CN111211726B - 用于生成马达驱动信号的系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及终端设备技术领域，公开一种用于生成马达驱动信号的系统，包括：振动马达，被配置为在电压驱动信号的作用下产生振动；信号发生器，与所述马达的驱动端电连接，被配置为受控产生驱动所述马达振动的电压驱动信号；加速度传感器，与所述马达的振动端连接，被配置为感应所述马达的振动并将感应到的振动转化为电信号；控制装置，被配置为根据所述电信号控制所述信号发生器，调整电压驱动信号直至所述振动马达的振动符合条件。利用控制装置能够统计测量振动马达的相关参数，并通过多次调整电压驱动信号进行迭代尝试，得到较为合适的电压驱动信号的波形，采用该电压驱动信号可以使振动马达逼真地模拟机械按键的振动手感。

Description

用于生成马达驱动信号的系统

技术领域

本申请涉及终端设备技术领域，例如涉及一种用于生成马达驱动信号的系统。

背景技术

手机的全面屏和无孔化设计是当前的两个重要趋势，这两种情况都需要有振动反馈的支持。目前，手机通常使用Z轴振动马达或X轴振动马达产生振动反馈。Z轴振动马达的振动方向垂直于手机屏幕，其成本较低，但是振动量较小且响应速度也较慢。X轴振动马达的振动方向平行于手机窄边框方向，其成本较高，但是振动量较大且响应速度也较快。无论是X轴振动马达还是Z轴振动马达，为能够通过振动马达逼真地模拟机械按键的振动手感，都需要设计马达的电压驱动信号的波形。

发明内容

为了对披露的实施例的一些方面有基本的理解，下面给出了简单的概括。所述概括不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围，而是作为后面的详细说明的序言。

本公开实施例提供了一种用于生成马达驱动信号的系统，以能够获得较佳的电压驱动信号的波形，采用该电压驱动信号可以使振动马达逼真地模拟机械按键的振动手感。

在一些实施例中，所述系统包括：振动马达，被配置为在电压驱动信号的作用下产生振动；信号发生器，与所述马达的驱动端电连接，被配置为受控产生驱动所述马达振动的电压驱动信号；加速度传感器，与所述马达的振动端连接，被配置为感应所述马达的振动并将感应到的振动转化为电信号；控制装置，被配置为根据所述电信号控制所述信号发生器，调整电压驱动信号直至所述振动马达的振动符合条件。

本公开实施例提供的系统，可以实现以下技术效果：

控制装置能够统计测量振动马达的相关参数，并通过多次调整电压驱动信号进行迭代尝试，得到较为合适的电压驱动信号的波形，采用该电压驱动信号可以使振动马达逼真地模拟机械按键的振动手感。

以上的总体描述和下文中的描述仅是示例性和解释性的，不用于限制本申请。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图进行示例性说明，这些示例性说明和附图并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件示为类似的元件，附图不构成比例限制，并且其中：

图1是本公开实施例提供的一个用于生成马达驱动信号的系统示意图；

图2是本公开实施例提供的另一个用于生成马达驱动信号的系统示意图。

具体实施方式

为了能够更加详尽地了解本公开实施例的特点与技术内容，下面结合附图对本公开实施例的实现进行详细阐述，所附附图仅供参考说明之用，并非用来限定本公开实施例。在以下的技术描述中，为方便解释起见，通过多个细节以提供对所披露实施例的充分理解。然而，在没有这些细节的情况下，一个或多个实施例仍然可以实施。在其它情况下，为简化附图，熟知的结构和装置可以简化展示。

本公开实施例的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本公开实施例的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。

除非另有说明，术语“多个”表示两个或两个以上。

本公开实施例中，字符“/”表示前后对象是一种“或”的关系。例如，A/B表示：A或B。

术语“和/或”是一种描述对象的关联关系，表示可以存在三种关系。例如，A和/或B，表示：A或B，或，A和B这三种关系。

目前，用于手机等终端的振动马达通常都是直流电机，这种直流电机通常包括：一个有质量的振子，弹簧和定子等部分。振动马达的振子在电信号驱动下产生振动，带动终端的振动，从而产生振感。振动马达的电压驱动信号的波形都是稳态周期性正弦波，这种电压驱动信号的波形好处是可以产生较大的振动强度，但是其振感和真实按键相差甚远。为克服这一问题，需要进行非周期性瞬态驱动，即电压驱动信号的波形不再是周期性正弦波。为达到上述目的，本公开实施例给出一种产生振动马达驱动信号波形的系统。可以通过测量振动马达的各项参数分析获取一些隐性参数(例如，电压、电阻、电感、振动幅度、阻尼系数等)，利用这些获取的参数给振动马达建立驱动模型，根据目标振动波形进行逐次逼近-修正迭代设计，直到逼近目标设计振动波形为止。其中，获取振动马达各种参数的过程并非是必须的。在一些情况下，有可能在设计之初就已经获得振动马达的具体参数，从而可以基于获得的参数进行设计。但是在另一些情况下，在设计之初无法获得振动马达的各种参数，此时需要通过测试获取振动马达的各种参数。

