CN111722109B - 马达系统失真的测量方法及设备、计算机可读存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种马达系统失真的测量方法及设备、计算机可读存储介质，该测量方法包括：生成对数扫频信号及和对数扫频信号对应的逆信号；根据对数扫频信号计算得到马达的加速度信号；根据加速度信号及对数扫频信号的逆信号求解所述马达系统的核函数；根据核函数计算马达系统的失真。通过上述实施方式，本发明能够在测试精度和现有方法近似相同的前提下，能够缩短马达系统的失真测试时间，便于进行快速产线测试。

Description

马达系统失真的测量方法及设备、计算机可读存储介质

技术领域

本发明涉及电机驱动技术领域，特别是涉及一种马达系统失真的测量方法及设备、计算机可读存储介质。

背景技术

科技日益发展的今天，仅视听觉信息已无法满足人们的需求，触觉反馈作为一种新的感受信息逐渐进入大众视野。以马达为载体的触觉致动器，通过设计其特定波形，可以获得定制化的触觉体验，极大程度地丰富了用户感知。为了获得丰富且纯净的体验效果，一般希望马达能够工作在失真相对较小的频率区间。马达的失真测试可为设计师进行效果设计提供客观数值参考，变得越来越重要。通常采用总谐波失真(THD)和m阶谐波失真(HDm)来描述马达的失真，前者表示所有(或者大部分)高阶谐波能量总和占总能量的比值，后者表示第m阶谐波能量占总能量的比值，采用百分比进行描述。

传统的马达失真测量方法与声学中测量失真的方法类似，即对系统进行单一频率信号的激励，系统的非线性会产生高次谐波(即该频率信号的倍频分量)，通过高阶和基频的能量比，来表示这个频率对应的THD和HDm；再遍历不同频点，直到把所有感兴趣频率点的失真测试完成。对于频率为f的单频激励，THD和HDm的计算公式如下：

其中，P(f)表示输出信号的频谱。

为了使单频信号输出在频域产生足够积累，要求激励信号在每个感兴趣的频点保持足够的时长，通常在百毫秒数量级。若每个频点持续500ms，测试100个频点需要50s左右，如此对于测试一颗马达单体而言耗费时间过长。

发明内容

本发明主要是提供一种马达系统失真的测量方法及设备、计算机可读存储介质，能够解决现有技术中对于单个马达失真测量其损耗时间过长的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种马达系统失真的测量方法，所述测量方法包括：生成对数扫频信号及和所述对数扫频信号对应的逆信号；根据所述对数扫频信号计算得到所述马达系统的加速度信号；根据所述加速度信号及所述对数扫频信号的逆信号求解所述马达系统的核函数；根据所述核函数计算所述马达系统的失真。

其中，所述根据所述对数扫频信号计算得到所述马达的加速度信号包括：将所述对数扫频信号反馈给马达系统；采集所述马达系统输出的所述加速度信号；其中，所述加速度信号的公式为：

其中，h1、h2…hp为所述马达系统的核函数，M1，M2...，Mp为第p阶核函数的长度，N为所述对数扫频信号的总采样点数，f1、f2分别为所述对数扫频信号的起始频率和终止频率。

其中，所述根据所述加速度信号及所述对数扫频信号的逆信号求解马达系统的核函数包括：将所述加速度信号和所述对数扫频信号的逆信号进行卷积运算，以得到一维脉冲序列；使用窗函数截取所述一维脉冲序列中各部分的脉冲响应序列；根据所述脉冲响应序列求解所述马达系统的核函数。

其中，所述对数扫频信号为：

其中，A为幅度，ω₁为所述扫频信号的起始角频率，ω₂为所述扫频信号的终止角频率，T为信号时长，N为总采样点数；

所述扫频信号的逆信号为：

其中，A为幅度，ω₁为所述扫频信号逆信号的起始角频率，ω₂为所述扫频信号逆信号的终止角频率，T为信号时长，N为总采样点数。

其中，所述一维脉冲序列中各部分的脉冲响应序列为：

其中，u为单位阶跃函数，M₁、M₂……M_p为所述窗函数的长度，γ_p0为表示第p个脉冲响应的延时偏移量，其表达式为：

其中，所述根据所述脉冲响应序列求解所述马达系统的核函数公式为：

其中，B为转移矩阵。

其中，所述根据所述核函数计算所述马达系统的失真包括：获取所述对数扫频信号为单频信号时所述马达系统的输出信号；根据所述输出信号分别得到所述马达的总谐波失真以及高次谐波失真。

