CN111551847B - 马达振子质量的估算方法、存储介质、测试终端及系统 - Google Patents

马达振子质量的估算方法、存储介质、测试终端及系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种马达振子质量的估算方法、存储介质、测试终端及系统，本发明先获取对马达振子的质量进行预估而产生的预估质量值，再根据预估质量值以及工装加速度与工装质量值计算出马达的振子加速度值，接着根据振子加速度值以及马达两端的电压和电流计算出马达的质量校验值，进而判断预估质量值是否等于质量校验值，若是则该预估质量值即为马达振子的实际质量值，若不是则修正预估质量值并继续进行计算判断。可以看出，本发明仅通过获取工装加速度值以及马达两端的电压和电流，即可估算出马达振子的实际质量值，具有非常高的便利性，适用于大多数测试场景。

Description

马达振子质量的估算方法、存储介质、测试终端及系统
【技术领域】
本发明涉及线性马达技术领域，尤其涉及一种马达振子质量的估算方法、存储介质、测试终端及系统。
【背景技术】
如图1所示，现有技术中的线性马达模型中，ue为马达的驱动电压，Reb为马达的直流阻抗，Leb为马达的音圈电感，i为马达音圈中的电流，u为马达振子运动引起的反向电动势，F为电磁力，φ(x)为马达的电磁力系数，kd(x)为弹簧劲度系数，x为马达振子的位移，cd(v)为阻尼器的力阻系数，v为马达振子的速度，md为马达振子质量。在较小的驱动信号激励下线性马达将工作于线性区域，此时可以把电磁力系数φ(x)看作线性参数φ0、弹簧劲度系数kd(x)看作线性参数kd、阻尼系数cd(v)看作线性参数cd。因此此时马达阻抗Z的传递函数为
Figure BDA0002347774620000011
在上述的情况下，通过测量马达两端的电流ic(s)和电压vc(s)后采用拉普拉斯求解的方式可以得到各个参数值。但是在实际测试中(即大部分测试场景中)，不便于测试出马达的振子质量，从而导致上述公式中的md不准确，进而使测试得到的各个参数值不准确。基于此，需要一种估算方法，能便于测试出准确的马达振子的质量。
【发明内容】
鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种马达振子质量的估算方法、存储介质、测试终端及系统，旨在解决现有技术中不便于测试出准确的马达振子的质量的问题。
第一方面，本发明提供了一种马达振子质量的估算方法，所述马达振子质量的估算方法包括：
S1、获取对所述马达振子的质量进行预估而产生的预估质量值；
S2、根据所述预估质量值以及所述马达的工装加速度值与工装质量值，计算出所述马达的振子加速度值；
其中，所述工装加速度值表示所述马达安装于测试装置的工装后的加速度值，所述工装质量值表示所述马达安装于马达测试装置的的工装后的质量值；
S3、根据所述振子加速度值以及所述马达两端的电压与电流，计算出一质量检验值；
S4、判断所述质量检验值是否等于所述预估质量值；
若是，则输出所述预估质量值，所述预估质量值作为所述马达振子的实际质量值；
若否，则修正所述预估质量值，将修正后的预估质量值作为步骤S2中的预估质量值，并返回步骤S2。
进一步地，在所述步骤S2之前，所述马达振子质量的估算方法还包括：
接收马达测试装置所测得的马达两端的电压与电流以及工装加速度值。
进一步地，所述步骤S2包括：
根据所述预估质量值、工装加速度值与工装质量值，通过以下公式计算出所述马达的振子加速度值：
Figure BDA0002347774620000021
其中，ad为马达的振子加速度，af为工装加速度，mf为工装质量，md为马达振子的质量。
进一步地，所述步骤S3包括：
S31、根据所述振子加速度值、电压和电流，计算出所述马达的电磁力系数值；
S32、根据所述振子加速度值、电流和电磁力系数值，计算出所述质量校验值。
再进一步地，所述步骤S31包括：
分别将所述振子加速度值、电压和电流进行拉普拉斯变换后，通过以下公式计算出所述电磁力系数值：
Figure BDA0002347774620000031
