CN110729943A - 一种提高线性马达振动一致性的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种提高线性马达振动一致性的方法。该方法通过测试获得每只马达产品的共振频率和驱动参数，并以其实测共振频率和驱动参数构建驱动信号，从而在不改变产品制造精度的前提下，获得最佳能效比、最小谐波噪声，提高马达振感的一致性。

Description

一种提高线性马达振动一致性的方法

技术领域

本发明属于线性马达振动技术领域，尤其涉及一种提高线性马达振动一致性的方法。

背景技术

“振感”，是现代设备实现人机交互的一种重要模式。移动电话就是一个典型实例，通常的“振动模式”以及触屏、按键时的振动响应，都是在利用“振感”实现人机交互。

基于电磁原理的马达，是各类设备中用于产生振感的主要元件。作为设备中的振源，设计上对马达的要求主要有：体积小振感强、能效比高、噪声小等。相对于各种类型的马达，线性马达在上述各方面具有明显的优势，因此成为振感元件的主要发展方向。

图1所示是使用线性马达的设备与线性马达之间的力学关系。线性马达系统可以简化为一个质量为m振子、刚度为k的弹簧以及阻尼系数c构成的弹簧质量系统。使用马达的设备承载着线性马达，是其唯一的约束。以振子m相对于其平衡位置的位移x(t)为变量建模，得到线性马达的动力学模型

式中f_m(t)是线性马达绕组作用在振子上的电磁力，它正比于绕组电流i_m(t)。如图1所示，线性马达振动时对承载它的设备的作用力为：

即，线性马达振动时作用在使用它的设备上的动态力，是马达振子的惯性力。有鉴于此，本发明中所述“振动力”或“反应振感强弱的振动力”均指上式中的惯性力P(t)。

马达产品性能优劣的一个重要指标是其振动力的一致性。作为一个机电产品，每只马达的零件加工和装配，总会存在差异。而产品之间的工艺差异最终会集中表现为，同样驱动方式和环境条件下，振动力大小的差异，亦即，“振感”差异。由于振感差异会直接造成消费者的不良感觉，因此，振动力的一致性是马达用户最关切的性能指标之一。提高马达振感一致性最直接的方法，也是目前厂家主要采用的方法，就是提高零件的加工和装配精度。但，此一措施势必导致马达的制造成本上升，这也正是当今线性马达成本居高不下的主要原因。

而本发明针对上述技术问题，提出了一种线性马达驱动方法，旨在制造精度不变的前提下，提高马达的振动响应一致性。

发明内容

为解决上述存在的技术问题，本发明提出了一种提高线性马达振动一致性的方法，其特征是确保每只马达产品精确工作在共振频率下，并以每只马达所独有的驱动参数修正其振动力大小以及环境温度影响，从而消除制造差异的影响，保证马达振动力的一致性以及高能效比和低噪声。

为解决上述存在的技术问题，本发明的技术方案涉及两部分内容，一是基于驱动参数的线性马达精确驱动方法，二是马达产品驱动参数的测试方法。

本发明具体采用下述技术方案：一方面，本发明提供了一种提高线性马达振动一致性的方法，其特征在于，马达工作时以其准确共振频率F0和驱动参数构建驱动信号，驱动参数包括：

