CN110907827B - 一种马达瞬态失真测量方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种马达瞬态失真测量方法及系统,包括:设定马达的输入电压,利用所述输入电压生成同步扫频信号;利用所述同步扫频信号对马达进行激励,采集所述同步扫频信号及所述马达在振动方向上的加速度参数;利用所述同步扫频信号及所述加速度参数确定系统的阶次脉冲响应,利用所述阶次脉冲响应及所述同步扫频信号得到所述系统的输出信号;根据所述输出信号及测量信号确定失真信号,利用所述失真信号得到平均瞬态失真信号。本发明通过在不同输入电压信号的情况下获取输入电压信号对应的失真信号,并通过建模的方式排除线性及非线性失真信号,以计算平均瞬态失真信号,可提高评估马达性能的准确度。
Description
【技术领域】
本发明涉及瞬态失真测量的技术方案,尤其涉及一种马达瞬态失真测量方法及系统。
【背景技术】
随着智能手机、平板电脑等便携设备应用的越来越普及,为这些便携设备提供触觉反馈变得越来越重要,这成为了提升用户体验的一种有效方式。通常会在这些便携设备中放置激励器(简称马达)来实现振动功能,以提醒用户或者进行效果反馈。
对于单纯的线性系统控制是比较容易的,它可以通过类似传递函数的形式进行;但是由于受到磁路、结构和工艺等方面的影响,激励器或多或少会呈现出一定的非线性,这使得输出较输入产生了额外的频率分量;同时,由于音圈工艺、质量块行程等方面的影响,激励器也会概率性的产生一些输出噪声。所有这些不希望输出的分量都可以统称为失真,有必要研究不同激励器的失真情况,以便对其性能进行评估。
现有技术中,通常采用的方法是测量激励器的总稳态谐波失真,即THD(TotalHarmonic Distortion,总谐波失真)测量。该方法只能测量到激励器在稳态下的非线性失真,对其评估具有一定的局限性。
因此,有必要提供一种新的马达瞬态失真测量方法及系统。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种马达瞬态失真测量方法及系统,以解决现有技术中只能测量稳态下的非线性失真信号,无法测量其他失真信号的技术问题。
本发明的技术方案如下:
本发明的第一方面提供一种马达瞬态失真测量方法,包括以下步骤:
设定马达的输入电压,利用所述输入电压生成同步扫频信号;
利用所述同步扫频信号对马达进行激励,采集所述同步扫频信号及所述马达在振动方向上的加速度参数;
利用所述同步扫频信号及所述加速度参数确定系统的阶次脉冲响应,利用所述阶次脉冲响应及所述同步扫频信号得到所述系统的输出信号;
根据所述输出信号及测量信号确定失真信号,利用所述失真信号得到平均瞬态失真信号。
可选的,所述同步扫频信号表示为:
其中,x(t)表示所述同步扫频信号的函数,f1表示起始频率,L表示频率变化率,t表示时间。
可选的,所述利用所述同步扫频信号及所述加速度参数确定系统的阶次脉冲响应的步骤包括:
利用所述同步扫频信号进行逆滤波傅里叶变换,所述逆滤波傅里叶变换的公式如下:
利用所述逆滤波傅里叶变换及所述加速度参数确定系统的阶次脉冲响,所述阶次脉冲响应的公式如下:
可选的,所述利用所述阶次脉冲响应及所述同步扫频信号得到所述系统的输出信号的步骤包括:
利用所述脉冲响应函数确定群延时参数,所述群延时参数的公式如下:
Δt=L·ln(n)
其中,Δt表示所述群延时参数,L表示频率变化率,n表示不同的阶次数;
根据所述群延时函数确定所述脉冲响应函数包含的阶次数;
根据所述同步扫频信号、所述脉冲响应函数及所述阶次数确定所述系统的输出信号,所述输出信号的公式如下:
其中,y(t)表示所述输出信号,n表示不同的阶次数,xn(t)表示不同阶次对应的所述同步扫频信号,hn(t)表示不同阶次数对应的阶次脉冲响应,*表示卷积操作,N表示非线性的最高阶次数。
可选的,所述根据所述输出信号及测量信号确定失真信号,利用所述失真信号得到平均瞬态失真信号的步骤包括:
根据所述输出信号及所述阶次数生成建模信号;
利用所述建模信号及所述测量信号确定时域失真信号,所述时域失真信号的公式如下:
e(t)=yFIT(t)-yMES(t)
其中,e(t)表示所述时域失真信号,yFIT(t)表示所述建模信号,yMES(t)表示所述测量信号,t表示时间;
利用所述时域失真信号确定频域失真信号,根据所述频域失真信号及预设的有效信号确定所述输入电压的瞬态失真信号,所述瞬态失真信号如下:
其中,dIHD(f)表示所述瞬态失真信号,e(f)表示所述频域失真信号,yRMS表示有效信号;
利用所述瞬态失真信号进行局部平均处理,得到平均瞬态失真信号,所述平均瞬态失真信号的公式如下:
其中,dMHD(f)表示所述平均瞬态失真信号,eRMS表示频域失真有效信号,yRMS表示有效信号。
可选的,所述利用所述时域失真信号确定频域失真信号的步骤包括:
利用所述时域失真信号根据预设的时间频率映射关系确定所述频域失真信号,所述时间频率映射关系的公式如下:
其中,t表示时间,L表示频率变化率,f1表示起始频率,f(t)表示与时间t对应的频率;
所述时域失真信号与所述频域失真信号之间的关系表示如下:
其中,e(t)表示所述时域失真信号,e(f)表示所述频域失真信号。
可选的,所述根据所述输出信号及所述阶次数生成建模信号的步骤包括:
确定所述阶次数的值,利用所述输出信号生成与所述阶次数的值对应建模信号。
本发明的第二方面提供一种马达瞬态失真测量系统,所述系统包括:
输入调节模块,用于设定马达的输入电压,利用所述输入电压生成同步扫频信号;
信号采集模块,用于利用所述同步扫频信号对马达进行激励,采集所述同步扫频信号及所述马达在振动方向上的加速度参数;
输出计算模块,用于利用所述同步扫频信号及所述加速度参数确定系统的阶次脉冲响应,利用所述阶次脉冲响应及所述同步扫频信号得到所述系统的输出信号;
失真计算模块,用于根据所述输出信号及测量信号确定失真信号,利用所述失真信号得到平均瞬态失真信号。
本发明的有益效果在于:本发明提供一种马达瞬态失真测量方法及系统,包括:设定马达的输入电压,利用所述输入电压生成同步扫频信号;利用所述同步扫频信号对马达进行激励,采集所述同步扫频信号及所述马达在振动方向上的加速度参数;利用所述同步扫频信号及所述加速度参数确定系统的阶次脉冲响应,利用所述阶次脉冲响应及所述同步扫频信号得到所述系统的输出信号;根据所述输出信号及测量信号确定失真信号,利用所述失真信号得到平均瞬态失真信号。本发明通过在不同输入电压信号的情况下获取输入电压信号对应的失真信号,并通过建模的方式排除线性及非线性失真信号,以计算平均瞬态失真信号,可提高评估马达性能的准确度。
【附图说明】
图1为本发明提供的一种马达瞬态失真测量方法的步骤流程图;
图2为本发明提供的一种马达瞬态失真测量系统的模块方框图。
【具体实施方式】
下面结合附图和实施方式对本发明作进一步说明。
本发明的第一方面提供一种马达瞬态失真测量方法,请参阅图1,图1为本发明提供的一种马达瞬态失真测量方法的步骤流程图,该方法包括以下步骤:
S101:设定马达的输入电压,利用输入电压生成同步扫频信号;