其中，所述对数扫频信号为单频信号时所述马达系统的输出信号为：

其中，p为所述马达系统核函数最高阶数及高次谐波的最高次数，H_k(f)为第k阶核函数h_k(t)的傅里叶变换，Γ_m(X,mf)为第m次谐波的贡献，C＝B^-1；所述马达的高次谐波失真为：

所述马达的总谐波失真为：

其中，Γ_Tot(X,f)为各次谐波贡献之和，且表达式为：

为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种马达系统失真的测量设备，所述测量设备包括处理器以及存储器，所述存储器存储有计算机指令，所述处理器耦合所述存储器，所述处理器在工作时执行所述计算机指令以实现上述的测量方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的又一个技术方案是：提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行以实现如上述的测量方法。

本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明提供一种马达系统失真的测量方法及设备、计算机可读存储介质，通过生成对数扫频信号及和其对应的逆信号，根据对数扫频信号得到马达的加速度信号，再根据加速度信号及对数扫频信号的逆信号求解马达系统的核函数，基于核函数计算马达系统总谐波失真参数，如此能够在测试精度和现有方法近似相同的前提下，缩短马达系统的失真测试时间，便于进行快速产线测试。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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，其中：

图1是本发明提供的马达应失真的测量方法一实施方式的流程示意图；

图2是本发明图1中步骤S200一实施方式的流程示意图；

图3是本发明图1中步骤S300一实施方式的流程示意图；

图4是本发明卷积所得的脉冲响应序列一实施方式的示意图；

图5是本发明图1中步骤S400一实施方式的流程示意图；

图6是本发明马达系统的失真测量方法和传统测量方法测量的总谐波失真的对比示意图；

图7是本发明马达系统的失真测量的硬件系统示意图；

图8是本发明提供的马达系统失真的测量设备实施例的示意框图；

图9是本发明提供的计算机可读存储介质实施例的示意框图。

具体实施方式

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的一部分实施例，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。

请一并参阅图1，图1是本发明提供的马达应失真的测量方法一实施方式的流程示意图，如图1本发明实施例中的马达失真的测试方法可具体包括：

S100，生成对数扫频信号及和对数扫频信号对应的逆信号。

首先生成对数扫频信号，且该对数扫频信号的表达式入下：

其中，A为幅度，ω₁为所述扫频信号的起始角频率，ω₂为所述扫频信号的终止角频率，T为信号时长，N为总采样点数，且参数满足：

进一步，根据对数扫频信号x(n)生成其逆信号

速，且该对数扫频信号的逆信号

表达式为：

S200，根据对数扫频信号计算得到马达的加速度信号。

请进一步结合图2，图2为本发明步骤S200一实施方式的流程示意图，如图2，步骤S200进一步包括如下子步骤：

S210，将对数扫频信号反馈给马达系统。

可选地，本发明实施例中采用数据库软件(VF)进行非线性描述，在实际应用场景中以对数扫频信号x(n)为输入，激励马达系统输出对应的振动加速度信号。

S220，采集马达系统输出的加速度信号。

可选地，采用加速度计采集马达系统输出的振动加速度信号y(n)。其中，对数扫频信号x(n)和加速度信号y(n)之间的关系满足：

其中，h₀为直流，hi为Volterra核函数，h1为一维向量，h2为二维矩阵……直至i维矩阵。可选地，忽略VF中直流、2阶及以上系数矩阵上非对角元素，只保留对角(ODVF)，上述对数扫频信号x(n)和加速度信号y(n)之间的关系满足：

其中，h1、h2…hp为所述马达系统的核函数，M1，M2...，Mp为第p阶核函数的长度，N为对数扫频信号的总采样点数，f1、f2分别为对数扫频信号的起始频率和终止频率。