(1)正弦驱动的驱动参数Ds，是以共振频率为F0的正弦信号驱动时，信号电压幅度增量与马达振动力增量之比，量纲为V/N(伏特/牛顿)，

(2)正弦驱动的温度补偿系数Cs，

(3)正弦驱动的起振电压Vs，

(4)脉冲驱动的驱动参数Dp，是脉冲驱动时，信号电压幅度增量与马达振动力增量之比，量纲为V/N(伏特/牛顿)，

(5)脉冲驱动的温度补偿系数Cp，

(6)脉冲驱动的起振电压Vp。

优选地，用户期望获得的正弦振动力大小为Ps，当前实时温度为T时，正弦驱动信号的共振频率和幅度为：

(1)共振频率为F0，

(2)幅度V0为：V0＝Ds×Ps+Cs×(T-T0)+Vs；

其中，T0为参考温度。

优选地，用户指定的脉冲波形的归一化形式为U(t)，期望获得的脉冲振动力大小为Pp，当前实时温度为T时，脉冲驱动信号的波形和幅度为：

(1)幅度V1为：V1＝Dp×Pp+Cp×(T-T0)+Vp；

(2)驱动电压信号为：V(t)＝V1×U(t)；

其中，T0为参考温度。

优选地，获得共振频率F0的方法，包括以下步骤：

S11：将马达产品通过夹具固定在测力传感器上；

S12：以产品设计的额定电压幅度，从设计最低频率到最高频率，以正弦信号对马达进行扫频激励；

S13：同步记录测力传感器的输出信号和扫频的频率；

S14：测力传感器信号包络峰值所对应的扫频频率即为共振频率F0。

优选地，获得共振频率F0的方法，包括以下步骤：

S21：将马达产品通过夹具固定在测力传感器上；

S22：以单脉冲信号对马达进行脉冲激励马达产生自由振动力响应信号x_f(t)；

S23：对x_f(t)进行采样，并从其负向第一峰值处截断、取负，得到脉冲响应信号x(t)＝-x_f(t)u(t)；

将x(t)的采样序列表示为：

x₁ x₂ … x_n … x_N

上述x_n＝x(n·Δt)是脉冲响应信号的第n个采样点，即，以脉冲响应信号起点为时间0的n·Δt时刻的采样值；其中，N是测试数据的总长度；Δt是数据采集的时间间隔；0≤n≤N-1表示测试数据的序号；

S24：采用衰减振荡模型(1)表达S23得到的脉冲响应信号，

其中，ξ是阻尼比，F0是共振频率；

S25：采用求解优化公式(2)得到马达的阻尼比和共振频率；

优选地，获得正弦驱动的驱动系数Ds，正弦驱动的温度补偿系数Cs和正弦驱动的起振电压Vs的方法，包括以下步骤：

S31：将马达产品通过夹具固定在测力传感器上；

S32：在设计许用温度区间内选择多个温度值[t1，t2，…，tr，…，tR]；

S33：在设计许用电压区间内，选择多个电压幅度值[v1，v2，…，vq，…vQ]；

S34：在温度tr，(r＝1,2，…，R)条件下，取电压幅度vq，(q＝1，2，…，Q)，频率为F0的正弦波对马达进行激励，记录测力传感器相应信号的振动幅度[p11，p12，…，p1R，p21，p22，…，p2R，…，pQ1，pQ2，…，pQR]，总共Q×R个数据；

S35：以[v1，v2，…，vq，…vQ]和[t1，t2，…，tr，…，tR]为自变量，以[p11，p12，…，p1R，p21，p22，…，p2R，…，pQ1，pQ2，…，pQR]为因变量，做二元一次线性回归，得到电压幅度的回归系数A_s、温度的回归系数B_s和截距Z_s；

S36：将步骤S35中得到的二元一次线性回归方程整理得到正弦驱动的驱动系数Ds、正弦驱动的温度补偿系数Cs和正弦驱动的起振电压Vs，Ds，Cs和Vs分别为：

优选地，所述步骤S35中将[p11，p12，…，p1R，p21，p22，…，p2R，…，pQ1，pQ2，…，pQR]改为符号Ps表示因变量,将[v1，v2，…，vq，…vQ]改为V0表示自变量电压，将[t1，t2，…，tr，…，tR]改为T表示自变量温度，得到Ps关于驱动电压幅度V0和环境相对温度(T-T0)的二元一次线性回归方程；所述二元一次线性回归方程(3)为：

Ps＝A_s×V0+B_s×(T-T0)+Z_s (3)

其中，电压幅度的回归系数A_s、温度的回归系数B_s和截距Z_s。

优选地，获得脉冲驱动的驱动系数Dp，脉冲驱动的温度补偿系数Cp和脉冲驱动的起振电压Vp的方法为：

S41：将马达产品通过夹具固定在测力传感器上，

S42：在设计许用温度区间内选择多个温度值[t1，t2，…，tr，…，tR]；

S43：在设计许用电压区间内，选择多个电压值[v1，v2，…，vq，…vQ]；

S44：在温度tr，(r＝1,2，…，R)条件下，取电压幅度vq，(q＝1，2，…，Q)，以脉冲电压信号v_qU(t)对马达进行激励，记录测力传感器相应信号的振动幅度[k11，k12，…，k1R，k21，k22，…，k2R，…，kQ1，kQ2，…，kQR]，总共Q×R个数据；

S45：以[v1，v2，…，vq，…vQ]和[t1，t2，…，tr，…，tR]为自变量，以[k11，k12，…，k1R，k21，k22，…，k2R，…，kQ1，kQ2，…，pQR]为因变量，做二元一次线性回归，，得到关于电压幅度的系数A_p和关于温度的系数B_p以及截距Z_p；

