为补偿信号，α(x)为第一补偿系数，β(x)为第二补偿系数。
进一步地，所述第一补偿系数通过如下公式计算得到：
Figure BDA0002162007320000021
所述第二补偿系数通过如下公式计算得到：
Figure BDA0002162007320000022
其中，x1＝x，
Figure BDA0002162007320000023
x3＝i，bx(x)＝b1+2b2x+…+nbnxn-1，kx(x)＝k1+2k2x+…+nknxn-1，Rmx(x)＝R1+2R2x+…+nRnxn-1，且Re为电阻，Le为电感，m为振子质量，
Figure BDA0002162007320000024
为振子速度，i为电流。
进一步地，所述传输步骤包括：
将计算得到的补偿信号通过数字模拟转换器转换为模拟电信号；及
将模拟电信号通过功率放大器放大；
将放大后的模拟电信号加载于马达。
进一步地，在传输步骤之后，所述马达信号补偿方法还包括效果检测步骤，所述效果检测步骤包括：
获取被激励后的马达的振动数据；
将所述振动数据与期望数据进行比对；
获取效果检测结果。
进一步地，所述获取被激励后的马达的振动数据步骤，包括：
通过加速度计采集马达的加速度数据；
将所述加速度数据通过信号放大器进行放大；
通过模拟数字转换器将所述放大后的加速度数据转化为数字信号；
对所述数字信号进行处理以获得马达的振动数据。
本发明的目的之二的技术方案如下：
一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器上存储器有可在处理器上运行的马达信号补偿程序，所述马达信号补偿程序是计算机程序，所述处理器执行所述马达信号补偿程序时实现本发明目的之一中任意一项所述的马达信号补偿方法。
本发明的目的之三的技术方案如下：
一种存储介质，所述存储介质为计算机可读存储介质，其上存储有马达信号补偿程序，所述马达信号补偿程序是计算机程序，所述马达信号补偿程序被处理器执行时实现如本发明目的之一中任意一项所述的马达信号补偿方法。
本发明的有益效果在于：
本发明的马达信号补偿方法、电子设备及存储介质，通过结合非线性参数来对原始信号进行补偿处理，使得获得补偿信号后的马达的实际振动效果与预期效果更加接近，进而获得更符合期望的触感体验。
【附图说明】
图1为本发明的马达信号补偿方法的流程图；
图2为本发明的马达激励电路的原理框图；
图3为本发明的电子设备的电路结构框图。
【具体实施方式】
下面结合附图和实施方式对本发明作进一步说明。
实施例一
目前人们对于马达的非线性现象虽认识，但尚没有进行有效的非线性补偿，也没有有效的控制方法，使得在实际应用中，马达的振动效果与所希望的理想效果有所差距，影响体验。在本实施例中提出的基于马达非线性参数的信号补偿方法，可以改善这一情况。
如图1所示，本实施例提供了一种马达信号补偿方法，包括如下步骤：
S1：获取原始信号以及马达的非线性参数；所述非线性参数包括电磁力系数b、弹簧劲度系数k和阻尼Rm；在具体实施时，可以直接通过接收外部输入非线性参数，还可以基于马达电压数据和电流数据并通过LMS算法计算得到；在实施例中优选地，采用基于马达电压数据和电流数据并通过最小均方(Least mean square，LMS)算法计算得到，这样便于直接对获取到的数据进行处理。
具体的，所述非线性参数系数的计算步骤如下：
获取马达两端的电压ue和电流数据i；
根据如下马达经典参数化二阶模型：
Figure BDA0002162007320000041
Figure BDA0002162007320000042
其中，Re是马达电阻，Le是马达电感，x是马达振子位移，m是马达振子质量。可以写出电学方程的马达振子速度表达式：
Figure BDA0002162007320000043
进而得到力学方程的马达振子速度表达式：
Figure BDA0002162007320000051
其中，J(s)＝ms2+R0s+K0，
Figure BDA0002162007320000052
表示Laplace逆变换。
将电学方程和力学方程计算速度的差值e作为误差函数，如下
Figure BDA0002162007320000053
根据LMS算法，写出各非线性参数系数的更新表达式如下，进行参数迭代更新，最终收敛值即为所辨识得到的马达非线性参数系数：
Figure BDA0002162007320000054
Figure BDA0002162007320000055
Figure BDA0002162007320000056
Figure BDA0002162007320000057
j代表非线性系数的角标，取值范围为1～n。
j＝0时，即系数b0，k0，R0，L0表示马达的线性参数，可以通过LS拟合方法得到。需要注意的是，上述四个公式中的参数μ可能不尽相同，可根据实际情况调整。同时，在马达非线性参数辨识中，除了本文补偿方法中提到的三个参数b(x)、k(x)、Rm(x)，还包括电感Le(x)，其表达式与前三者类似，Le(x)＝L0+L1x+L2x2+…+Lnxn。
