一种马达模型参数检测方法、装置、电子设备和介质

【技术领域】

本发明涉及触觉感知技术领域，尤其涉及一种马达模型参数检测方法、装置、电子设备和介质。

【背景技术】

随着触觉感知技术的发展，在智能手机、智能手表和平板电脑等电子设备中，以马达为载体的触觉致动器，通过设计其特定的信号波形，可以获得定制的触觉体验。目前使用较多的马达是基于某一方向运动的线性马达模型，但是随着体验需求的提升，单方向马达的带宽和振动方向局限了感知的丰富性，出现了单振子双方向的线性马达设计和应用，即马达的振子在可以在两个方向上产生振动，可以产生两个方向运动的振动系统。

马达的技术参数的准确、完整性，对模型建立的准确性至关重要，直接决定着马达的性能，再采用基于单方向振动的马达模型控制误差较大，无法达到预期效果。

【发明内容】

基于此，有必要针对上述问题，提供一种马达模型参数检测方法、装置和介质，用于解决如何检测双方向振动马达模型的参数检测，提高马达的控制精度和应用性能的问题。

本发明的技术方案如下：

一方面，提供了一种马达模型参数检测方法，包括：

获取处于工作状态下的马达的电压信号和电流信号，所述马达的振子在两个方向上产生振动；

获取预设的马达模型的频谱阻抗表达式，所述频谱阻抗表达式根据所述马达在两个方向上的动力学参数的映射关系以及所述马达的电压与电流的映射关系确定；

将所述电压信号和所述电流信号分别代入所述频谱阻抗表达式，计算获得所述马达的多个频谱阻抗值；

根据所述马达的多个频谱阻抗值，采用最小二乘法对所述马达的频谱阻抗值进行拟合计算，获得所述马达模型的目标频谱阻抗参数。

另一方面，提供了一种马达模型参数检测装置，包括采集模块、获取模块、计算模块和拟合模块，其中：

所述采集模块，用于获取处于工作状态下的马达的电压信号和电流信号，所述马达的振子在两个方向上产生振动；

所述获取模块，用于获取预设的马达模型的频谱阻抗表达式，所述频谱阻抗表达式根据所述马达在两个方向上的动力学参数的映射关系以及所述马达的电压与电流的映射关系确定；

所述计算模块，用于将所述电压信号和电流信号分别代入所述频谱阻抗表达式，计算获得所述马达的多个频谱阻抗值；

所述拟合模块，用于根据所述马达的多个频谱阻抗值，采用最小二乘法对所述马达的频谱阻抗值进行拟合计算，获得所述马达模型的目标频谱阻抗参数。

另一方面，提供了一种马达模型参数检测系统，其特征在于，包括待检测马达、电压电流采集装置、驱动装置和马达模型参数检测装置，其中：

所述电压电流采集装置与所述待检测马达连接，所述马达模型参数检测装置与所述驱动装置连接，所述驱动装置与所述待检测马达连接；

所述电压电流采集装置用于采集所述待检测马达的工作电压值和工作电流值，并反馈给所述马达模型参数检测装置；所述驱动装置用于在所述马达模型参数检测装置的控制下输出预设的扫频信号驱动所述待检测马达；所述马达模型参数检测装置用于执行如上述第一方面及其任一种可能的实现方式的步骤。

另一方面，提供了一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如上述第一方面及其任一种可能的实现方式的步骤。

另一方面，提供了一种存储介质，储有计算机指令程序，所述计算机指令程序被处理器执行时，使得所述处理器执行如上所述第一方面及其任一种可能的实现方式的步骤。

本发明的有益效果在于：获取处于工作状态下的马达的电压信号和电流信号，上述马达的振子在两个方向上产生振动，获取预设的马达模型的频谱阻抗表达式，上述频谱阻抗表达式根据上述马达在两个方向上的动力学参数的映射关系以及上述马达的电压与电流的映射关系确定，再将上述电压信号和电流信号分别代入上述频谱阻抗表达式，计算获得上述马达的多个频谱阻抗值，然后根据上述马达的多个频谱阻抗值，采用最小二乘法对上述马达的频谱阻抗值进行拟合计算，可以获得上述马达模型的目标频谱阻抗参数。针对双方向马达，根据其在两个方向上的动力学参数的映射关系以及马达的电压与电流的映射关系，可以准确推导出双方向马达的频谱阻抗表达式，进而通过采集数据和曲线拟合的方式确定马达模型参数，建立完整准确的适用于双方向马达的模型，提高马达的控制精度和应用效果。