S46：将步骤S45中得到的二元一次线性回归方程整理得到脉冲驱动的驱动系数Dp，脉冲驱动的温度补偿系数Cp，脉冲驱动的起振电压Vp；Dp、Cp和Vp分别为：

优选地，所述步骤S45中将[k11，k12，…，k1R，k21，k22，…，k2R，…，kQ1，kQ2，…，pQR]改为符号Pp表示因变量，将[v1，v2，…，vq，…vQ]改为V1表示自变量电压，将[t1，t2，…，tr，…，tR]改为T表示自变量温度，得到Pp关于驱动电压幅度V1和环境相对温度(T-T0)的二元一次线性回归方程；所述二元一次线性回归方程(4)为：

Pp＝A_p×V1+B_p×(T-T0)+C_p (4)

其中，A_p为电压幅度的系数，B_p为温度的系数以及Z_p为截距。

另一方面，本发明还提供了一种获得所述共振频率F0和驱动参数所采用的装置包括：夹具、测力传感器、固定基础；所述夹具通过测力传感器与固定基础固定连接；所述固定基础为U型结构，所述固定基础的两侧上分别设置有测力传感器，两个所述测力传感器串联连接，两个所述测力传感器之间设置有夹具，所述夹具为U型凹槽，所述U型凹槽内设置有待测线性马达，所述U型凹槽底部与待测线性马达之间设置有驱动信号输入线，所述固定基础与测力传感器之间分别设置有振动力信号输出线。

本发明的有益效果是：

(1)本发明提出一种提高线性马达振动一致性的方法。该方法通过测试获得每只马达产品的共振频率和驱动参数，并以其实测共振频率和驱动参数构建驱动信号，从而在不改变产品制造精度的前提下，获得最佳能效比、最小谐波噪声，提高马达振感的一致性。

(2)本发明提供的扫频测试条件的控制在很大程度上决定了获取到结果的准确性和稳定性。

(3)本发明还提供了一种获得所述共振频率F0和驱动参数所采用的装置,该装置可以保证快速、准确的测试共振频率和驱动参数。

(4)本发明提供的脉冲驱动和正弦驱动的驱动参数测试的具体步骤，这是一个闭环，获取参数的目的就是为了实现在不改变产品制造精度的前提下，获得最佳能效比，最小谐波噪声，提高马达振动的一致性。

附图说明

图1是本发明所针对的马达的力学模型。图中符号说明：

k：弹簧刚度；

m：振子质量；

c：阻尼系数；

L：线圈电感；

V(t)：驱动电压；

i_m(t)：线圈电流；

f_m：振子受到的电磁力；

x(t)：振子位移；

kx(t)：弹簧反力；

振子运动阻尼力；

振子运动惯性力。

图2是本发明提供的马达测试装置的结构原理示意。待测马达与夹具固连，夹具通过测力传感器与设备的固定基础固连。马达在驱动电压V(t)推动下产生的振动力P(t)作用在两个测力传感器上，两个测力传感器串联连接，信号叠加，理想情况下输出增大一倍。图中符号说明：

P(t)：马达的振动力，可以证明

力传感器：将作用力转换成电压信号的器件；

夹具：与测力传感器固连，用于固定待测线性马达的机械总成；

固定基础：测试装置的固定结构；

振动力P(t)的信号输出：两只测力传感器的连接方式使得振动力信号叠加输出。

附图标记：

1：夹具；2：待测线性马达；3：测力传感器；4：振动力信号输出线；5：驱动信号输入线；6：固定基础。

图3是脉冲电压信号的波形，以及，脉冲电压信号驱动下马达输出振动力的波形示意。图中符号说明：

U(t)：归一化的脉冲驱动信号波形，脉冲信号由马达用户指定或者定制；

v_q：脉冲驱动的信号幅度，v_qU(t)是幅度为v_q的脉冲驱动信号；

P_qr(t)：脉冲驱动参数测试时，环境温度为t_r时以幅度为v_q的脉冲驱动信号v_qU(t)驱动下的振动力响应信号；

k_qr：脉冲驱动响应信号P_qr(t)的反向第一个峰值电压。

图4是共振频率F0的脉冲测试方法示意图。即，对马达实施单脉冲激励，使之产生性质只取决于其固有性质的振动力自由响应，然后，取振动力自由响应并利用其力学性质辨识出马达的共振频率和阻尼比。这里所说“振动力自由响应”，是指在单脉冲激励下马达输出的振动力信号中，单脉冲结束后的部分。图中符号说明：

