[发明专利]音圈马达的整形信号及驱动的控制方法、驱动芯片电路

摘要

本发明提出了一种音圈马达的整形信号控制方法、驱动芯片及其控制方法，输入整形是将脉冲序列与系统的输入信号进行卷积，从而产生一个整形的输入信号，该整形后的信号作用于系统，能消除或极大的减少系统的残余振荡，同时亦能增大对音圈马达系统参数的误差范围的适应，减少设计、生产及测试音圈马达模组的成本。

主权项

一种音圈马达的整形信号控制方法，其特征在于，所述方法包括包含以下步骤：步骤1、确定音圈马达的等效模型的传输函数：$G\left(s\right)=\frac{{{\mathrm{\&omega;}}_n}^2}{s^2+2\mathrm{\&xi;}{\mathrm{\&omega;}}_{n}s+{{\mathrm{\&omega;}}_n}^2}---\left(1\right);$其中ω_n为系统无阻尼固有频率，ξ为系统阻尼系数，s为频域变量；步骤2、在t_n时刻对音圈马达系统作用单位脉冲信号，设t≥t_n，在t时刻系统的单位脉冲响应为：$w\left(t\right)=\frac{{\mathrm{\&omega;}}_n}{\sqrt{1-{\mathrm{\&xi;}}^2}}{e}^{-\mathrm{\&xi;}{\mathrm{\&omega;}}_n(t-t_n)}\sin {\mathrm{\&omega;}}_d(t-t_n)---\left(2\right);$步骤3、根据系统单位脉冲响应，获得系统在n个幅度为A_i(i＝1～n)，作用时刻分别为t_i(i＝1～n)的脉冲串在t≥t_n的响应为：$y\left(t\right)=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}\frac{A_i{\mathrm{\&omega;}}_n}{\sqrt{1-{\mathrm{\&xi;}}^2}}{e}^{-\mathrm{\&xi;}{\mathrm{\&omega;}}_n(t-t_n)}\sin {\mathrm{\&omega;}}_d(t-t_i)---\left(3\right);$其中为二阶系统的有阻尼固有频率，脉冲串即为输入整形信号；步骤4、在t_n时刻，将上面式(3)与式(2)幅值相比，得到无量纲的残余振动表达式，即：$V({\mathrm{\&omega;}}_n,\mathrm{\&xi;})=e^{-\mathrm{\&xi;}{\mathrm{\&omega;}}_n{t}_n}\sqrt{C^2({\mathrm{\&omega;}}_n,\mathrm{\&xi;})+S^2({\mathrm{\&omega;}}_n,\mathrm{\&xi;})}---\left(4\right);$其中C(ω_n,ξ)，S(ωⁿ,ξ)分别为：$C({\mathrm{\&omega;}}_n,\mathrm{\&xi;})=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{A}_i{e}^{\mathrm{\&xi;}{\mathrm{\&omega;}}_n{t}_i}\cos \left({\mathrm{\&omega;}}_n\sqrt{1-{\mathrm{\&xi;}}^2}{t}_i\right)---\left(5\right);$$S({\mathrm{\&omega;}}_n,\mathrm{\&xi;})=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{A}_i{e}^{\mathrm{\&xi;}{\mathrm{\&omega;}}_n{t}_i}\sin \left({\mathrm{\&omega;}}_n\sqrt{1-{\mathrm{\&xi;}}^2}{t}_i\right)---\left(6\right);$V(ωn,ξ)表示输入整形后系统响应与无输入整形系统脉冲响应在t_n时刻幅值之比；步骤5、在步骤(3)的输入整形的条件下增加新的约束条件，以保证通过输入整形以后的信号和原始激励信号增益相等，约束条件为：$\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{A}_i=1---\left(7\right);$同时为保证系统相应不出现超调，要求脉冲幅值为正，即：A_i＞0   (8)；同时由于输入整形在系统中引入了时滞，为了减少对系统响应速度的影响，要求引入的时滞越小越好，因此第一个脉冲作用的时间在零时刻，即：t₁＝0 (9)；t_i＞0 (10)；则在满足约束条件(7)、(8)、(9)、(10)的前提下，设计具有n个脉冲输入整形器的传输函数为：$F\left(s\right)=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{A}_i{e}^{-t_{i}s}---\left(12\right);$步骤6、使系统残余振动在系统无阻尼振荡频率和阻尼系数处为非零值Vexp，当残余振动达到最大值Vexp时，其对ω_n的微分为零，产生的单峰值Vexp称之为单峰值EI输入整形，双峰值Vexp为EEI输入整形，三峰值Vexp为EEEI输入整形，四峰值Vexp以及以上的称之为多峰值EI输入整形；对单峰值EI输入整形约束条件为：$\frac{\&PartialD;V\left(\mathrm{\&omega;}\right)}{\&PartialD;\mathrm{\&omega;}}{|}_{{\mathrm{\&omega;}}_n}=0$ 奇数峰  (13)；V(ω_l)＝0V(ω_h)＝0 奇数峰  (14)；式(13)、(14)中，ω_l、ω_h为零振动幅值对应的频率；对具有偶数峰值的输入整形约束条件为：V(ω_n)＝0$V\left(\mathrm{\&omega;}\right){|}_{{\mathrm{\&omega;}}_{\mathrm{ll}}}=0$$V\left(\mathrm{\&omega;}\right){|}_{{\mathrm{\&omega;}}_{\mathrm{hh}}}=0$ 偶数峰  (15)；$\frac{\&PartialD;V\left(\mathrm{\&omega;}\right)}{\&PartialD;\mathrm{\&omega;}}{|}_{{\mathrm{\&omega;}}_l}=0$$\frac{\&PartialD;V\left(\mathrm{\&omega;}\right)}{\&PartialD;\mathrm{\&omega;}}{|}_{{\mathrm{\&omega;}}_h}=0$ 偶数峰  (16)；式(15)、(16)中，ω_ll、ω_hh为零振动幅值对应的频率，ω_l、ω_h为峰值点振动幅值对应的频率；步骤7、设定满足要求的V_exp，ξ<<1，故假设ξ＝0，按照上述步骤6的约束条件，获得EI整形方程系数：单峰值EI整形方程系数：$\left[\begin{array}{c}{A}_i\\ t_i\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}\frac{1+V_{\exp }}{4}& \frac{1-V_{\exp }}{2}& \frac{1+V_{\exp }}{4}\\ 0& T& 2T\end{array}\right]---\left(17\right);$可得EI输入整形传输函数为：F(s)＝A₁+A₂e^‑Ts+A₃e^‑2Ts  (18)；其中T为半振动周期，$T=\frac{\mathrm{\&pi;}}{{\mathrm{\&omega;}}_n}---\left(19\right);$EEI整形方程系数：$\left[\begin{array}{c}{A}_i\\ t_i\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cccc}\frac{3X^2+2X+3{V_{\exp }}^2}{16X}& \frac{1}{2}-\frac{3X^2+2X+3{V_{\exp }}^2}{16X}& \frac{1}{2}-\frac{3X^2+2X+3{V_{\exp }}^2}{16X}& \frac{3X^2+2X+3{V_{\exp }}^2}{16X}\\ 0& T& 2T& 3T\end{array}\right]---\left(20\right);$其中：$X=\sqrt[3]{{V_{\exp }}^2(\sqrt{1-{V_{\exp }}^2}+1)}---\left(21\right);$可得EEI输入整形传输函数为：F(s)＝A₁+A₂e^‑Ts+A₃e^‑2Ts+A₄e^‑3Ts  (22)；EEEI整形方程系数：$\left[\begin{array}{c}{A}_i\\ t_i\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccccc}\frac{1+3V_{\exp }+2\sqrt{2({V_{\exp }}^2+V_{\exp })}}{16}& \frac{1-V_{\exp }}{4}& \frac{3+V_{\exp }-2\sqrt{2({V_{\exp }}^2+V_{\exp })}}{8}& \frac{1-V_{\exp }}{4}& \frac{1+3V_{\exp }+2\sqrt{2({V_{\exp }}^2+V_{\exp })}}{16}\\ 0& T& 2T& 3T& 4T\end{array}\right]---\left(23\right);$可得EEEI输入整形传输函数为：F(s)＝A₁+A₂e^‑Ts+A₃e^‑2Ts+A₄e^‑3Ts+A₅e^‑4Ts  (24)。