在本发明的实施例中,步骤S101主要是设定马达的输入电压,以根据该电压生成同步扫频信号;对于非线性模型,其大小于输入信号的大小有直接的关系;本步骤中,对于马达(激励器)而言,输入电压越大,造成的质量块位移越大,相应的非线性失真也就越大。通常采用不同电压遍历的方法来获取不同位移水平下的非线性失真,即从小电压开始,以一定的步长增加到额定电压水平;因此,每次测量失真信号前需要根据预设的单位电压值调整马达的输入电压,以得到多种输入电压下的失真信号数据。
S102:利用同步扫频信号对马达进行激励,采集同步扫频信号及马达在振动方向上的加速度参数;
在本发明的实施例中,步骤S102主要利用同步扫频信号对马达进行激励,并通过特定的数据采集模块采集同步扫频信号及马达在振动方向上的加速度参数;在本步骤中,通过电脑PC生成的数字信号送入到采集卡NI-DAQ进行数模转换成模拟信号,并将模拟信号传输至放大器AMP2进行放大,以得到用于激励马达的同步扫频信号,在马达被激励后主要采用加速度计测量马达振动方向上的加速度参数,将该加速度参数传输至APM1进行数据处理,以及反馈至采集卡NI-DAQ,同时,采集卡NI-DAQ还用于直接采集放大器AMP2放大后得到的同步扫频信号。
S103:利用同步扫频信号及加速度参数确定系统的阶次脉冲响应,利用阶次脉冲响应及同步扫频信号得到系统的输出信号;
在本发明的实施中,步骤S103主要是对采集后的同步扫频信号及加速度参进行数据处理,比如,利用同步扫频信号获取该信号的逆滤波傅里叶变换,且利用该逆滤波傅里叶变换及加速度参数进行相关傅里叶变换及傅里叶反变换,以得到系统的各阶次脉冲响应;进一步的,根据阶次脉冲响应中不同阶次数的群延时进行分离,以得到各阶次数,进而得到系统的输出信号大小。
S104:根据输出信号及测量信号确定失真信号,利用失真信号得到平均瞬态失真信号。
步骤S104利用输出信号及测量信号进行计算,得到失真信号,进而求取平均瞬态失真信号;在该步骤中,由于只有特定的线性失真及特定的非线性失真可以通过模型进行数值或者参数建模,这样可以通过输出信号获取不同阶次对应的建模信号,并根据建模信号及测量信号确定失真信号,进而对失真参数进行相关的时间频率映射处理及频域的局部平均处理,以得到平均瞬态失真信号,该平均瞬态失真信号可用于评估马达性能;进一步的,结合多种输入电压下得到的平均瞬态失真信号对马达性能进行评估,具有较高的准确度。
在本发明的实施例中,同步扫频信号的公式表示为:
其中,x(t)表示同步扫频信号的函数,f1表示起始频率,L表示频率变化率,t表示时间;
进一步的,对于频率变化率L的定义如下:
其中,round[]为取整操作,为扫频信号的近似时间长度,f1表示起始频率,f2为终止频率(应当注意的是,终止频率是起始频率f1的整数倍),而且该同步扫频信号需要从零相位开始和零相位结束;在本实施例中,对于线性和非线性系统辨识,通常采用对数频率滑动的同步扫频信号作为激励,可方便地对系统进行辨识,该同步扫频信号对于系统的不同阶次脉冲响应的群延时不相同,而且可以准确分离不同阶次的脉冲响应,及该同步扫频信号可利用时间t和频率f之间存在的映射关系,可以将瞬态时域失真映射出瞬态频域失真。
在本发明的实施例中,利用同步扫频信号及加速度参数确定系统的阶次脉冲响应的步骤包括:
利用同步扫频信号进行逆滤波傅里叶变换,逆滤波傅里叶变换的公式如下:
利用逆滤波傅里叶变换及加速度参数确定系统的阶次脉冲响,阶次脉冲响应的公式如下:
在本发明的实施例中,利用阶次脉冲响应及同步扫频信号得到系统的输出信号的步骤包括:
利用脉冲响应函数确定群延时参数,群延时参数的公式如下:
Δt=L·ln(n)
其中,Δt表示群延时参数,L表示频率变化率,n表示不同的阶次数;