p(t)：激励马达生成自由响应的单脉冲，可以是任何带宽大于并覆盖马达固有振动频率的有限长单脉冲信号；

x_f(t)：单脉冲激励下马达的振动力响应信号；

t₀：单脉冲起点与振动力自由响应信号第一峰值之间的时间差；

x(t)：利用振动力自由响应构造的满足衰减正弦模型的信号，即x(t)＝-x_f(t)u(t)；

u(t)：单位阶跃信号。

具体实施方式

下面结合附图针对本发明作进一步实例描述：

本发明涉及两部分内容，一是基于驱动参数的线性马达精确驱动方法，二是马达产品驱动参数的测试方法。一种提高线性马达振动一致性的方法，其特征在于马达工作时以其准确共振频率F0和驱动参数构建驱动信号；

驱动信号是指施加于马达输入端驱动马达产生振动的电信号，如图1中所示的V(t)。本发明采用的驱动信号包括两种类型：

(1)正弦信号：形如函数

的正弦交变电压。其中：

V_m是信号电压幅度；

f₀是信号频率；

为初相角，由于变量t是相对时间，

对描述振动现象没有意义，故，可取

(2)脉冲信号：这里所述“脉冲信号”系指用户定制的短时电压波形。如图3所示，是脉冲驱动及其响应的一个示例，图中

是用户指定或定制的脉冲波形，用U(t)表示幅度归一化的脉冲波形函数，即令，

其中，符号表示对函数取其绝对值的最大值。

本发明提供的共振频率和驱动参数具体如下：

本发明以马达的最佳工作状态作为技术目标。“最佳工作状态”是指：正弦驱动时，以每只马达的共振频率驱动马达振动，以期获得最佳能效比和最小谐波噪声。正弦驱动和脉冲驱动的电压幅度，根据用户指定的振感强度和每只马达所特有的驱动参数计算得到，以期获得最佳一致性。每只马达的共振频率、驱动参数，都事先测试获得。共振频率、驱动参数的符号和物理意义定义如下：

(1).共振频率F0：定义为以马达驱动电压为输入振动惯性力为输出的系统函数的峰值频率，量纲为Hz；

(2).驱动参数分两组，一组为正弦驱动的驱动参数、一组为脉冲驱动的驱动参数。分别定义如下：

正弦驱动参数包括

正弦驱动系数Ds：定义为线性范围内正弦驱动信号幅度与振动力响应幅度之比，量纲为V/N(伏特/牛顿)；

正线驱动温度补偿系数Cs：定义为线性范围内正弦驱动电压受环境温度的影响程度，量纲为V/℃(伏特/摄氏度)；

正弦驱动的起振电压Vs：定义为以共振频率驱动马达时，产生振动的最小驱动电压幅度，量纲为V(伏特)；

脉冲驱动参数包括

脉冲驱动系数Dp：定义为线性范围内正弦驱动信号幅度与振动力响应幅度之比，量纲为V/N(伏特/牛顿)；

脉冲驱动温度补偿系数Cp：定义为线性范围内正弦驱动电压受环境温度的影响程度，量纲为V/℃(伏特/摄氏度)；

脉冲驱动起振电压Vp：定义为以共振频率驱动马达时，产生振动的最小驱动电压幅度，量纲为V(伏特)。

本发明提供了两种基于驱动参数的正弦驱动信号的不同控制模式，从而实现不同的“振感”。

基于驱动参数的正弦驱动信号

可为用户提供两种工作形式：

(1).等幅正弦振动：用户以振动力Ps＝常数/N的形式给出所需的“振感”强弱；

(2).调幅正弦振动：用户以函数Ps(t)形式给出所需的“振感”强弱变化规律。

正弦驱动的驱动电压信号，是频率为共振频率F0的正弦信号：

Vs(t)＝V0·sin(2π·F0·t)

其中，V0为正弦驱动信号幅度，由公式求得

V0＝Ps×Ds+(T-T0)×Cs+Vs

式中：

Ps为用户指定的代表“振感”强弱的振动力大小，量纲为牛顿。当Ps为常数时马达做等幅振动，Ps为一函数时马达做调幅振动；

T0为参考温度，可由产品设计者定义，例如，可取T0＝25℃；

T为实测环境温度。当用户认为环境温度的影响可以忽略不计时间，可取T＝T0。

本发明提供了基于驱动参数的脉冲驱动信号：

用户定制脉冲的归一化形式U(t)，脉冲激励自由响应波形的第一峰值振动力为Pp，驱动信号为V(t)＝V1·U(t)