其中，Reb为马达的直流阻抗值，Leb为马达的音圈电感值，φ0为马达的电磁力系统值，ad(s)为马达的振子加速度在s域的表达方式，vc(s)为马达两端的电压在s域的表达方式，ic(s)为马达两端的电流在s域的表达方式。
再进一步地，所述步骤S32包括：
分别将所述振子加速度值和电流进行拉普拉斯变换后并结合所述电磁力系数值，通过以下公式计算出马达振子的质量，所述马达振子的质量作为所述质量校验值：
Figure BDA0002347774620000032
其中，md为马达振子的质量，cd为马达阻尼器的力阻系数，kd为弹簧劲度系数，φ0为马达的电磁力系统值，ic(s)为马达两端的电流在s域的表达方式，ad(s)为马达的振子加速度在s域的表达方式。
第二方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有马达振子质量的估算程序，所述马达振子质量的估算程序被处理器运行时执行如第一方面所述的马达振子质量的估算方法的步骤。
第三方面，本发明提供了一种测试终端，所述测试终端包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的马达振子质量的估算程序，所述马达振子质量的估算程序被所述处理器执行时实现如第一方面所述的马达振子质量的估算方法的步骤。
第四方面，本发明提供了一种马达振子质量估算系统，所述马达振子质量估算系统包括第三方面所述的测试终端以及马达测试装置，当所述测试终端进行估算时，接收所述马达测试装置所测得的马达两端的电压与电流以及工装加速度值。
有益效果：本发明提供一种马达振子质量的估算方法、存储介质、测试终端及系统，本发明先获取对马达振子的质量进行预估而产生的预估质量值，再根据预估质量值以及工装加速度与工装质量值计算出马达的振子加速度值，接着根据振子加速度值以及马达两端的电压和电流计算出马达的质量校验值，进而判断预估质量值是否等于质量校验值，若是则该预估质量值即为马达振子的实际质量值，若不是则修正预估质量值并继续进行计算判断。可以看出，本发明仅通过获取工装加速度值以及马达两端的电压和电流，即可估算出马达振子的实际质量值，具有非常高的便利性，适用于大多数测试场景。
【附图说明】
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术中的线性马达的模型示意图；
图2为本发明实施例所提供的马达振子质量估算系统的结构示意图；
图3为本发明实施例所提供的一种马达振子质量的估算方法；
图4为本发明实施例所提供的电子设备的结构示意图。
【具体实施方式】
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本实施例提供的一种马达振子质量估算系统，请参阅图2，所述马达振子质量估算系统包括测试终端100以及马达测试装置200，当所述测试终端100进行测试时，接收所述马达测试装置200所测得的马达两端的电压与电流以及工装加速度值。
上述系统中的马达测试装置200包括采集器201、信号放大器202、功率放大器203、加速度计204和工装205。当进行测试时，先将线性马达放置于工装内，接着测试终端100生成激励信号发送给采集器201，采集器将该激励信号通过功率放大器202放大之后激励被测线性马达。采集器201在线性马达振动后采集线性马达两端的电压、电流和工装加速度，采集完成后直接将这三者发送给测试终端100进行质量估算。其中工装加速度是由加速度计204采集并经过信号放大器放大后被采集器201采集的。
基于上述测试终端100，本实施例提供的一种由该终端执行的马达振子质量的估算方法，请参数图3，所述马达振子质量的估算方法包括：
S1、获取对所述马达振子的质量进行预估而产生的预估质量值。
在上述步骤S1中，先合理的将马达振子的质量进行预估，即先假设振子的质量为某一个值，此预估质量值用于后续的计算和判断。
S2、根据所述预估质量值以及所述马达的工装加速度值与工装质量值，计算出所述马达的振子加速度值。
具体来说，在进行步骤S2之前，需先接收马达测试装置200所测得的马达两端的电压与电流以及工装加速度值。另外，还需预先测量出工装质量值，工装质量值可以直接测量得出，其中，工装加速度值表示马达安装于测试装置的工装后的加速度值，所述工装质量值表示马达安装于马达测试装置的的工装后的质量值。
