CN111585487B - 一种控制电机发声的系统 - Google Patents

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Abstract

发明提供一种控制电机发声的系统，PWM单元将初始PWM信号传输至混合处理单元，音频单元将常规的音频信号也传输至混合处理单元，混合处理单元将初始PWM信号和音频信号进行逻辑或数学运算，产生混合PWM信号，然后驱动单元根据混合PWM信号驱动功率器件；由此可见，本发明采用PWM信号对音频信号进行调制，使得电机在不同运行状态下发出特定的声音，从而实现通过声音指示电机的工作状态的目的。

Description

一种控制电机发声的系统
技术领域
本发明属于声音控制技术领域，尤其涉及一种控制电机发声的系统。
背景技术
电机运行时发出咝咝、嘟嘟、沙沙、吱吱、嗡嗡、轰轰、叽哩叽哩、嘎吱嘎吱等声音，有时甚至没有声音，实现静音控制。电机发声是一种常规的现象，如果对电机的声音进行控制，即可听到规律的声音。以此使用不同的声音指示不同的工况，可实现更优的人机交互体验、节省发声设备的投入、抑或辅助定位系统故障等有益效果。
随着电子技术的发展，出现了多种脉冲宽度调制(Pulse width modulation，PWM)技术，其中包括：相电压控制PWM、脉宽PWM法、随机PWM、SPWM法、线电压控制PWM等。脉宽调制(PWM)基本原理：就是对逆变电路开关器件的通断进行控制，使输出端得到一系列幅值相等的脉冲，用这些脉冲来代替正弦波或所需要的波形。
常规使用PWM控制电机的方式，如附图1所示，包含：PWM单元、驱动单元、功率器件。PWM单元产生的PWM信号，通过驱动单元，驱动功率器件，以此控制电机运转。然而，现有的电机控制方式并不能对电机的声音进行控制。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种控制电机发声的系统，能够控制电机的运转与发声。
一种控制电机发声的系统，包括PWM单元、音频单元、混合处理单元、驱动单元以及功率器件；
所述PWM单元用于获取初始PWM信号；
所述音频单元用于获取电机在不同运行状态下的音频信号，其中，电机的运行状态不同，音频信号的波形不同；
所述混合处理单元用于将初始PWM信号分别与各运行状态下的音频信号进行逻辑或运算，得到多个混合PWM信号；
所述驱动单元用于分别在各混合PWM信号控制下，驱动功率器件，以此控制电机的运转，使电机发出对应的运行声音，其中，运行声音与运行状态一一对应。
进一步地，一种控制电机发声的系统，还包括电机状态采集单元；
所述电机状态采集单元用于在音频单元得到音频信号之前获取电机的初始转矩，其中，初始转矩的大小与初始PWM信号有关；还用于在音频单元得到音频信号之后获取电机的混合转矩，其中，混合转矩的大小与混合PWM信号有关；
所述混合处理单元还用于根据初始转矩与混合转矩计算转矩脉动，然后根据转矩脉动的大小调节初始PWM信号的占空比和音频信号的幅值，使得混合PWM信号在设定范围，其中，当转矩脉动大于设定上限时，减小初始PWM信号的占空比或减小音频信号的幅值；当转矩脉动小于设定下限时，增加初始PWM信号的占空比或增加音频信号的幅值。
进一步地，所述转矩脉动的计算方法为：
(混合转矩-初始转矩)/初始转矩。
有益效果：
1、本发明提供一种控制电机发声的系统，PWM单元将初始PWM信号传输至混合处理单元，音频单元将常规的音频信号也传输至混合处理单元，混合处理单元将初始PWM信号和音频信号进行逻辑或数学运算，产生混合PWM信号，然后驱动单元根据混合PWM信号驱动功率器件；由此可见，本发明采用PWM信号对音频信号进行调制，使得电机在不同运行状态下发出特定的声音，从而实现通过声音指示电机的工作状态的目的。
2、本发明提供一种控制电机发声的系统，通过电机状态采集单元采集音频信号之前的初始转矩和之后的混合转矩，然后通过两个转矩计算转矩脉动，再根据转矩脉动调节PWM信号和音频信号，使得最后生成的混合PWM信号既能够使得电机在不同运行状态下发出特定的声音，从而实现通过声音指示电机的工作状态，又在系统正常工作下需要维持的设定范围，保证系统运行不出现故障。
附图说明
图1为现有的电机控制方式的原理框图；
图2为本发明提供的一种控制电机发声的系统的原理框图；
图3为现有的常规矢量控制方式的原理框图；
图4为本发明提供的矢量控制方式的原理框图；
图5为常规矢量控制算法得到的PWM信号示意图；
图6为常规音频信号示意图；
图7为本发明提供的混合PWM信号示意图；
图8为本发明提供的最终PWM信号示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
如图2所示，一种控制电机发声的系统，其特征在于，包括PWM单元、音频单元、混合处理单元、驱动单元以及功率器件；
所述PWM单元用于获取初始PWM信号；
所述音频单元用于获取电机在不同运行状态下的音频信号，其中，电机的运行状态不同，音频信号的波形不同；
所述混合处理单元用于将初始PWM信号分别与各运行状态下的音频信号进行逻辑或运算，得到多个混合PWM信号；
所述驱动单元用于分别在各混合PWM信号控制下，驱动功率器件，以此控制电机的运转，使电机发出对应的运行声音，其中，运行声音与运行状态一一对应。
需要说明的是，声音信号一般频率是18kHz以下，控制电机的PWM信号也是一个具有频率的信号，则将二者叠加，即可控制电机运转，又可以控制电机发声；此外，由于PWM信号是个变量，其占空比会变化，则将产生不同的最终PWM信号，以此使电机产生不同的声音。
进一步地，如果不对初始PWM信号或者音频信号进行调整，最后得到的混合PWM信号可能会超过系统维持正常工作需要的设定范围，因此，为了保证系统能够正常运行，本系统还包括电机状态采集单元；
所述电机状态采集单元用于在音频单元得到音频信号之前获取电机的初始转矩，其中，初始转矩的大小与初始PWM信号有关；还用于在音频单元得到音频信号之后获取电机的混合转矩，其中，混合转矩的大小与混合PWM信号有关；
所述混合处理单元还用于根据初始转矩与混合转矩计算转矩脉动，然后根据转矩脉动的大小调节初始PWM信号的占空比和音频信号的幅值，使得混合PWM信号在设定范围，其中，当转矩脉动大于设定上限时，减小初始PWM信号的占空比或减小音频信号的幅值；当转矩脉动小于设定下限时，增加初始PWM信号的占空比或增加音频信号的幅值。具体有：
(混合转矩–初始转矩)/初始转矩<转矩脉动上限
(混合转矩–初始转矩)/初始转矩>转矩脉动下限
本发明实质为一种矢量控制方法，其中，常规的矢量控制方式如图3所示，最后通过PWM单元计算出PWM信号；本发明在矢量控制方式中的应用如附图4所示，SVPWM单元计算出的PWM信号，经过PWM与音频混合处理单元，产生最终PWM信号；进一步地，音频单元将音频信号输出至混合处理单元；进一步地，电机状态采集单元输出电机的转速、转矩、电压、电流等信息至混合处理单元，保证最终输出的PWM信号不会导致系统故障；其中，三相逆变器相当于驱动单元和功率器件的组合。
例如，常规矢量控制算法PWM载波信号如附图5所示，当叠加如附图6所示的常规音频信号，产生如附图7所示的混合PWM信号；此时需要匹配电机的状态信息，使得混合PWM信号的幅值、频率等不至于使系统出现故障，匹配计算后产生如附图8所示的最终PWM信号。
当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当然可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (1)