可选地，为保证建模的准确性Mp的取值应该足够长，且应避免太长使各次谐波之间产生混叠，故Mp的取值一般为M1＝M2＝...＝Mp，且Mp的最大取值为

可以理解的是，本发明提供的马达系统失真的测量方法其关键在于上述核函数的求解，且在求解核函数后，能够基于该核函数计算马达系统总谐波失真参数。

S300，根据加速度信号及所述对数扫频信号的逆信号求解马达系统的核函数。

请进一步结合图3，图3为本发明步骤S300一实施方式的流程示意图，如图3，步骤S300进一步包括如下子步骤：

S310，将加速度信号和对数扫频信号的逆信号进行卷积运算，以得到一维脉冲序列。

请结合图4，图4为本发明卷积所得的脉冲响应序列一实施方式的示意图。具体地，通过将加速度信号y(n)和对数扫频信号的逆信号

进行卷积运算，以得到一维脉冲序列k(n)，k(n)由一系列延时的脉冲响应序列组成。

S320，使用窗函数截取一维脉冲序列中各部分的脉冲响应序列。

使用窗函数截取一维脉冲序列k(n)中各部分的脉冲响应序列k₁(n)～k_p(n)，且各部分的脉冲响应序列k₁(n)～k_p(n)表达式为：

其中，u为单位阶跃函数，M₁、M₂……M_p为所述窗函数的长度，γ_p0为表示第p个脉冲响应的延时偏移量，其表达式为：

S330，根据脉冲响应序列求解马达系统的核函数。

可选地，根据脉冲响应序列k₁(n)～k_p(n)求解马达系统的核函数h₁～h_p公式为：

其中，B为转移矩阵。

在本发明具体实施方式中，若马达系统的核函数最高阶数为5时(P＝5)，此时转移矩阵B为：

S400，根据核函数计算马达系统的失真。

请进一步结合图5，图5为本发明步骤S400一实施方式的流程示意图。如图5，步骤S400进一步包括如下子步骤：

S410，获取对数扫频信号为单频信号时马达系统的输出信号。

当对数扫频信号x(t)为单频信号时，即x(t)＝Xcos(2πft)，其中，X为信号幅度，如此便可得到马达系统的输出信号z(t)为：

其中，p为所述马达系统核函数最高阶数及高次谐波的最高次数，H_k(f)为第k阶核函数h_k(t)的傅里叶变换，Γ_m(X,mf)为第m次谐波的贡献，C＝B^-1。

S420，根据输出信号分别得到马达的总谐波失真以及高次谐波失真。

可选地，根据马达系统的输出信号z(t)可以得到马达的高次谐波失真为：

所述马达的总谐波失真为：

其中，Γ_Tot(X,f)为各次谐波贡献之和，且表达式为：

请进一步结合图6，图6为本发明马达系统的失真测量方法和传统测量方法测量的总谐波失真的对比示意图，如图6，圆圈为传统的step(阶跃)计算结果，实线为本发明测量方法(chirp，啁啾)计算结果，从二者的对比图中可以看出，两者的结果是比较接近的。值得注意的是，采用本发明的测量方法，chirp信号的时长为10s左右，比通常一分钟左右的step信号测试时间节省了约5/6，也即是说本申请提供的马达系统的失真测量方法适合在产线进行快速测试和筛选。

进一步结合图7，图7为本发明马达系统的失真测量的硬件系统示意图，如图7，该测量的硬件系统包括马达、工装、海绵体、电脑、采集卡、放大器以及加速度计。其中，具体实现原理为：

马达(LRA)和工装粘性贴合，且工装放置在海绵体上以避免环境对测量结果的影响。加速度计用于ACC测量工装在马达LRA振动方向上的加速度。电脑PC上生成的数字信号送入到采集卡进行数模转换成模拟信号，并通过放大器AMP2进行放大以激励马达LRA，马达LRA的振动会带动工装反向振动，并通过加速度计ACC采集并放大，采集卡NI-DAQ同步采集测量振动方向上的加速度y(n)和激励马达的电压信号x(n)。

上述实施方式中，通过生成对数扫频信号及和其对应的逆信号，根据对数扫频信号得到马达的加速度信号，再根据加速度信号及对数扫频信号的逆信号求解马达系统的核函数，基于核函数计算马达系统总谐波失真参数，如此能够在测试精度和现有方法近似相同的前提下，缩短马达系统的失真测试时间，便于进行快速产线测试。

参阅图8，图8是本发明提供的马达系统失真的测量设备一实施例的示意框图，本实施例中的测量设备包括处理器310及存储器320，处理器310与存储器320耦合，存储器320存储有计算机指令，处理器310在工作时执行计算机指令以实现上述任一实施例中的测量方法。

