一种马达非线性补偿方法及其相关设备

【技术领域】

本发明涉及马达检测技术领域，尤其涉及一种马达非线性补偿方法及其相关设备。

【背景技术】

随着科技的发展，人们对电子产品的智能化、多样化要求越来越高，需要更加丰富的人体感知和人机交互体验。触感是人体感知中重要的一部分，而线性谐振激励器(LinearResonance Actuator，LRA，俗称马达)正是体现触感的关键件。因此，在智能手机、智能手表和平板电脑等电子设备中，线性马达的应用越来越及。

马达在振动过程中，其某些特性参数会随着位移的变化而变化，可以称之为非线性参数，而这种变化会造成马达实际振动效果与信号设计时的期望效果有所差异，从而影响触觉体验。

目前实现触觉反馈的功能器件主要是马达，而马达由于非线性参数的影响使得马达实际振动效果与预期效果之间的差距较大，导致用户体验较差。

【发明内容】

发明的目的在于提供一种马达非线性补偿方法，旨在解决现有的马达由于非线性参数的影响会产生较大的失真问题，本发明提供的马达非线性补偿方法包括：

获取原始信号及马达非线性模型；

基于所述马达非线性模型计算所述原始信号对应的补偿信号；

将所述补偿信号加载至马达以激励马达震动。

基于本发明实施例第一方面提供的马达非线性补偿方法，可选的，所述马达非线性模型的表达式包括：

u＝R

Bl(x)i＝ma+R

其中：所述u为马达两端电压；所述i为马达电流，所述x为马达振子位移；所述v为马达振子速度；所述a为马达振子加速度；所述R

所述马达非线性模型所包括的非线性参数包括：马达电磁力系数Bl、弹簧劲度系数K

Bl(x)＝Bl

K

R

其中，n为任意正整数，Bl

基于本发明实施例第一方面提供的马达非线性补偿方法，可选的，所述基于所述马达非线性模型计算所述原始信号对应的补偿信号，包括：

根据所述马达非线性模型和补偿公式计算所述原始信号对应的所述补偿信号，所述补偿公式包括：

其中，w为所述原始信号，u为所述补偿信号，x

基于本发明实施例第一方面提供的马达非线性补偿方法，可选的，其特征在于所述X(n+1)的计算方式包括:

将所述非线性模型进行状态空间转换，获得非线性状态空间模型；

基于所述非线性状态空间模型计算得到所述X(n+1)的值。

基于本发明实施例第一方面提供的马达非线性补偿方法，可选的，其特征在于所述非线性状态空间模型，包括：

y＝h(X)；

其中：

h(X)＝x

基于本发明实施例第一方面提供的马达非线性补偿方法，可选的，所述基于所述非线性状态空间模型计算得到所述X(n+1)，包括：

对所述非线性状态空间模型进行线性多步法离散化处理，基于所获得的离散化方程计算获得X(n+1)；

所述线性多步法离散化所获得的计算式包括：

当n＜＝2时，X(n+1)＝1/fs*f(X)+1/fs*g(X)*u(n)+X(n)；

当n＞2时，X(n+1)＝X(n)+1/fs/12*(23*ff(n)-16*ff(n-1)+5*ff(n-2))；

ff(n)＝f(X)+g(X)*u(n)；

其中fs为采样率，n表示信号采样点编号。

本发明实施例第二方面提供了一种马达非线性补偿设备，包括：

获取单元，用于获取原始信号及马达非线性模型；

计算单元，用于基于所述马达非线性模型计算所述原始信号对应的补偿信号；

激励单元，用于将所述补偿信号加载至马达以激励马达震动。

基于本发明实施例第二方面提供的马达非线性补偿设备，可选的，所述马达非线性模型的表达式包括：

u＝R

Bl(x)i＝ma+R

其中：所述u为马达两端电压；所述i为马达电流，所述x为马达振子位移；所述v为马达振子速度；所述a为马达振子加速度；所述R

所述马达非线性模型所包括的非线性参数包括：马达电磁力系数Bl、弹簧劲度系数K

Bl(x)＝Bl

K

R

其中，n为任意正整数，Bl

根据所述马达非线性模型和补偿公式计算所述原始信号对应的所述补偿信号，所述补偿公式包括：

其中，w为所述原始信号，u为所述补偿信号，x

基于本发明实施例第二方面提供的马达非线性补偿设备，可选的，所述X(n+1)的计算方式包括:

将所述非线性模型进行状态空间转换，获得非线性状态空间模型；

基于所述非线性状态空间模型计算得到所述X(n+1)的值。

基于本发明实施例第二方面提供的马达非线性补偿设备，可选的，所述非线性状态空间模型，包括

y＝h(X)；

其中：

h(X)＝x

基于本发明实施例第二方面提供的马达非线性补偿设备，可选的，

所述基于所述非线性状态空间模型计算得到所述X(n+1)，包括：

对所述非线性状态空间模型进行线性多步法离散化处理，基于所获得的离散化方程计算获得X(n+1)；

所述线性多步法离散化所获得的计算式包括：

当n＜＝2时，X(n+1)＝1/fs*f(X)+1/fs*g(X)*u(n)+X(n)；

当n＞2时，X(n+1)＝X(n)+1/fs/12*(23*ff(n)-16*ff(n-1)+5*ff(n-2))；

ff(n)＝f(X)+g(X)*u(n)；

其中fs为采样率，n表示信号采样点编号。

基于本发明实施例第三方面提供了一种马达非线性补偿设备，包括：

中央处理器，存储器，输入输出接口，有线或无线网络接口以及电源；

所述存储器为短暂存储存储器或持久存储存储器；

所述中央处理器配置为与所述存储器通信，在所述设备上执行所述存储器中的指令操作以执行本发明实施例第一方面中任意一项所述的方法。

本发明实施例第四方面提供了一种计算机可读存储介质，包括指令，当所述指令在计算机上运行时，使得计算机执行如本发明实施例第一方面中任意一项所述的方法。

本发明实施例第五方面提供了一种包含指令的计算机程序产品，当其在计算机上运行时，使得计算机执行如本发明实施例第一方面中任意一项所述的方法。

从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：本发明提供的马达非线性补偿方法，包括：获取原始信号及马达非线性模型；基于所述马达非线性模型计算所述原始信号对应的补偿信号；将所述补偿信号加载至马达以激励马达震动。通过马达工作所遵循的非线性模型对原始信号进行补偿处理，获得原始信号所对应的补偿信号，并使用该补偿信号激励马达，以使得马达的振动效果与预期效果更为接近，更贴合用户的实际应用需求。

【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的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供的马达非线性补偿方法实施例的一个流程示意图；

图2为本发明所提供的马达非线性补偿方法实施例的另一个流程示意图；

图3为本发明所提供的马达非线性补偿设备实施例的一个结构示意图；

图4为本发明所提供的马达非线性补偿设备实施例的另一个结构示意图。

【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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)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，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。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，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

线性马达在振动过程中，其某些特性参数会随着位移的变化而变化，可以称之为非线性参数，而这种变化会造成线性马达实际振动效果与信号设计时的期望效果有所差异，从而影响触觉体验。目前实现触觉反馈的功能器件主要是线性马达，而线性马达在由于非线性参数的影响会产生较大的失真，从而引起低频体验感的缺失或杂乱。

为解决上述问题，本发明提供了一种马达非线性补偿方法，请参阅图1，本发明提供的马达非线性补偿方法的一个实施例包括：步骤101-步骤103。

101、获取原始信号及马达非线性模型。

具体的，获取原始信号及马达非线性模型，马达非线性模型可基于马达经典二阶模型，将其中的部分参数表示为非线性参数，即得到马达的非线性模型，马达的经典二阶模型包括：

Bli＝ma+R

其中：u为马达两端电压；i为马达电流，x为马达振子位移；v为马达振子速度；a为马达振子加速度；R

其中可作为非线性参数进行考虑的一般包括马达电磁力系数Bl、弹簧劲度系数K

如下式，为本文非线性参数估计所使用的非线性模型：

u＝R

Bl(x)i＝ma+R

其中包括非线性参数：

Bl(x)＝Bl

K

R

其中，n为任意正整数，Bl

102、基于所述马达非线性模型计算所述原始信号对应的补偿信号；

具体的，基于所述马达非线性模型计算所述原始信号对应的补偿信号，包括基于补偿公式计算获得原始信号对应的补偿信号，可以理解的是，在补偿过程中所采用的补偿公式可以依据实际情况进行调整或做出相应等效变换，具体可依据实际情况而定，此处不做限定。此处仅举一种可能的补偿公式为例，包括：

其中：

其中，w为所述原始信号，u为所述补偿信号，x

可以理解的是，在计算过程中可将马达非线性模型转换为状态空间的形式进行计算，采用基于状态空间形式来进行计算主要目的是更便于对马达系统这一多输入系统进行分析。

值得注意的是，在使用状态空间形式进行计算的过程中，状态空间在下一

采样点时刻状态变量的更新时，由于计算机系统计算的离散特性，需要进行连续到离散的转换过程，具体转换方式可为用状态向量X的一阶求导近似表达状态向量X，具体可依据实际情况而定，此处不做限定。