结合图1所示，本公开实施例提供一种用于生成马达驱动信号的系统，该系统包括振动马达7、信号发生器5、加速度传感器8和控制装置4。振动马达7在电压驱动信号的作用下产生振动；信号发生器5与振动马达7的驱动端电连接，可受控产生驱动振动马达7的电压驱动信号。加速度传感器8与振动马达7的振动端连接，感应振动马达7的振动并将感应到的振动转化为电信号。控制装置4可根据加速度传感器8产生的电信号控制信号发生器5，调整电压驱动信号直至振动马达7的振动符合条件。

控制装置4能够统计测量振动马达7的相关参数，并通过多次调整电压驱动信号进行迭代尝试，得到较为合适的电压驱动信号的波形，采用该电压驱动信号可以使振动马达7逼真地模拟机械按键的振动手感。

其中，控制装置4可以有多种形态，一种可选的形态是利用计算机作为系统的控制装置。

结合图2所示，本公开实施例提供的另一种用于生成马达驱动信号的系统，该系统包括振动马达7、信号发生器5、加速度传感器8、控制装置4和信号放大器和采集器6。信号放大器和采集器6串联在加速度传感器8和控制装置4之间，将加速度传感器8产生的电信号进行放大后传送给控制装置4。

控制装置4利用预置算法生成电压驱动信号，推动信号发生器5产生电压驱动信号，驱动信号加载在马达7上。马达7的振动端连接的是高灵敏度加速度传感器8。加速度传感器8的输出信号连接到信号放大器和采集器6上，然后把相应数据传送至控制装置4。控制装置4控制信号发生器5调整电压驱动信号，重复上述过程。每次测试选取一组m、n的值形成一次测试驱动信号，一次测试完毕，切换另一组m、n的值。可以采集得到一组数据，形成测试数据集A。

可选地，信号发生器5受控产生的电压驱动信号的波形满足：

v_out＝(v_start+n·Δv)sin(2π(f_start+m·Δf)t)

其中，v_out表示输出电压，v_start表示起始输入电压，△v表示电压调整步长，f_start表示起始信号频率，△f表示频率调整步长，t表示时间，m、n是整数序号，其值为，n＝0,1,2…，m＝0,1,2…。

获得的测试数据集A是由一系列加速度峰值对频率的曲线组成。由测试数据集A可以估计马达的几个重要参数，例如，弹簧弹性系数k，阻尼系数ζ，共振频率f₀。

可选地，控制装置4包括参数分析单元，可根据加速度传感器8产生的电信号分析获得振动马达7的参数。振动马达7的参数包括弹簧弹性系数k，阻尼系数ζ，共振频率f₀中的一个或多个。

其中，通过如下方式分析获得共振频率f₀。

f₀为当前某一条加速度对频率曲线的最高点所在的频率。

其中，通过如下方式分析获得阻尼系数ζ。

如果上述一次电压测量过程中电压消失之后连续两个加速度振动幅值为a₁和a₀，那么

其中，通过如下方式分析获得弹簧弹性系数k，即k＝4π²mf₀ ²，其中m为振子实际质量。

马达建模的过程就是利用测量和统计得到的马达参数，结合马达机械动力学和电路模型，近似准确的模拟马达的行为，并且在控制装置中实现这个过程。有了这个模型，就会方便在后面一步的迭代设计，而避免无法测量实际的振子速度和相位等参数。

振动马达的模型有很多种，可选地，可以用二阶常微分方程来描述振动马达的模型：

其中，y表示位移，ξ表示阻尼系数，w_n表示自然振荡频率，x为某一设定变量，可以具有各种形式和含义。

迭代设计过程如下：针对初始的目标振动波形，使用方波驱动，以尽快达到初始目标振动的第一个振子速度过零点。驱动方波信号产生的电磁力与振子的运动方向始终一致，即一直做正功，即可认为可最大可能达到初始目标振动的第一个振子速度过零点。而后，在振子速度为零时，改变方波相位，进行长时间不变相位驱动，获取马达振子的第二个振子速度过零点。此时，调整驱动幅度以尽可能逼近目标振动波形，同时进一步改变方波的相位。重复上述操作，逐次逼近目标振动波形，直到得到符合条件的逼近效果。