其中，V1为脉冲驱动信号的幅度，由公式求得

V1＝Pp×Dp+(T-T0)×Cp+Vp

式中：

Pp为用户指定的代表脉冲激励“振感”强弱的振动力自由响应第一峰值的大小，量纲为牛顿；

本发明提供的共振频率F0和驱动参数的测试方法

如图2所示，图2是本发明提供的马达测试装置工作原理图；具体的，本发明提供的获得所述共振频率F0和驱动参数所采用的测试装置为：

测试装置包括：夹具1、测力传感器3、固定基础6；所述夹具1通过测力传感器3与固定基础6固定连接；所述固定基础6为U型结构，所述固定基础6的两侧上分别设置有测力传感器3，两个所述测力传感器3串联连接，两个所述测力传感器3之间设置有夹具1，所述夹具1为U型凹槽，所述U型凹槽内设置有待测线性马达2，所述U型凹槽底部与待测线性马达2之间设置有驱动信号输入线5，所述驱动信号输入线5用于输入驱动信号V(t)，所述固定基础6与测力传感器3之间分别设置有振动力信号输出线4，所述振动力信号输出线4用于输出振动力P(t)信号；

其中，待测线性马达2通过夹具1和测力传感器3固连、测力传感器3与设备固定基础6连接；具体的，两只测力传感器3成差分连接方式。

本发明提供的共振频率F0测试方法

本发明提出采用以下两种方法之一实现共振频率F0的测试；具体如下：

(1).扫频法：在设计的频率范围内，以正弦驱动电压进行扫频，找到峰值频率作为共振频率的估计；

本发明在常规扫频测试方法的基础上，提出具有以下特征的扫频实现过程：

S1：首先以较大频率间隔进行扫描，找到峰值所在区间；

S2：在已经得到的区间内以更小间隔扫描，进一步缩小共振频率所在区间；

S3：重复以上步骤，直到得到能够满足分辨率要求的共振频率估计值。

(2).参数辨识法：取脉冲激励得到的自由响应信号，采用衰减振荡模型

采用遗传算法在误差平方和最小原则下辨识参数(ξ,F0)，得到共振频率F0。

具体的实施步骤包括：

S21：将马达产品通过夹具固定在测力传感器上；

S22：在马达产品许用的驱动电压范围内，以一个单脉冲信号p(t)激励马达产生自由振动力响应信号x_f(t)，如图4所示；

S23：对x_f(t)进行采样，并从其负向第一峰值处截断、取负，得到信号x(t)＝-x_f(t)u(t)。将x(t)的采样序列表示为x₁ x₂ … x_n … x_N