根据群延时函数确定脉冲响应函数包含的阶次数;
根据同步扫频信号、脉冲响应函数及阶次数确定系统的输出信号,输出信号的公式如下:
其中,y(t)表示输出信号,n表示不同的阶次数,xn(t)表示不同阶次对应的同步扫频信号,hn(t)表示不同阶次数对应的阶次脉冲响应,*表示卷积操作,N表示非线性的最高阶次数;在本实施中,通过输出信号可获取各阶次的失真内容,其中,阶次数n包含0、1及2的阶次数,其中,阶次数n=1时,可得到对应的特定线性失真;当n≥2的时,可得到对应的特定非线性失真;应当注意的是,瞬态失真无法通过数值或参数建模获取,其中,瞬态失真包括瞬态失真及随机失真。
在本发明的实施例中,根据输出信号及测量信号确定失真信号,利用失真信号得到平均瞬态失真信号的步骤包括:
根据输出信号及阶次数生成建模信号;
利用建模信号及测量信号确定时域失真信号,时域失真信号的公式如下:
e(t)=yFIT(t)-yMES(t)
其中,e(t)表示时域失真信号,yFIT(t)表示建模信号,yMES(t)表示测量信号,t表示时间;
利用时域失真信号确定频域失真信号,根据频域失真信号及预设的有效信号确定输入电压的瞬态失真信号,瞬态失真信号如下:
其中,dIHD(f)表示瞬态失真信号,e(f)表示频域失真信号,yRMS表示有效信号,该有效信号定义如下:
其中,yRMS表示有效信号,y(t)表示输出信号,t表示时间;
进一步的,由于瞬态失真IHD在频谱上的波动比较大,利用瞬态失真信号进行局部平均处理,得到平均瞬态失真信号,平均瞬态失真信号的公式如下:
其中,dMHD(f)表示平均瞬态失真信号,eRMS表示频域失真有效信号,yRMS表示有效信号,其中,频域失真有效信号定义如下:
其中,eRMS表示频域失真有效信号,e(t)表示时域失真信号,t表示时间。在本实施例中,该步骤具体包括:利用输出信号进行建模、计算时域失真信号、获取频域失真信号及计算平均瞬态失真信号的过程,其中,计算得到的平均瞬态失真信号可用于系统内马达的性能,提高在评估上的准确性。
在本发明的实施中,利用时域失真信号确定频域失真信号的步骤包括:
利用时域失真信号根据预设的时间频率映射关系确定频域失真信号,时间频率映射关系的公式如下:
其中,t表示时间,L表示频率变化率,f1表示起始频率,f(t)表示与时间t对应的频率;
时域失真信号与频域失真信号之间的关系表示如下:
其中,e(t)表示时域失真信号,e(f)表示频域失真信号。在本实施中,根据时间频域映射关系将时域失真信号映射出频域失真信号,该频域失真信号用于参与瞬态失真的计算,从而得到相关的瞬态失真信号。
在本发明的实施例中,根据输出信号及阶次数生成建模信号的步骤包括:
确定阶次数的值,利用输出信号生成与阶次数的值对应建模信号。在该步骤中,由于只有特定的线性失真及特定的非线性失真可以通过模型进行数值或者参数建模,这样可以通过输出信号获取不同阶次对应的建模信号,并根据建模信号及测量信号确定失真信号;具体的,当阶次数为0时,通过输出信号对应的函数计算得到所有的失真信号或失真内容;当阶次数为1时,通过输出信号对应的函数计算得到特定的线性失真;当阶次数大于或等于2时,通过输出信号对应的函数计算得到特定的非线性失真;瞬态失真(触发失真及随机失真)无法通过数值或数值参数建模的方式得到,可通过结合建模的方式获取。
本发明的第二方面提供一种马达瞬态失真测量系统,请参阅图2,图2为本发明提供的一种马达瞬态失真测量系统的模块方框图,该系统包括:
输入调节模块201,用于设定马达的输入电压,利用输入电压生成同步扫频信号;在本实施例中,对于非线性模型,其大小于输入电压信号的大小有直接的关系;对于马达(激励器)而言,输入电压越大,造成的质量块位移越大,相应的非线性失真也就越大,因此,通过输入调节模块201调节输入电压信号的大小,以不同电压遍历的方法来获取不同位移水平下的非线性失真,即从小电压开始,以一定的步长增加到额定电压水平。
信号采集模块202,用于利用同步扫频信号对马达进行激励,采集同步扫频信号及马达在振动方向上的加速度参数;在本实施例中,通过电脑PC生成的数字信号送入到信号采集模块202,该信号采集模块202包括:采集卡NI-DAQ、放大器AMP2及APM1;具体的,采集卡NI-DAQ进行数模转换成模拟信号,并将模拟信号传输至放大器AMP2进行放大,以得到用于激励马达的同步扫频信号,在马达被激励后主要采用加速度计测量马达振动方向上的加速度参数,将该加速度参数传输至APM1进行数据处理,以及反馈至采集卡NI-DAQ,同时,采集卡NI-DAQ还用于直接采集放大器AMP2放大后得到的同步扫频信号。
输出计算模块203,用于利用同步扫频信号及加速度参数确定系统的阶次脉冲响应,利用阶次脉冲响应及同步扫频信号得到系统的输出信号;
失真计算模块204,用于根据输出信号及测量信号确定失真信号,利用失真信号得到平均瞬态失真信号。在本实施例中,由于只有特定的线性失真及特定的非线性失真可以通过模型进行数值或者参数建模,因此,可以通过失真计算模块204利用输出信号获取不同阶次对应的建模信号,并根据建模信号及测量信号确定失真信号,进而对失真参数进行相关的时间频率映射处理及频域的局部平均处理,以得到平均瞬态失真信号,该平均瞬态失真信号可用于评估马达性能;进一步的,结合多种输入电压下得到的平均瞬态失真信号对马达性能进行评估,具有较高的准确度。
在本发明的实施中,该系统包含输入调节模块201、信号采集模块202、输出计算模块203及失真计算模块204;通过输入调节模块201设定马达的不同输入电压,并生成对应的用于激励马达的同步扫频信号,通过信号采集模块202对同步扫频信号进行放大或转换处理及采集同步扫频信号及马达在振动方向上的加速度参数,通过输出计算模块203获取系统的输出信号,及通过失真计算模块204进行计算得到平均瞬态失真信号;通过在不同输入电压信号的情况下获取对应的失真信号,通过建模的方式排除线性及非线性失真信号,以计算平均瞬态失真信号,可提高评估马达性能的准确度。
本发明的有益效果在于:本发明提供一种马达瞬态失真测量方法及系统,包括:设定马达的输入电压,利用输入电压生成同步扫频信号;利用同步扫频信号对马达进行激励,采集同步扫频信号及马达在振动方向上的加速度参数;利用同步扫频信号及加速度参数确定系统的阶次脉冲响应,利用阶次脉冲响应及同步扫频信号得到系统的输出信号;根据输出信号及测量信号确定失真信号,利用失真信号得到平均瞬态失真信号。本发明通过在不同输入电压信号的情况下获取输入电压信号对应的失真信号,并通过建模的方式排除线性及非线性失真信号,以计算平均瞬态失真信号,可提高评估马达性能的准确度。
以上所述的仅是本发明的实施方式,在此应当指出,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明创造构思的前提下,还可以做出改进,但这些均属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种马达瞬态失真测量方法,其特征在于,包括以下步骤:
设定马达的输入电压,利用所述输入电压生成同步扫频信号;所述同步扫频信号表示为:
其中,x(t)表示所述同步扫频信号的函数,f1表示起始频率,L表示频率变化率,t表示时间;