可选地，符合条件的逼近效果可以用局部最大振幅出现的时刻和局部最大振幅量来描述。当两者的误差均在设定的误差范围以内时可以认为逼近效果符合条件。

可选地，控制装置4控制信号发生器5调整电压驱动信号直至振动马达7的振动符合条件，包括：控制信号发生器5产生方波电压信号作为电压驱动信号，并重复以下操作直至所述振动马达的振动符合条件：

当振动马达7的振动波形达到目标振动的速度过零点时，改变方波信号的相位；和/或，当振动马达7的振动达到目标振动的速度过零点时，调整方波信号的幅度并改变方波信号的相位。

可选地，当振动马达7的局部最大振幅满足第一条件且局部最大振幅的出现时刻满足第二条件时，振动马达7的振动符合条件。

可选地，第一条件为振动马达7的局部最大振幅达到目标振动波形振幅附近的设定振幅区间内(例如，局部最大振幅达到目标振动波形振幅的90％)，第二条件为振动马达7的局部最大振幅的出现时刻在对应目标振幅出现时刻附近的设定时间区间内。

可选地，当振动马达7连续出现的局部最大振幅之间的差值与出现时刻的时间差的比值与目标振动对应的比值之间的误差在设定范围以内时，振动马达7的振动符合条件。

以上描述和附图充分地示出了本公开的实施例，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施例可以包括结构的、逻辑的、电气的、过程的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的部件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施例的部分和特征可以被包括在或替换其他实施例的部分和特征。而且，本申请中使用的用词仅用于描述实施例并且不用于限制权利要求。如在实施例以及权利要求的描述中使用的，除非上下文清楚地表明，否则单数形式的“一个”(a)、“一个”(an)和“所述”(the)旨在同样包括复数形式。类似地，如在本申请中所使用的术语“和/或”是指包含一个或一个以上相关联的列出的任何以及所有可能的组合。另外，当用于本申请中时，术语“包括”(comprise)及其变型“包括”(comprises)和/或包括(comprising)等指陈述的特征、整体、步骤、操作、元素，和/或组件的存在，但不排除一个或一个以上其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或这些的分组的存在或添加。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个…”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法或者设备中还存在另外的相同要素。本文中，每个实施例重点说明的可以是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分可以互相参见。

Claims (6)

1.一种用于生成马达驱动信号的系统，其特征在于，包括：

振动马达，用于终端，被配置为在电压驱动信号的作用下产生振动；

信号发生器，与所述振动马达的驱动端电连接，被配置为受控产生驱动所述振动马达的电压驱动信号；

加速度传感器，与所述振动马达的振动端连接，被配置为感应所述振动马达的振动并将感应到的振动转化为电信号；

控制装置，被配置为根据所述电信号控制所述信号发生器，调整电压驱动信号直至所述振动马达的振动符合条件；

其中，所述振动马达的振动符合条件，包括：

振动马达的局部最大振幅达到目标振动波形振幅附近的设定振幅区间内且局部最大振幅的出现时刻在对应目标振幅出现时刻附近的设定时间区间内；或，

连续出现的局部最大振幅之间的差值与出现时刻的时间差的比值与目标振动对应的比值之间的误差在设定范围以内。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：

信号放大器和采集器，串联在所述加速度传感器和控制装置之间，被配置为将所述电信号进行放大后传送给所述控制装置。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述信号发生器受控产生的电压驱动信号，满足如下关系：

v_out＝(v_start+n·Δv)sin(2π(f_start+m·Δf)t)

其中，v_out表示输出电压，v_start表示起始输入电压，△v表示电压调整步长，f_start表示起始信号频率，△f表示频率调整步长，t表示时间，m、n是整数序号，其值为，n＝0,1,2…，m＝0,1,2…。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制装置包括：

参数分析单元，被配置为根据所述电信号分析获得所述振动马达的参数；所述振动马达的参数包括弹簧弹性系数k，阻尼系数ζ，共振频率f0中的一个或多个。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述振动马达的模型包括以下形式：

其中，y表示位移，ξ表示阻尼系数，w_n表示自然振荡频率，x为预置的变量。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制装置控制所述信号发生器调整电压驱动信号直至所述振动马达的振动符合条件，包括：

控制所述信号发生器产生方波电压信号作为电压驱动信号，并重复以下操作直至所述振动马达的振动符合条件：

当所述振动马达的振子速度达到过零点时，改变方波信号的相位；和/或，

当所述振动马达的振子速度达到过零点时，调整方波信号的幅度并改变方波信号的相位。

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