上述x_n＝x(n·Δt)是信号的第n个采样点，即，以信号起点为时间0的n·Δt时刻的采样值。其余参数意义如下：

N是测试数据的总长度；

Δt是数据采集的时间间隔；

0≤n≤N-1表示测试数据的序号；

S24：用以下模型表达待处理信号

其中，ξ是阻尼比，F0是共振频率。

S25：求解优化问题

得到马达的阻尼比ξ和共振频率F0。

本发明提供的正弦驱动的驱动参数测试方法

测试参数为正弦驱动的驱动系数Ds、正弦驱动的温度补偿系数Cs、正弦驱动的起振电压Vs。测试方法的内容包括：

a.在马达线性输出驱动电压范围内，以电压幅度V0作为自变量构建共振驱动信号

V(t)＝V0sin(2π·F0·t)；

b.在马达许用温度范围内，改变工作环境温度T，用上述信号对马达进行驱动；

c.记录马达的振动力，将其视作以电压幅度V0和环境温度T为自变量的二元一次函数函数的振动力Ps(V0,T)的样本；

d.以Ps(V0,T)为因变量、V0和T为自变量做线性回归，得到

Ps(V0,T)＝A_s×V0+B_s×(T-T0)+Z_s

式中T0为参考温度，可取为室温，如T0＝25℃。改写上式

V0＝Ds×Ps+Cs×(T-T0)+Vs

得到正弦驱动的驱动参数分别为

具体的：本发明提供的正弦驱动参数测试的实施方式

测试装置的结构特征如图2及其说明所描述。

测试准备

(1)定义符号V_max，为马达产品在最大线性输出时的驱动电压，V_max是设计参数；

(2)在电压0-Vmax范围内，取Q个离散化电压值：

v₁＝0，v₂，…，v_q，…，v_Q＝V_max

(3)将马达产品的设计许用温度范围(T_a T_b)划分为R个离散化温度值：

t₁＝T_a，t₂，…，t_r，…，t_R＝T_b

(4)选定参考温度T0，比如取T0＝25℃；

(5)假设某时刻的实测温度为T，定义此刻的相对温度为(T-T0)。

具体的正弦驱动参数测试的实施步骤

(1)对每一组温度、电压值(v_q，t_r)，进行以下3个操作步骤：

操作1：将测试环境温度稳定为t_r；

操作2：以电压信号v_d(kΔt_s)＝v_qsin(2π·F0·kΔt_s)驱动马达振动并同步采集力传感器输出信号p_d(kΔt_s)，其中Δt_s是数模转换的采样间隔，k＝1,2,…,K，KΔt_s为驱动信号的时间长度，Δt_s依据奈奎斯特采样定理确定；

操作3：检测正弦振动力p_d(kΔt_s)的峰值，求峰值的均值p_qr；

(2)完成以上Q×R次实验操作后，得到一个关于(v_q，t_r)→p_qr的数据映射表

(3)以振动力峰值p_qr作为为因变量，相对温度(t_r-T0)和电压v_q作为自变量，对以上数据进行二元一次线性回归。改用符号V0表示自变量电压、T表示自变量温度，符号Ps表示因变量，得到Ps关于驱动电压幅度V0和环境相对温度(T-T0)的线性模型

Ps＝A_s×V0+B_s×(T-T0)+Z_s

其中，A_s、B_s、Z_s均为回归系数，具体的，A_s为电压幅度的回归系数、B_s为温度的回归系数，Z_s为截距。

(4)将上式整理成

V0＝Ds×Ps+Cs×(T-T0)+Vs

其中，

正弦驱动的驱动系数：

正弦驱动的温度补偿系数：

正弦驱动的马达振动起点电压：

本发明提供的脉冲驱动的驱动参数测试方法：

脉冲驱动的驱动参数包括：脉冲驱动的驱动系数Dp、脉冲驱动的温度补偿系数Cp、脉冲驱动的起振电压Vp；

测试方法的内容包括：

a.在马达线性输出驱动电压范围内，以电压幅度V1作为自变量构建脉冲驱动信号

V(t)＝V1·U(t)；

b.在马达许用温度范围内，改变工作环境温度T，用上述信号对马达进行驱动；

c.记录马达的振动力，将其视作以电压幅度V1和环境温度T为自变量的二元一次函数函数的振动力Pp(V1,T)的样本；

d.以Pp(V1,T)为因变量、V1和T为自变量做线性回归，得到

Pp(V1,T)＝A_p×V1+B_p×(T-T0)+Z_p

式中T0为参考温度，可取为室温，如T0＝25℃。改写上式

V1＝Dp×Pp+Cp×(T-T0)+Vp

得到正弦驱动的驱动参数分别为

具体的：本发明提供的脉冲驱动参数测试的实施方式

测试装置的结构特征如图2及其说明所描述。

测试准备

(1)定义符号V_max，为马达产品在最大线性输出时的驱动电压，V_max是设计参数；

(2)在电压0-Vmax范围内，取Q个离散化电压值：

v₁＝0，v₂，…，v_q，…，v_Q＝V_max

(3)将马达产品的设计许用温度范围(T_a T_b)划分为R个离散化温度值：

t₁＝T_a，t₂，…，t_r，…，t_R＝T_b

(4)选定参考温度T0，比如取T0＝25℃；

(5)假设某时刻的实测温度为T，定义此刻的相对温度为(T-T0)。

本发明提供的脉冲驱动参数测试的实施步骤

(1)对用户定制或指定的脉冲波形

进行归一化处理，得到幅度归一化的波形

符号

表示对函数

取其绝对值的最大值。

(2)对每一组温度、电压值(v_q，t_r)，

进行以下3个操作步骤：

操作1：将测试环境温度稳定为t_r；

操作2：以电压信号v_k(kΔt_s)＝v_qU(kΔt_s)驱动马达振动，其中，采样间隔Δt_s依据奈奎斯特采样定理确定，k＝1,2,…,K，KΔt_s为用户给定的脉冲信号时间长度；