进一步地，步骤S2包括：
根据所述预估质量值、工装加速度值与工装质量值，通过以下公式计算出所述马达的振子加速度值：
Figure BDA0002347774620000051
其中，ad为马达的振子加速度，af为工装加速度，mf为工装质量，md为马达振子的质量。
具体来说，由于无法直接获取马达振子的质量，因此也无法直接获取马达的振子加速度。但是发明人发现，当工装质量值远大于马达的振子质量值时，马达的振子加速度可以用上述公式计算得到。
由于工装质量mf已经直接测试得到，马达振子的质量md为步骤S1中的预估质量值，工装加速度af已由马达测试装置200测试得到，因此将这三者代入上述公式，即可计算出马达的振子加速度值。
S3、根据所述振子加速度值以及所述马达两端的电压与电流，计算出一质量检验值。
在上述步骤S3中，在马达的振子加速度值以及马达两端的电压与电流已知的情况下，通过马达的电学阻抗方程和机械力学方程即可计算出马达振子的另一个质量值(即步骤S3中的质量校验值)。
进一步地，所述步骤S3包括：
S31、根据所述振子加速度值、电压和电流，计算出所述马达的电磁力系数值。
在上述步骤S31中，根据马达的振子加速度值以及马达两端的电压和电流，通过电学阻抗方程可以计算出马达的电磁力系数值。
再进一步地，步骤S31包括：
分别将所述振子加速度值、电压和电流进行拉普拉斯变换后，通过以下公式计算出所述电磁力系数值：
Figure BDA0002347774620000061
其中，Reb为马达的直流阻抗值，Leb为马达的音圈电感值，φ0为马达的电磁力系统值，ad(s)为马达的振子加速度在s域的表达方式，vc(s)为马达两端的电压在s域的表达方式，ic(s)为马达两端的电流在s域的表达方式。
具体来说，上述公式为电学阻抗方程在s域的表现形式。因此基于上述公式，将振子加速度值进行拉普拉斯变换后得到ad(s)，将电压进行拉普拉斯变换后得到vc(s)，将电流进行拉普拉斯变换后得到ic(s)，将这三者代入上述公式，通道拉普拉斯求解的方式即可得到电磁力系数值。
以下简单介绍上述公式的求解过程：
(1)设置s＝jωn，其中ωn＝2πfn，其中fn为驱动信号的频率，定义两个频率响应如下：
Figure BDA0002347774620000071
Figure BDA0002347774620000072
其中，Ti(fn)表示电流到加速度的频率响应，Ze(fn)表示电流到电压的频率响应。
(2)将(1)中两个频率响应代入上述电学阻抗方程中，得到误差函数为：
Figure BDA0002347774620000073
其中，Nstart和Nstop分别表示fn的开始频率点和结束频率点，
Figure BDA0002347774620000074
表示Ze(fn)的共轭复数。
(3)通过误差函数分别对直流阻抗、音圈电感和电磁力系数求偏导，得到以下三个偏导方程：
Figure BDA0002347774620000075
Figure BDA0002347774620000076
Figure BDA0002347774620000081
其中，Re{·}和Im{·}分别表示取大括号内复数的实部和虚部。
(4)设置N＝Nstop-Nstart+1，由于(3)中的三个方程均为线性方程，因此分别将上述三个偏导方程赋零值后得到以下线性方程组：
Figure BDA0002347774620000082
如此，通过求解上述线性方程组的最优解，即可得到直流阻抗值、音圈电感值和电磁力系数。
S32、根据所述振子加速度值、电流和电磁力系数值，计算出所述质量校验值。
在上述步骤S32中，根据马达的振子加速度值、电流和步骤S31得到的电磁力系数值，通过机械力学方程可以计算出质量校验值。
再进一步地，步骤S32包括：
分别将所述振子加速度值和电流进行拉普拉斯变换后并结合所述电磁力系数值，通过以下公式计算出马达振子的质量，所述马达振子的质量作为所述质量校验值：
Figure BDA0002347774620000083
其中，md为马达振子的质量，cd为马达阻尼器的力阻系数，kd为弹簧劲度系数，φ0为马达的电磁力系统值，ic(s)为马达两端的电流在s域的表达方式，ad(s)为马达的振子加速度在s域的表达方式。