在马达的非线性参数模型中包括有马达的六个参数，分别为电阻Re、电感Le、振子质量m、和上述三个非线性参数(电磁力系数b、弹簧劲度系数k、阻尼Rm)，其中所述非线性参数b、k、Rm可以看作关于振子位移x的函数，其关系表示如下：
b(x)＝b0+b1x+b2x2+…+bnxn；
k(x)＝k0+k1x+k2x2+…+knxn；
Rm(x)＝R0+R1x+R2x2+…+Rnxn；
上式中，n为任意正整数，b0～bn，k0～kn，R0～Rn为非线性参数系数，其获取可以基于马达电压和电流数据通过LMS算法计算得到，本文不做详细描述。
S2：根据获取到的非线性参数计算原始信号的补偿信号；在计算补偿信号时，在本实施例中优选地采用基于状态空间线性化理论来进行计算，采用基于状态空间线性化理论来进行计算主要目的是为了输出与线性模型更为统一的输出。状态空间线性化理论可以理解为，在已知非线性模型条件下，可以通过对信号的补偿处理实现与线性模型相同的输出。线性模型的输出即为信号设计时的期望输出。当输出至马达的信号相同时，也就使得最后的振动效果更为接近。
在本实施例中，更为优选的，通过补偿公式计算计算原始信号的补偿信号，所述补偿公式为：u＝α(x)[w+β(x)]；
其中，x为振子位移，w为原始信号，u为补偿信号，α(x)为第一补偿系数，β(x)为第二补偿系数。通过对原始信号进行补偿进而弥补由于非线性参数对整个计算过程造成的影响。这里的第一补偿系数和第二补偿系数均与非线性参数相关，其可以通过非线性参数计算得到。
在本实施例中更为优选的，所述第一补偿系数通过如下公式计算得到：
Figure BDA0002162007320000061
所述第二补偿系数通过如下公式计算得到：
Figure BDA0002162007320000062
其中，x1＝x，
Figure BDA0002162007320000063
x3＝i，bx(x)＝b1+2b2x+…+nbnxn-1，kx(x)＝k1+2k2x+…+nknxn -1，Rmx(x)＝R1+2R2x+…+nRnxn-1，且Re为电阻，Le为电感，m为振子质量，b为电磁力系数，k为弹簧劲度系数，Rm为阻尼，x为振子位移，
Figure BDA0002162007320000071
为振子速度，i为电流。
S3：将计算得到的补偿信号传输至马达处以激励马达。更为优选地，是将计算得到的补偿信号通过数字模拟转换器及功放处理后产生的激励加载于马达两端。具体的也即是，将计算得到的补偿信号通过数字模拟转换器转换为模拟电信号；及将模拟电信号通过功率放大器放大；将放大后的模拟电信号加载于马达。将原始激励信号根据当前马达参数进行非线性补偿后，再激励马达，实际振动效果更接近信号设计时的预期效果，有效减小非线性的影响。
在上述步骤中，已经完成对原始信号的补偿计算以及传输，但为进一步检验效果，需要对补偿后的信号振动进行进一步地检测比对，具体的在步骤S3之后还包括如下步骤：
获取被激励后的马达的振动数据；
将所述振动数据与期望数据进行比对；
获取效果检测结果。
且所述获取被激励后的马达的振动数据步骤，包括：
通过加速度计采集马达的加速度数据；
将所述加速度数据通过信号放大器进行放大；
通过模拟数字转换器将所述放大后的加速度数据转化为数字信号；
对所述数字信号进行处理以获得马达的振动数据。通过加速度计获取被激励后的马达的振动数据，并将所述振动数据与期望数据进行比对以进行补偿结果检测。
在实施时，马达不仅可以固定于工装上，也可以固定于手机中或其他负载上；对于振动数据(也即是加速度)的测量，可以将加速度计等测量设备固定在工装上，或者固定在与马达相连接的其他负载上。
如图2所示，其为在实验室工装环境下的实施环境，来对原始信号进行补偿前和补偿后的差异进行对比。
将设计的原始信号在电脑端PC进行输出；通过采集卡将数字电信号转化为模拟电信号；经过功率放大器，将模拟电信号加载于马达两端进行激励；通过加速度计采集加速度；将加速度数据通过信号放大器进行放大；通过采集卡将模拟信号转化为数字信号，输入PC端处理，最终得到振动数据的测量结果。这种方式是没有对原始信号进行补偿的，由于非线性参数的存在，会造成马达实际振动效果与信号设计时的期望效果有所差异。
其次将补偿信号依次实施上述流程，在本实施例中补偿信号是在电脑端进行计算得到，但是并不限于通过电脑来进行计算的方式，也可以其他可以进行数据处理的设备。具体补偿信号传输过程如下：将计算得到的补偿信号在电脑端PC进行输出；通过采集卡将数字电信号转化为模拟电信号；经过功率放大器，将模拟电信号加载于马达两端进行激励；通过加速度计采集加速度；将加速度数据通过信号放大器进行放大；通过采集卡将模拟信号转化为数字信号，输入PC端处理，最终得到振动数据的测量结果，进而得到非线性补偿后的振动数据测量结果；将非线性补偿后的振动数据、未补偿的原始振动数据，分别与信号设计时的期望振动数据进行比较，可以发现补偿后的振动数据不论是在绝对数值上，还是波形上，都更加接近期望数据。
实施例二
如图3所示，实施例二公开了一种电子设备，该电子设备包括存储器和处理器，所述存储器上存储器有可在处理器上运行的马达信号补偿程序，所述马达信号补偿程序是计算机程序，所述处理器执行所述马达信号补偿程序时实现实施例一中任意一项所述的马达信号补偿方法。该电子设备可以是手机、电脑、平板电脑、模数(数模)转换设备、功率放大设备和信号放大设备等等一系列的电子设备。