操作3：同步采集力传感器输出的脉冲响应振动力P_qr(t)的第一个峰值k_qr；

(3)完成以上Q×R次实验操作后，得到一个(v_q，t_r)→k_qr的数据映射表

(4)以峰值力k_qr作为为因变量，相对温度(t_r-T0)和电压v_q作为自变量，对以上数据进行二元一次线性回归。改用符号V1表示自变量电压、T表示自变量温度，符号Pp表示因变量，Pp关于驱动电压幅度V1和环境相对温度(T-T0)的线性模型

Pp＝A_p×V1+B_p×(T-T0)+Z_p

其中，A_p、B_p、C_p是回归系数，具体的，A_p为电压幅度的系数，B_p为温度的系数以及Z_p为截距。

(5)将上式整理成

V1＝Dp×Pp+Cp×(T-T0)+Vp

其中，

脉冲驱动系数：

脉冲驱动的温度补偿系数：

脉冲驱动的马达振动起点电压：

以上所述仅为本发明的实施例子，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他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种提高线性马达振动一致性的方法，其特征在于，马达工作时以其准确共振频率F0和驱动参数构建驱动信号，驱动参数包括：

(1)正弦驱动的驱动参数Ds，是以共振频率为F0的正弦信号驱动时，信号电压幅度增量与马达振动力增量之比，量纲为V/N(伏特/牛顿)，

(2)正弦驱动的温度补偿系数Cs，

(3)正弦驱动的起振电压Vs，

(4)脉冲驱动的驱动参数Dp，是脉冲驱动时，信号电压幅度增量与马达振动力增量之比，量纲为V/N(伏特/牛顿)，

(5)脉冲驱动的温度补偿系数Cp，

(6)脉冲驱动的起振电压Vp。

2.一种根据权利要求1所述的提高线性马达振动一致性的方法，其特征在于，用户期望获得的正弦振动力大小为Ps，当前实时温度为T时，正弦驱动信号的共振频率和幅度为：

(1)共振频率为F0，

(2)幅度V0为：V0＝Ds×Ps+Cs×(T-T0)+Vs；

其中，T0为参考温度。

3.一种根据权利要求1所述的提高线性马达振动一致性的方法，其特征在于用户指定的脉冲波形的归一化形式为U(t)，期望获得的脉冲振动力大小为Pp，当前实时温度为T时，脉冲驱动信号的波形和幅度为：

(1)幅度V1为：V1＝Dp×Pp+Cp×(T-T0)+Vp

(2)驱动电压信号为：V(t)＝V1×U(t)；

其中，T0为参考温度。

4.一种根据权利要求1所述的提高线性马达振动一致性的方法，其特征在于获得共振频率F0的方法，包括以下步骤：

S11：将马达产品通过夹具固定在测力传感器上；

S12：以产品设计的额定电压幅度，从设计最低频率到最高频率，以正弦信号对马达进行扫频激励；

S13：同步记录测力传感器的输出信号和扫频的频率；

S14：测力传感器信号包络峰值所对应的扫频频率即为共振频率F0。

5.一种根据权利要求1所述的提高线性马达振动一致性的方法，其特征在于获得共振频率F0的方法，包括以下步骤：

S21：将马达产品通过夹具固定在测力传感器上；

S22：以单脉冲信号对马达进行脉冲激励马达产生自由振动力响应信号x_f(t)；

S23：对x_f(t)进行采样，并从其负向第一峰值处截断、取负，得到脉冲响应信号x(t)＝-x_f(t)u(t)；

将x(t)的采样序列表示为：

x₁ x₂…x_n…x_N

上述x_n＝x(n·Δt)是脉冲响应信号的第n个采样点，即，以脉冲响应信号起点为时间0的n·Δt时刻的采样值；其中，N是测试数据的总长度；Δt是数据采集的时间间隔；0≤n≤N-1表示测试数据的序号；

S24：采用衰减振荡模型(1)表达S23得到的脉冲响应信号，

其中，ξ是阻尼比，F0是共振频率；

S25：采用求解优化公式(2)得到马达的阻尼比和共振频率；

6.一种根据权利要求1所述的提高线性马达振动一致性的方法，其特征在于，获得正弦驱动的驱动系数Ds，正弦驱动的温度补偿系数Cs和正弦驱动的起振电压Vs的方法，包括以下步骤：