【附图说明】

图1为本发明提供的一种马达模型参数检测方法的流程示意图；

图2为本发明提供的一种扫频信号示意图；

图3为本发明提供的一种阻抗频谱示意图；

图4为本发明提供的一种马达模型参数检测装置的结构示意图；

图5为本发明提供的一种马达模型参数检测系统的结构示意图。

【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作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”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，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、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

马达即为电动机、发动机，工作原理为通过通电线圈在磁场中受力转动带动起动机转子旋转，转子上的小齿轮带动发动机飞轮旋转。随着触觉技术的发展，在智能手机、智能手表和平板电脑等电子设备中，以马达为载体的触觉致动器，通过设计其特定波形，可以获得定制的触觉体验。目前使用较多的马达是基于单方向运动的线性马达模型。

下面结合本发明实施例中的附图对本发明实施例进行描述。

请参阅图1，图1是本发明实施例提供的一种马达模型参数检测方法的流程示意图。该方法可包括：

101、获取处于工作状态下的马达的电压信号和电流信号，上述马达的振子在两个方向上产生振动。

本发明实施例的执行主体可以为一种马达模型参数检测装置，该装置可以对马达的模型参数进行检测。本发明实施例中的马达可以是单振子双方向马达，即该马达的振子可以在两个方向上产生振动，从而可以产生两个方向运动的振动系统。

在马达处于正常工作状态的情况下，马达模型参数检测装置可以获取该马达的工作电压和对应的工作电流，具体可以是采集工作状态下的马达输出的电压信号和电流信号。

在一种实施方式中，上述步骤101具体可包括：

上述马达接入预设的扫频信号进行驱动的情况下，采集处于上述马达的电压信号和电流信号。

本发明实施例中涉及到的扫频信号，是指频率在一定范围内周期变化的等幅信号。扫频是为了测试而设计的，因此扫频信号就是为了测试，它主要用来测试元器件，以及整机的频率特性。

具体的，上述预设的扫频信号可以为一种对数扫频信号x(t)，其中该电压信号值u随时间t周期性变化，具体可以根据需要设置。预设的扫频信号可以由扫频仪等设备生成，输入马达。

设电压幅值V，初始频率f

马达模型参数检测装置可以通过数据采集卡，采集马达的输出电压信号u(t)和电流信号i(t)。

102、获取预设的马达模型的频谱阻抗表达式，上述频谱阻抗表达式根据上述马达在两个方向上的动力学参数的映射关系以及上述马达的电压与电流的映射关系确定。

其中，上述预设的马达模型的频谱阻抗表达式，可以是根据马达的动力学模型和电学模型确定的。该马达为双方向马达时，其动力学模型包括上述在两个方向上的动力学参数的映射关系。

在一种实施方式中，上述预设的马达模型的频谱阻抗表达式的获得方法包括：

21、获取上述马达模型在两个方向上的动力学参数的映射关系，以及上述马达的电压与电流的映射关系；

22、根据上述马达模型的两个方向上的动力学参数的映射关系和上述电压与电流的映射关系，确定上述预设的马达模型的频谱阻抗表达式。

上述马达模型在两个方向上的动力学参数的映射关系，以及上述马达的电压与电流的映射关系可以是根据马达模型具体构造由人工预先确定的，具体可以表示为对应的动力学方程和电学方程。进而通过马达在两个方向上的动力学参数的映射关系以及电压与电流的映射关系，可以推导出马达的频谱阻抗表达式，即上述预设的马达模型的频谱阻抗表达式。此时获得的表达式中有未知的参数。

在一种可选的实施方式中，上述步骤21和步骤22中所提到的两个方向可包括第一方向x和第二方向y；上述马达的电压与电流的映射关系具体包括：

通过马达单体的电压u、上述马达单体的电阻Re、上述马达线圈电感Le、上述马达单体在上述第一方向x和上述第二方向y上的电磁力系数函数Bl(x,y)、在上述第一方向x和上述第二方向y上的速度的函数v(x,y)，以及通过上述马达单体的电流i的映射关系。

具体的，上述马达的电压与电流的映射关系可以可以表示为以下电学方程：

其中，u为通过马达单体的电压，i为通过马达单体的电流；Re为马达单体的电阻，Le为马达线圈电感，Bl(x,y)为马达单体在第一方向x和第二方向y上的电磁力系数函数，v(x,y)为马达单体在所述第一方向x和所述第二方向y上的速度的函数。