利用所述同步扫频信号对马达进行激励,采集所述同步扫频信号及所述马达在振动方向上的加速度参数;
利用所述同步扫频信号进行逆滤波傅里叶变换,所述逆滤波傅里叶变换的公式如下:
利用所述逆滤波傅里叶变换及所述加速度参数确定系统的阶次脉冲响应,所述阶次脉冲响应的公式如下:
利用所述阶次脉冲响应及所述同步扫频信号得到所述系统的输出信号;
根据所述输出信号及所述阶次脉冲响应的阶次数生成建模信号;
利用所述建模信号及测量信号确定时域失真信号,所述时域失真信号的公式如下:
e(t)=yFIT(t)-yMES(t)
其中,e(t)表示所述时域失真信号,yFIT(t)表示所述建模信号,yMES(t)表示所述测量信号,t表示时间;
利用所述时域失真信号确定频域失真信号,根据所述频域失真信号及预设的有效信号确定所述输入电压的瞬态失真信号,所述瞬态失真信号如下:
其中,dIHD(f)表示所述瞬态失真信号,e(f)表示所述频域失真信号,yRMS表示有效信号;
利用所述瞬态失真信号得到平均瞬态失真信号。
2.根据权利要求1所述的马达瞬态失真测量方法,其特征在于,所述利用所述阶次脉冲响应及所述同步扫频信号得到所述系统的输出信号的步骤包括:
利用所述阶次脉冲响应确定群延时参数,所述群延时参数的公式如下:
Δt=L·ln(n)
其中,Δt表示所述群延时参数,L表示频率变化率,n表示不同的阶次数;
根据所述群延时参数确定所述阶次脉冲响应包含的阶次数;
根据所述同步扫频信号、所述阶次脉冲响应及所述阶次数确定所述系统的输出信号,所述输出信号的公式如下:
其中,y(t)表示所述输出信号,n表示不同的阶次数,xn(t)表示不同阶次对应的所述同步扫频信号,hn(t)表示不同阶次数对应的阶次脉冲响应,*表示卷积操作,N表示非线性的最高阶次数。
5.根据权利要求3所述的马达瞬态失真测量方法,其特征在于,所述根据所述输出信号及所述阶次数生成建模信号的步骤包括:
确定所述阶次数的值,利用所述输出信号生成与所述阶次数的值对应建模信号。
6.一种马达瞬态失真测量系统,其特征在于,所述系统包括:
输入调节模块,用于设定马达的输入电压,利用所述输入电压生成同步扫频信号;所述同步扫频信号表示为:
其中,x(t)表示所述同步扫频信号的函数,f1表示起始频率,L表示频率变化率,t表示时间;
信号采集模块,用于利用所述同步扫频信号对马达进行激励,采集所述同步扫频信号及所述马达在振动方向上的加速度参数;
输出计算模块,用于利用所述同步扫频信号进行逆滤波傅里叶变换,利用所述逆滤波傅里叶变换及所述加速度参数确定系统的阶次脉冲响应,利用所述阶次脉冲响应及所述同步扫频信号得到所述系统的输出信号;
所述逆滤波傅里叶变换的公式如下:
所述阶次脉冲响应的公式如下:
失真计算模块,用于根据所述输出信号及所述阶次脉冲响应的阶次数生成建模信号;利用所述建模信号及测量信号确定时域失真信号;利用所述时域失真信号确定频域失真信号,根据所述频域失真信号及预设的有效信号确定所述输入电压的瞬态失真信号,利用所述瞬态失真信号得到平均瞬态失真信号;
所述时域失真信号的公式如下:
e(t)=yFIT(t)-yMES(t)
其中,e(t)表示所述时域失真信号,yFIT(t)表示所述建模信号,yMES(t)表示所述测量信号,t表示时间;
所述瞬态失真信号如下:
其中,dIHD(f)表示所述瞬态失真信号,e(f)表示所述频域失真信号,yRMS表示有效信号。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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