实施例三
实施例三公开了一种存储介质，所述存储介质为计算机可读存储介质，其上存储有马达信号补偿程序，所述马达信号补偿程序是计算机程序，其特征在于：所述马达信号补偿程序被处理器执行时实现如实施例一中任意一项所述的马达信号补偿方法。
当然，本发明实施例所提供的一种包含计算机可执行指令的存储介质，其计算机可执行指令不限于如上所述的方法操作，还可以执行本发明任意实施例所提供的方法中的相关操作。
通过以上关于实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，本发明可借助软件及必需的通用硬件来实现，当然也可以通过硬件实现，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如计算机的软盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(RandomAccess Memory，RAM)、闪存(FLASH)、硬盘或光盘等，包括若干指令用以使得一台电子设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
值得注意的是，上述基于内容更新通知装置的实施例中，所包括的各个单元和模块只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。
以上所述的仅是本发明的实施方式，在此应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出改进，但这些均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种马达信号补偿方法，其特征在于，所述马达信号补偿方法包括：
获取步骤：获取原始信号以及马达的非线性参数；所述非线性参数包括电磁力系数b、弹簧劲度系数k和阻尼Rm；
计算步骤：根据获取到的非线性参数通过补偿公式计算原始信号的补偿信号，所述补偿公式为：
u＝α(x)[w+β(x)]；
其中，x为振子位移，w为原始信号，u为补偿信号，α(x)为第一补偿系数，β(x)为第二补偿系数；
具体地，所述第一补偿系数通过如下公式计算得到：
Figure FDA0002735508710000011
所述第二补偿系数通过如下公式计算得到：
Figure FDA0002735508710000012
其中，x1＝x，
Figure FDA0002735508710000013
x3＝i，bx(x)＝b1+2b2x+…+nbnxn-1，kx(x)＝k1+2k2x+…+nknxn-1，Rmx(x)＝R1+2R2x+…+nRnxn-1，且Re为电阻，Le为电感，m为振子质量，
Figure FDA0002735508710000014
为振子速度，i为电流；
传输步骤：将计算得到的补偿信号加载至马达以激励马达振动。
2.根据权利要求1所述的马达信号补偿方法，其特征在于，所述非线性参数关于振子位移x的函数表示如下：
b(x)＝b0+b1x+b2x2+…+bnxn
k(x)＝k0+k1x+k2x2+…+knxn
Rm(x)＝R0+R1x+R2x2+…+Rnxn
其中，n为任意正整数，b0～bn，k0～kn，R0～Rn为非线性参数系数。
3.根据权利要求2所述的马达非线性参数模型的信号补偿方法，其特征在于，所述非线性参数系数是基于马达的电压值和电流值、并通过最小均方(Least mean square，LMS)算法计算得到。
4.根据权利要求1所述的马达信号补偿方法，其特征在于，所述传输步骤包括：
将计算得到的补偿信号通过数字模拟转换器转换为模拟电信号；
将模拟电信号通过功率放大器放大；及
将放大后的模拟电信号加载于马达。
5.根据权利要求1所述的马达信号补偿方法，其特征在于，在传输步骤之后，所述马达信号补偿方法还包括效果检测步骤，所述效果检测步骤包括：
获取被激励后的马达的振动数据；
将所述振动数据与期望数据进行比对；
获取效果检测结果。
6.根据权利要求5所述的马达信号补偿方法，其特征在于，所述获取被激励后的马达的振动数据步骤，包括：
通过加速度计采集马达的加速度数据；
将所述加速度数据通过信号放大器进行放大；
通过模拟数字转换器将所述放大后的加速度数据转化为数字信号；
对所述数字信号进行处理以获得马达的振动数据。
7.一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器上存储器有可在处理器上运行的马达信号补偿程序，所述马达信号补偿程序是计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述马达信号补偿程序时实现权利要求1-6中任意一项所述的马达信号补偿方法。
8.一种存储介质，所述存储介质为计算机可读存储介质，其上存储有马达信号补偿程序，所述马达信号补偿程序是计算机程序，其特征在于：所述马达信号补偿程序被处理器执行时实现如权利要求1-6任意一项所述的马达信号补偿方法。
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