进一步可选的，上述第一方向x上的动力学参数的映射关系包括：

上述马达的振子质量m、上述马达单体在上述第一方向x上的速度v

上述第二方向y上的动力学参数的映射关系包括：

上述马达的振子质量m、上述马达单体在上述第二方向y上的速度v

具体的，上述马达在第一方向x上的动力学参数的映射关系可以表示为以下动力学方程：

m*a

其中，m为马达的振子质量，v

具体的，上述马达在第二方向y上的动力学参数的映射关系可以表示为以下动力学方程：

m*a

其中，m为马达的振子质量，v

可选的，在获取上述马达的电压与电流的映射关系之前，上述方法还包括：

根据上述预设的扫频信号的表达式，和电压、电流与频谱阻抗的映射关系，获得上述马达的电压与电流的映射关系。

具体可以理解为，上述预设的扫频信号在该测试系统中为马达提供电压，因此可以根据预设的扫频信号的表达式确定上述映射关系中的马达电压，代入公式以获得具体的马达的电压与电流的映射关系。

通过上述电学方程和动力学方程，可以解得阻抗拉氏变换参数模型：

即上述电压、电流与频谱阻抗的映射关系可以表示为上述阻抗拉氏变换参数模型的公式，代入前述公式即可解得具体的频谱阻抗表达式。

103、将上述电压信号和电流信号分别代入上述频谱阻抗表达式，计算获得上述马达的多个频谱阻抗值。

具体的，可以将采集的电压信号和电流信号代入上述频谱阻抗表达式进行计算，可以获得对应的多个频谱阻抗值。

104、根据上述马达的多个频谱阻抗值，采用最小二乘法对上述马达的频谱阻抗值进行拟合计算，获得上述马达模型的目标频谱阻抗参数。

本发明实施例涉及到的最小二乘法(又称最小平方法)是一种在误差估计、不确定度、系统辨识及预测、预报等数据处理诸多学科领域得到广泛应用的数学工具是一种数学优化技术。它通过最小化误差的平方和寻找数据的最佳函数匹配。

本发明实施例中利用最小二乘法可以简便地求得未知的马达频谱阻抗，并使得这些求得的频谱阻抗值与实际频谱阻抗值之间误差的平方和为最小。即具体的，可以计算每个频谱阻抗值Z对应的误差：Err(k)＝R-Z，其中R为预设的表示实际频谱阻抗值的参数，在拟合后R即为最终的频谱阻抗表达。

将上述多个频谱阻抗值看作坐标系中的多个点，通过最小二乘法进行拟合可以获得频谱阻抗值曲线，也获得了上述马达模型的目标频谱阻抗参数，其中该目标频谱阻抗参数可以为频谱阻抗表达式，可以是马达的频率与阻抗的映射关系。

综上，本发明实施例中根据前述所述的扫频信号进行扫频，可以获得可以对应的阻抗曲线。具体的，可以参见图3所示的一种阻抗频谱示意图，其中，如图3-1所示，横坐标表示频率，纵坐标表示阻抗幅值|R(k)|。如图3-2所示，其中，横坐标表示频率，纵坐标表示阻抗相位phase(R(k))。

本发明实施例中可以生成扫频信号x(t)，反馈给马达，并采集马达输出的电压信号u(t)和电流信号i(t)，获得频谱阻抗曲线的复数表达，再根据扫频信号x(t)计算阻抗曲线和实际物理参数限定范围，设定马达模型参数拟合的初始值,求解模型阻抗，再计算误差，采用最小二乘法计算拟合，得到双向马达的线性参数目标值。

本发明实施例针对双方向马达，根据其在两个方向上的动力学参数的映射关系以及马达的电压与电流的映射关系，可以准确推导出双方向马达的频谱阻抗表达式，进而通过采集数据和曲线拟合的方式确定马达模型参数，建立完整准确的适用于双方向马达的模型，可应用于马达的控制和配置，提高马达的控制精度和应用效果。

基于上述马达模型参数检测方法实施例的描述，本发明实施例还公开了一种马达模型参数检测装置。请参见图4，马达模型参数检测装置400包括采集模块410、获取模块420、计算模块430和拟合模块440，其中：

上述采集模块410，用于获取处于工作状态下的马达的电压信号和电流信号，上述马达的振子在两个方向上产生振动；

上述获取模块420，用于获取预设的马达模型的频谱阻抗表达式，上述频谱阻抗表达式根据上述马达在两个方向上的动力学参数的映射关系以及上述马达的电压与电流的映射关系确定；