具体来说，上述公式为机械力学方程在s域的表现形式。因此基于上述公式，将振子加速度值进行拉普拉斯变换后得到ad(s)，将电流进行拉普拉斯变换后得到ic(s)，再结合步骤S31得到的电磁力系数值，将这三者代入上述公式，通道拉普拉斯求解的方式即可得到马达的振子质量值，即质量校验值。
上述公式的求解过程与电学阻抗方程相似，以下简单介绍上述公式的求解过程：
(1)设置s＝jωn，其中ωn＝2πfn，其中fn为驱动信号的频率，定义一个频率响应如下：
Figure BDA0002347774620000091
其中，Lmo(fn)表示加速度到电流的频率响应。
(2)将(1)中的频率响应代入上述机械力学方程中，得到定义误差函数为：
Figure BDA0002347774620000092
其中，Nstart和Nstop分别表示fn的开始频率点和结束频率点，
Figure BDA0002347774620000093
表示Lmo(fn)的共轭复数。
(3)通过误差函数分别对振子的质量、阻尼器的阻尼系数和弹簧劲度系数求偏导，得到以下三个偏导方程：
Figure BDA0002347774620000094
Figure BDA0002347774620000095
Figure BDA0002347774620000101
其中，Re{·}和Im{·}分别表示取大括号内复数的实部和虚部。
(4)设置N＝Nstop-Nstart+1，由于(3)中的三个方程均为线性方程，因此分别将上述三个偏导方程赋零值后得到以下线性方程组：
Figure BDA0002347774620000102
如此，通过求解上述线性方程组的最优解，即可得到振子的质量、阻尼器的阻尼系数和弹簧劲度系数。
S4、判断所述质量检验值是否等于所述预估质量值；若是，则输出所述预估质量值，所述预估质量值作为所述马达振子的实际质量值；若否，则修正所述预估质量值，将修正后的预估质量值作为步骤S2中的预估质量值，并返回步骤S2。
在上述步骤S4中，若质量校验值等于预估质量值，则说明预估的质量值即为马达振子的实际质量值。若质量校验值不等于预估质量值，则说明预估的质量值并不是马达振子的实际质量值，因此修正预估质量值并继续计算得到对应的质量检验值，直至质量校验值等于预估质量值为止。
综上所述，本实施例先获取对马达振子的质量进行预估而产生的预估质量值，再根据预估质量值以及工装加速度与工装质量值计算出马达的振子加速度值，接着根据振子加速度值以及马达两端的电压和电流计算出马达的质量校验值，进而判断预估质量值是否等于质量校验值，若是则该预估质量值即为马达振子的实际质量值，若不是则修正预估质量值并继续进行计算判断。可以看出，本实施例仅通过获取工装加速度值以及马达两端的电压和电流，即可估算出马达振子的实际质量值，具有非常高的便利性，适用于大多数测试场景。
另外，请参阅图4，上述马达振子质量估算系统中的测试终端100包括处理器101、存储器102及马达振子质量的估算程序103，图4仅示出了所述测试终端的部分组件。
所述存储器102在一些实施例中可以是所述测试终端的内部存储单元，例如测试终端的硬盘或内存。所述存储器102在另一些实施例中也可以是所述测试终端的外部存储设备，例如所述测试终端上配备的插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(Secure Digital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。进一步地，所述存储器102还可以既包括所述测试终端的内部存储单元也包括外部存储设备。所述存储器102用于存储安装于所述测试终端的应用软件及各类数据。所述存储器102还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。在一实施例中，存储器102上存储有马达振子质量的估算程序103，该程序103可被处理器101所执行。
所述处理器101在一些实施例中可以是一中央处理器(Central ProcessingUnit,CPU)，微处理器或其他数据处理芯片，用于运行所述存储器102中存储的程序代码或处理数据。