1.一种控制电机发声的系统，其特征在于，包括PWM单元、音频单元、混合处理单元、驱动单元、功率器件以及电机状态采集单元；
所述PWM单元用于获取初始PWM信号；
所述音频单元用于获取电机在不同运行状态下的音频信号，其中，电机的运行状态不同，音频信号的波形不同；
所述混合处理单元用于将初始PWM信号分别与各运行状态下的音频信号进行逻辑或运算，得到多个混合PWM信号；
所述驱动单元用于分别在各混合PWM信号控制下，驱动功率器件，以此控制电机的运转，使电机发出对应的运行声音，其中，运行声音与运行状态一一对应；
所述电机状态采集单元用于在音频单元得到音频信号之前获取电机的初始转矩，其中，初始转矩的大小与初始PWM信号有关；还用于在音频单元得到音频信号之后获取电机的混合转矩，其中，混合转矩的大小与混合PWM信号有关；
所述混合处理单元还用于根据初始转矩与混合转矩计算转矩脉动，然后根据转矩脉动的大小调节初始PWM信号的占空比和音频信号的幅值，使得混合PWM信号在设定范围，其中，当转矩脉动大于设定上限时，减小初始PWM信号的占空比或减小音频信号的幅值；当转矩脉动小于设定下限时，增加初始PWM信号的占空比或增加音频信号的幅值；其中，所述转矩脉动的计算方法为：
(混合转矩-初始转矩)/初始转矩。
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