S31：将马达产品通过夹具固定在测力传感器上；

S32：在设计许用温度区间内选择多个温度值[t1，t2，…，tr，…，tR]；

S33：在设计许用电压区间内，选择多个电压幅度值[v1，v2，…，vq，…vQ]；

S34：在温度tr，(r＝1，2，…，R)条件下，取电压幅度vq，(q＝1，2，…，Q)，频率为F0的正弦波对马达进行激励，记录测力传感器相应信号的振动幅度[p11，p12，…，p1R，p21，p22，…，p2R，…，pQ1，pQ2，…，pQR]，总共Q×R个数据；

S35：以[v1，v2，…，vq，…vQ]和[t1，t2，…，tr，…，tR]为自变量，以[p11，p12，…，p1R，p21，p22，…，p2R，…，pQ1，pQ2，…，pQR]为因变量，做二元一次线性回归，得到电压幅度的回归系数A_s、温度的回归系数B_s和截距Z_s；

S36：将步骤S35中得到的二元一次线性回归方程整理得到正弦驱动的驱动系数Ds、正弦驱动的温度补偿系数Cs和正弦驱动的起振电压Vs，Ds，Cs和Vs分别为：

7.一种根据权利要求6所述的提高线性马达振动一致性的方法，其特征在于，所述步骤S35中将[p11，p12，…，p1R，p21，p22，…，p2R，…，pQ1，pQ2，…，pQR]改为符号Ps表示因变量，将[v1，v2，…，vq，…vQ]改为V0表示自变量电压，将[t1，t2，…，tr，…，tR]改为T表示自变量温度，得到Ps关于驱动电压幅度V0和环境相对温度(T-T0)的二元一次线性回归方程；所述二元一次线性回归方程(3)为：

Ps＝A_s×V0+B_s×(T-T0)+Z_s (3)

其中，电压幅度的回归系数A_s、温度的回归系数B_s和截距Z_s。

8.一种根据权利要求1所述的提高线性马达振动一致性的方法，其特征在于，获得脉冲驱动的驱动系数Dp，脉冲驱动的温度补偿系数Cp和脉冲驱动的起振电压Vp的方法为：

S41：将马达产品通过夹具固定在测力传感器上，

S42：在设计许用温度区间内选择多个温度值[t1，t2，…，tr，…，tR]；

S43：在设计许用电压区间内，选择多个电压值[v1，v2，…，vq，…vQ]；

S44：在温度tr，(r＝1,2，…，R)条件下，取电压幅度vq，(q＝1，2，…，Q)，以脉冲电压信号v_qU(t)对马达进行激励，记录测力传感器相应信号的振动幅度[k11，k12，…，k1R，k21，k22，…，k2R，…，kQ1，kQ2，…，kQR]，总共Q×R个数据；

S45：以[v1，v2，…，vq，…vQ]和[t1，t2，…，tr，…，tR]为自变量，以[k11，k12，…，k1R，k21，k22，…，k2R，…，kQ1，kQ2，…，pQR]为因变量，做二元一次线性回归，得到关于电压幅度的系数A_p和关于温度的系数B_p以及截距Z_p；

S46：将步骤S45中得到的二元一次线性回归方程整理得到脉冲驱动的驱动系数Dp，脉冲驱动的温度补偿系数Cp，脉冲驱动的起振电压Vp；Dp、Cp和Vp分别为：

9.一种根据权利要求8所述的提高线性马达振动一致性的方法，其特征在于，所述步骤S45中将[k11，k12，…，k1R，k21，k22，…，k2R，…，kQ1，kQ2，…，pQR]改为符号Pp表示因变量，将[v1，v2，…，vq，…vQ]改为V1表示自变量电压，将[t1，t2，…，tr，…，tR]改为T表示自变量温度，得到Pp关于驱动电压幅度V1和环境相对温度(T-T0)的二元一次线性回归方程；所述二元一次线性回归方程(4)为：

Pp＝A_p×V1+B_p×(T-T0)+C_p (4)

其中A_p为电压幅度的系数，B_p为温度的系数以及Z_p为截距。

10.一种根据权利要求1-9中任一项所述的提高线性马达振动一致性的方法，其特征在于，获得所述共振频率F0和驱动参数所采用的装置包括：夹具、测力传感器、固定基础；所述夹具通过测力传感器与固定基础固定连接；所述固定基础为U型结构，所述固定基础的两侧上分别设置有测力传感器，两个所述测力传感器串联连接，两个所述测力传感器之间设置有夹具，所述夹具为U型凹槽，所述U型凹槽内设置有待测线性马达，所述U型凹槽底部与待测线性马达之间设置有驱动信号输入线，所述固定基础与测力传感器之间分别设置有振动力信号输出线。

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