在本实施例中，当处理器101执行所述存储器102中存储的马达振子质量的估算程序103时执行如上所述的马达振子质量的估算方法的步骤。具体实现可参见方法的具体实施，在此不再赘述。
基于同一发明构思，本实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有马达振子质量的估算程序，所述马达振子质量的估算程序被处理器运行时执行如上所述的马达振子质量的估算方法的步骤。具体实现可参见方法的具体实施，在此不再赘述。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.马达振子质量的估算方法，其特征在于，所述马达振子质量的估算方法包括：
S1、获取对所述马达振子的质量进行预估而产生的预估质量值；
S2、根据所述预估质量值以及工装加速度值与工装质量值，计算出所述马达的振子加速度值；
其中，所述工装加速度值表示所述马达安装于测试装置的工装后的加速度值，所述工装质量值表示所述马达安装于马达测试装置的的工装后的质量值；
S3、根据所述振子加速度值以及所述马达两端的电压与电流，计算出一质量检验值；
S4、判断所述质量检验值是否等于所述预估质量值；
若是，则输出所述预估质量值，所述预估质量值作为所述马达振子的实际质量值；
若否，则修正所述预估质量值，将修正后的预估质量值作为步骤S2中的预估质量值，并返回步骤S2；
所述步骤S2包括：
根据所述预估质量值、工装加速度值与工装质量值，通过以下公式计算出所述马达的振子加速度值：
Figure FDA0003610130220000011
其中，ad为马达的振子加速度，af为工装加速度，mf为工装质量，md为马达振子的质量；
步骤S3包括：
S31、根据所述振子加速度值、电压和电流，计算出所述马达的电磁力系数值；
S32、根据所述振子加速度值、电流和电磁力系数值，计算出所述质量校验值。
2.根据权利要求1所述的马达振子质量的估算方法，其特征在于，在所述步骤S2之前，所述马达振子质量的估算方法还包括：
接收马达测试装置所测得的马达两端的电压与电流以及工装加速度值。
3.根据权利要求1所述的马达振子质量的估算方法，其特征在于，步骤S31包括：
分别将所述振子加速度值、电压和电流进行拉普拉斯变换后，通过以下公式计算出所述电磁力系数值：
Figure FDA0003610130220000021
其中，Reb为马达的直流阻抗值，Leb为马达的音圈电感值，φ0为马达的电磁力系统值，ad(s)为马达的振子加速度在s域的表达方式，vc(s)为马达两端的电压在s域的表达方式，ic(S)为马达两端的电流在s域的表达方式。
4.根据权利要求1所述的马达振子质量的估算方法，其特征在于，步骤S32包括：
分别将所述振子加速度值和电流进行拉普拉斯变换后并结合所述电磁力系数值，通过以下公式计算出马达振子的质量，所述马达振子的质量作为所述质量校验值：
Figure FDA0003610130220000031
其中，md为马达振子的质量，cd为马达阻尼器的力阻系数，kd为弹簧劲度系数，φ0为马达的电磁力系统值，ic(s)为马达两端的电流在s域的表达方式，ad(s)为马达的振子加速度在s域的表达方式。
5.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有马达振子质量的估算程序，所述马达振子质量的估算程序被处理器运行时执行如权利要求1-4任一项所述的马达振子质量的估算方法的步骤。
6.一种测试终端，其特征在于，所述测试终端包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的马达振子质量的估算程序，所述马达振子质量的估算程序被所述处理器执行时实现如权利要求1-4任一项所述的马达振子质量的估算方法的步骤。
7.一种马达振子质量估算系统，其特征在于，所述马达振子质量估算系统包括如权利要求6所述的测试终端以及马达测试装置，当所述测试终端进行估算时，接收所述马达测试装置所测得的马达两端的电压与电流以及工装加速度值。
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