103、将所述补偿信号加载至马达以激励马达震动。

将计算得到的补偿信号传输至马达处以激励马达。基于上述公式计算得出的u即为补偿信号，使用该补偿信号激励马达振动，即可使得马达所输出的振动效果更符合与其情况。优选的，上述马达非线性补偿方法过程应用于马达低于谐振频率的频段。

从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：本发明提供的马达非线性补偿方法，包括：获取原始信号及马达非线性模型；基于所述马达非线性模型计算所述原始信号对应的补偿信号；将所述补偿信号加载至马达以激励马达震动。通过马达工作所遵循的非线性模型对原始信号进行补偿处理，获得原始信号所对应的补偿信号，并使用该补偿信号激励马达，以使得马达的振动效果更与预期效果更为接近，更贴合用户的实际应用需求。

基于上述图1所提供的实施例，可选的，本发明还提供了一种在实际实施过程中可选择执行的更为详细的实施例，具体的，请参照图2，本发明马达非线性补偿方法的一个实施例包括：步骤201至步骤205。

201、获取原始信号及马达非线性模型。

具体的，获取原始信号及马达非线性模型，马达非线性模型可基于马达经典二阶模型，将其中的部分参数表示为非线性参数，即得到马达的非线性模型，马达的经典二阶模型包括：

Bli＝ma+R

其中：u为马达两端电压；i为马达电流，x为马达振子位移；v为马达振子速度；a为马达振子加速度；R

其中可作为非线性参数进行考虑的一般包括马达电磁力系数Bl、弹簧劲度系数K

如下式，为本文非线性参数估计所使用的非线性模型：

u＝R

Bl(x)i＝ma+R

其中包括非线性参数：

Bl(x)＝Bl

K

R

其中，n为任意正整数，Bl

可以理解的是，为保证计算速度，在实际工作中所选用的非线性参数系数的多少可依据实际情况进行选择，具体的一种所选择的非线性参数系数形式如下所述：

Bl(x)＝Bl

K

R

在实际实施过程中所选择的非线性参数系数数量可依据实际情况而定，此处不做限定。

202、将非线性模型进行状态空间转换，获得非线性状态空间模型。

具体的，将非线性模型进行状态空间转换，获得非线性状态空间模型，非线性状态空间模型包括“”

y＝h(X)；

其中：

h(X)＝x

值得注意的是，在使用状态空间形式进行计算的过程中，状态空间在下一采样点时刻状态变量的更新时，由于计算机系统计算的离散特性，需要进行连续到离散的转换过程，具体转换方式在上述公式中表现为状态向量X的一阶求导近似表达，具体可依据实际情况而定，此处不做限定。

203、对非线性状态空间模型进行线性多步法离散化处理，基于离散化方程计算获得X(n+1)。

具体的，对非线性状态空间模型进行线性多步法离散化处理，基于离散化方程计算获得X(n+1)，即对下一信号采样点对应的参数进行更新，所述线性多步法离散化所获得的计算式包括：

当n＜＝2时，X(n+1)＝1/fs*f(X)+1/fs*g(X)*u(n)+X(n)；

当n＞2时，X(n+1)＝X(n)+1/fs/12*(23*ff(n)-16*ff(n-1)+5*ff(n-2))；

ff(n)＝f(X)+g(X)*u(n)；

其中fs为采样率，n表示信号采样点编号，从1开始。通过线性多步法离散化的方式进行计算在保证计算精度的同时尽可能的提高了运算速度，降低了所需的计算资源，提高了本方案的可实施性。可以理解的是，在实际实施过程中也可采用其他离散方式对状态向量进行更新或对本方案所提供的公式进行等效变换，具体可依据实际情况而定，此处不做限定。

204、根据马达非线性模型和补偿公式计算所述原始信号对应的所述补偿信号。

具体的，基于所述马达非线性模型计算所述原始信号对应的补偿信号，包括基于补偿公式计算获得原始信号对应的补偿信号，可以理解的是，在补偿过程中所采用的补偿公式可以依据实际情况进行调整或做出相应等效变换，具体可依据实际情况而定，此处不做限定。此处仅举一种可能的补偿公式为例，包括：