其中，处理器310还可以称为CPU(Central Processing Unit，中央处理单元)。处理器310可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。处理器310还可以是通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现成可编程门阵列(FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器，但不仅限于此。

参阅图9，图9是本发明提供的计算机可读存储介质实施例的示意框图，本实施例中的计算机可读存储介质存储有计算机程序410，该计算机程序410能够被处理器执行以实现上述任一实施例中的测量方法。

可选的，该可读存储介质可以是U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质，或者是计算机、服务器、手机、平板等终端设备。

区别于现有技术，本发明实施例提供一种马达系统失真的测量方法及设备、计算机可读存储介质，通过生成对数扫频信号及和其对应的逆信号，根据对数扫频信号得到马达的加速度信号，再根据加速度信号及对数扫频信号的逆信号求解马达系统的核函数，基于核函数计算马达系统总谐波失真参数，如此能够在测试精度和现有方法近似相同的前提下，缩短马达系统的失真测试时间，便于进行快速产线测试。

以上所述仅为本发明的实施例，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)

1.一种马达系统失真的测量方法，其特征在于，所述测量方法包括：

生成对数扫频信号及和所述对数扫频信号对应的逆信号；

根据所述对数扫频信号计算得到所述马达系统的加速度信号，所述加速度信号的公式为：

其中，h1、h2…hp为所述马达系统的核函数，M1，M2...，Mp为第p阶核函数的长度，且Mp的取值不超过

N为所述对数扫频信号的总采样点数，f1、f2分别为所述对数扫频信号的起始频率和终止频率；

根据所述加速度信号及所述对数扫频信号的逆信号求解所述马达系统的核函数；

根据所述核函数计算所述马达系统的失真。

2.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述根据所述对数扫频信号计算得到所述马达的加速度信号包括：

将所述对数扫频信号反馈给马达系统；

采集所述马达系统输出的所述加速度信号。

3.根据权利要求2所述的测量方法，其特征在于，所述根据所述加速度信号及所述对数扫频信号的逆信号求解马达系统的核函数包括：

将所述加速度信号和所述对数扫频信号的逆信号进行卷积运算，以得到一维脉冲序列；

使用窗函数截取所述一维脉冲序列中各部分的脉冲响应序列；

根据所述脉冲响应序列求解所述马达系统的核函数。

4.根据权利要求3所述的测量方法，其特征在于，所述对数扫频信号为：

其中，A为幅度，ω₁为所述扫频信号的起始角频率，ω₂为所述扫频信号的终止角频率，T为信号时长，N为总采样点数；

所述扫频信号的逆信号为：

其中，A为幅度，ω₁为所述扫频信号逆信号的起始角频率，ω₂为所述扫频信号逆信号的终止角频率，T为信号时长，N为总采样点数。

5.根据权利要求3所述的测量方法，其特征在于，所述一维脉冲序列中各部分的脉冲响应序列为：

其中，u为单位阶跃函数，M₁、M₂……M_p为所述窗函数的长度，γ_p0为表示第p个脉冲响应的延时偏移量，其表达式为：

6.根据权利要求5所述的测量方法，其特征在于，所述根据所述脉冲响应序列求解所述马达系统的核函数公式为：

其中，B为转移矩阵。

7.根据权利要求6所述的测量方法，其特征在于，所述根据所述核函数计算所述马达系统的失真包括：

获取所述对数扫频信号为单频信号时所述马达系统的输出信号；

根据所述输出信号分别得到所述马达的总谐波失真以及高次谐波失真。

8.根据权利要求7所述的测量方法，其特征在于，所述对数扫频信号为单频信号时所述马达系统的输出信号为：

其中，p为所述马达系统核函数最高阶数及高次谐波的最高次数，H_k(f)为第k阶核函数h_k(t)的傅里叶变换，Γ_m(X,mf)为第m次谐波的贡献，C＝B^-1；

所述马达的高次谐波失真为：

所述马达的总谐波失真为：

其中，Γ_Tot(X,f)为各次谐波贡献之和，且表达式为：

9.一种马达系统失真的测量设备，其特征在于，所述测量设备包括处理器以及存储器，所述存储器存储有计算机指令，所述处理器耦合所述存储器，所述处理器在工作时执行所述计算机指令以实现如权利要求1～8任一项所述的测量方法。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行以实现如权利要求1～8任一项所述的测量方法。

Images