上述计算模块430，用于将上述电压信号和电流信号分别代入上述频谱阻抗表达式，计算获得上述马达的多个频谱阻抗值；

上述拟合模块440，用于根据上述马达的多个频谱阻抗值，采用最小二乘法对上述马达的频谱阻抗值进行拟合计算，获得上述马达模型的目标频谱阻抗参数。

跟据本发明的一个实施例，图1所示的方法所涉及的各个步骤均可以是由图4所示的马达模型参数检测装置400中的各个模块执行的，此处不再赘述。

本发明实施例中的马达模型参数检测装置400，可以获取处于工作状态下的马达的电压信号和电流信号，上述马达的振子在两个方向上产生振动，获取预设的马达模型的频谱阻抗表达式，上述频谱阻抗表达式根据上述马达在两个方向上的动力学参数的映射关系以及上述马达的电压与电流的映射关系确定，再将上述电压信号和电流信号分别代入上述频谱阻抗表达式，计算获得上述马达的多个频谱阻抗值，然后根据上述马达的多个频谱阻抗值，采用最小二乘法对上述马达的频谱阻抗值进行拟合计算，可以获得上述马达模型的目标频谱阻抗参数。针对双方向马达，根据其在两个方向上的动力学参数的映射关系以及马达的电压与电流的映射关系，可以准确推导出双方向马达的频谱阻抗表达式，进而通过采集数据和曲线拟合的方式确定马达模型参数，建立完整准确的适用于双方向马达的模型，提高马达的控制精度和应用效果。

请参见图5，图5为本发明实施例提供的一种马达模型参数检测系统的结构示意图，如图5所示，马达模型参数检测系统500可包括待检测马达510、电压电流采集装置520、驱动装置530和马达模型参数检测装置540；其中：

上述电压电流采集装置520与上述待检测马达510连接，上述马达模型参数检测装置540与上述驱动装置530连接，上述驱动装置530与上述待检测马达510连接；

上述电压电流采集装置520，用于采集上述待检测马达510的工作电压值和工作电流值，并反馈给上述马达模型参数检测装置540；

上述驱动装置530，用于在上述马达模型参数检测装置540的控制下输出预设的扫频信号驱动上述待检测马达510；

上述马达模型参数检测装置540，可以为上述图4所示实施例中的马达模型参数检测装置400的结构，用于执行如图1所示的方法所涉及的各个步骤，此处不再赘述。

可选的，在进行马达模型参数检测时，上述待检测马达510可以粘贴在一个固定面上，以便固定待检测马达510不发生移动。在具体的实施方式中，上述驱动装置530可以为一种功放；上述电压电流采集装置520可以为具有采集电压信号和电流信号的数据采集卡；上述马达模型参数检测装置540可以为一种终端设备，比如计算机。

基于上述方法实施例以及装置实施例的描述，本发明实施例还提供一种电子设备。该电子设备至少包括处理器和存储器，上述存储器存储有计算机存储介质。

计算机存储介质可以存储在电子设备的存储器中，上述计算机存储介质用于存储计算机程序，上述计算机程序包括程序指令，上述处理器用于执行上述计算机存储介质存储的程序指令。处理器(或称CPU(Central Processing Unit，中央处理器))是电子设备的计算核心以及控制核心，其适于实现一条或多条指令，具体适于加载并执行一条或多条指令从而实现相应方法流程或相应功能；在一个实施例中，本发明实施例上述的处理器可以用于进行一系列的处理，包括如图1所示实施例中方法的任意步骤等等。

本发明实施例还提供了一种计算机存储介质(Memory)，上述计算机存储介质是电子设备中的记忆设备，用于存放程序和数据。可以理解的是，此处的计算机存储介质既可以包括电子设备中的内置存储介质，当然也可以包括电子设备所支持的扩展存储介质。计算机存储介质提供存储空间，该存储空间存储了电子设备的操作系统。并且，在该存储空间中还存放了适于被处理器加载并执行的一条或多条的指令，这些指令可以是一个或一个以上的计算机程序(包括程序代码)。需要说明的是，此处的计算机存储介质可以是高速RAM存储器，也可以是非不稳定的存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器；可选的还可以是至少一个位于远离前述处理器的计算机存储介质。

在一个实施例中，可由处理器加载并执行计算机存储介质中存放的一条或多条指令，以实现上述实施例中的相应步骤；具体实现中，计算机存储介质中的一条或多条指令可以由处理器加载并执行图1中方法的任意步骤，此处不再赘述。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的装置和模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

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，该模块的划分，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，多个模块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。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，装置或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理模块，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络模块上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。

在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。该计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行该计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本发明实施例的流程或功能。该计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。该计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者通过该计算机可读存储介质进行传输。该计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(digital subscriber line，DSL))或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。该计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。该可用介质可以是只读存储器(read-onlymemory，ROM)，或随机存储存储器(random access memory，RAM)，或磁性介质，例如，软盘、硬盘、磁带、磁碟、或光介质，例如，数字通用光盘(digital versatile disc，DVD)、或者半导体介质，例如，固态硬盘(solid state disk，SSD)等。