其中：

其中，w为所述原始信号，u为所述补偿信号，x

205、将所述补偿信号加载至马达以激励马达震动。

将计算得到的补偿信号传输至马达处以激励马达。基于上述公式计算得出的u即为补偿信号，使用该补偿信号激励马达振动，即可使得马达所输出的振动效果更符合与其情况。

从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：本发明提供的马达非线性补偿方法，包括：获取原始信号及马达非线性模型；基于所述马达非线性模型计算所述原始信号的补偿信号；将所述补偿信号加载至马达以激励马达震动。通过马达工作所遵循的非线性模型对原始信号进行补偿处理，获得原始信号所对应的补偿信号，并使用该补偿信号激励马达，在补偿信号的计算过程中通过状态空间表达，并采用线性多步法离散化处理的方式使得补偿信号的获取过程快速简便且精度足够，提供了一种可以工程化实现的马达非线性补偿实现方法，使得马达的振动效果更与预期效果更为接近，更贴合用户的实际应用需求。

上述实施例对本发明提供的马达非线性补偿方法进行了介绍，下面对本发明提供的马达非线性补偿设备进行介绍，请参照图3，本发明提供的马达非线性补偿设备，包括：

获取单元301，用于获取原始信号及马达非线性模型；

计算单元302，用于基于所述马达非线性模型计算所述原始信号对应的补偿信号；

激励单元303，用于将所述补偿信号加载至马达以激励马达震动。

可选的，所述马达非线性模型的表达式包括：

u＝R

Bl(x)i＝ma+R

其中：u为马达两端电压；i为马达电流，x为马达振子位移；v为马达振子速度；a为马达振子加速度；R

Bl(x)＝Bl

K

R

其中，n为任意正整数，Bl

可选的，所述计算单元302具体用于：

根据所述马达非线性模型和补偿公式计算所述原始信号对应的所述补偿信号，所述补偿公式包括：

其中，w为所述原始信号，u为所述补偿信号，，x

可选的，所述X(n+1)的计算方式包括:

将所述非线性模型进行状态空间转换，获得非线性状态空间模型；

基于所述非线性状态空间模型计算得到所述X(n+1)的值。

可选的，所述非线性状态空间模型，包括

y＝h(X)；

其中：

h(X)＝x

可选的，所述基于所述非线性状态空间模型计算得到所述X(n+1)，包括：

对所述非线性状态空间模型进行线性多步法离散化处理，基于所获得的离散化方程计算获得X(n+1)；

所述线性多步法离散化所获得的计算式包括：

当n＜＝2时，X(n+1)＝1/fs*f(X)+1/fs*g(X)*u(n)+X(n)；

当n＞2时，X(n+1)＝X(n)+1/fs/12*(23*ff(n)-16*ff(n-1)+5*ff(n-2))；

ff(n)＝f(X)+g(X)*u(n)；

其中fs为采样率，n表示信号采样点编号。

本实施例中，马达非线性补偿设备中各单元所执行的流程与前述图1和图2所对应的实施例中描述的方法流程类似，此处不再赘述。

图4是本发明实施例提供的一种马达非线性补偿设备的结构示意图，该马达非线性补偿设备400可以包括一个或一个以上中央处理器(central processing units，CPU)401和存储器405，该存储器405中存储有一个或一个以上的应用程序或数据。

本实施例中，中央处理器401中的具体功能模块划分可以与前述图3中所描述的各单元的功能模块划分方式类似，此处不再赘述。

其中，存储器405可以是易失性存储或持久存储。存储在存储器405的程序可以包括一个或一个以上模块，每个模块可以包括对服务器中的一系列指令操作。更进一步地，中央处理器401可以设置为与存储器405通信，在服务器400上执行存储器405中的一系列指令操作。

马达非线性补偿设备400还可以包括一个或一个以上电源402，一个或一个以上有线或无线网络接口403，一个或一个以上输入输出接口404，和/或，一个或一个以上操作系统，例如Windows ServerTM，Mac OS XTM，UnixTM,LinuxTM，FreeBSDTM等。

该中央处理器401可以执行前述图1所示实施例中所执行的操作，具体此处不再赘述。

本发明实施例还提供了一种计算机存储介质，该计算机存储介质用于储存为上述马达非线性补偿方法所用的计算机软件指令，其包括用于执行为马达非线性补偿方法所设计的程序。

该马达非线性补偿方法可以如前述图1或图2中所描述的马达非线性补偿方法。

本发明实施例还提供了一种计算机程序产品，该计算机程序产品包括计算机软件指令，该计算机软件指令可通过处理器进行加载来实现上述图1或图2中任意一项的马达非线性补偿方法的流程。

在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，电路的等效变换，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。