CN109932980B - 一种引入阻尼系数的音圈马达控制***及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种引入阻尼系数的音圈马达控制***及其方法，包含数字电路和模拟电路，数字电路包含：控制算法模块，接收音圈马达的目标移动值，输出每步移动值；阻尼系数计算模块，根据阻尼系数计算出每步移动系数；乘法器模块，将每步移动值和每步移动系数进行相乘得到阻尼后每步移动值；模拟电路包含数模转换器，分别用于转换阻尼后每步移动值的整数部分和小数部分，得到整数部分模拟量和小数部分模拟量综合起来得到音圈马达的模拟控制信号，同时根据阻尼后每步移动值，通过一时间控制模块来控制音圈马达的每步移动时间。本发明实现引入阻尼系数后算法移动幅度和移动时间的控制，有效地将阻尼系数引入到控制算法中，实现音圈马达的快速稳定。
Description
技术领域
本发明涉及集成电路设计领域，具体涉及一种引入阻尼系数的音圈马达控制***及其方法。
背景技术
随着音圈马达技术和材料的不断改进，马达位移随其内部电流变化的阻尼系数不断增加。为了更好地控制音圈马达快速稳定，音圈马达控制算法中需要考虑引入阻尼系数。但是阻尼系数的引入会增加控制算法的复杂度，从而使实现控制算法的电路变得复杂。
对于现有技术的一个简单的二阶算法，当阻尼系数为零时，该二阶算法的第一步和第二步上升的幅度相等。当马达存在阻尼系数后，算法每步的上升幅度会发生变化，且算法每步变化的时间也会发生变化。
基于上述，研发一种引入阻尼系数的音圈马达控制***及其方法来实现音圈马达的快速稳定实为必要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种引入阻尼系数的音圈马达控制***及其方法，能有效地将阻尼系数的影响加入到控制马达控制方法中，并实现音圈马达的快速稳定。
为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：
一种引入阻尼系数的音圈马达控制***，包含数字电路和模拟电路；所述数字电路包含：控制算法模块，其接收音圈马达的目标移动值，输出控制音圈马达的每步移动值；阻尼系数计算模块，其根据所述阻尼系数，计算出每步移动系数；乘法器模块，其将接收到的所述每步移动值和所述每步移动系数进行相乘得到阻尼后每步移动值；所述模拟电路设置有数模转换器，所述数模转换器包含整数部分数模转换单元和小数部分数模转换单元，分别用于转换所述阻尼后每步移动值的整数部分和小数部分，对应地得到整数部分模拟量和小数部分模拟量，并将所述整数部分模拟量与所述小数部分模拟量综合起来得到音圈马达的模拟控制信号。
优选地，所述阻尼系数计算模块替换成阻尼系数查找表，用于查找不同阻尼系数下的每步移动系数。
优选地，所述数模转换器包含10bit整数部分数模转换单元和6bit小数部分数模转换单元，分别接收所述阻尼后每步移动值的10bit整数部分和6bit小数部分。
优选地，所述乘法器模块与所述数模转换模块之间连接有一时间控制模块，用于控制音圈马达的每步移动时间；所述时间控制模块接收所述乘法器模块的阻尼后每步移动值，输出阻尼后每步移动值以及阻尼后每步移动时间。
优选地，所述时间控制模块包含：基于算法时间控制模块，与所述乘法器模块连接，根据所述乘法器模块输出的阻尼后每步移动值，输出对应的算法控制时间；基于阻尼系数时间控制模块，与所述基于算法时间控制模块连接，根据所述算法控制时间，增加一个基于阻尼系数所需要的额外时间，最终输出阻尼后控制时间，即所述阻尼后每步移动时间。
优选地，所述基于算法时间控制模块和所述基于阻尼系数时间控制模块通过相同的高频时钟进行时间计算，最终得到所述阻尼后控制时间。
本发明还提供了一种基于如上文所述的引入阻尼系数的音圈马达控制***的音圈马达控制方法，该方法包含以下过程：根据目标移动值得到控制音圈马达的每步移动值；根据引入的阻尼系数得到每步移动系数；将所述每步移动值和所述每步移动系数进行相乘得到阻尼后每步移动值；数模转换器分别转换所述阻尼后每步移动值的整数部分和小数部分，对应地得到整数部分模拟量和小数部分模拟量，综合起来得到音圈马达的模拟控制信号。
优选地，所述数模转换器包含10bit整数部分数模转换单元和6bit小数部分数模转换单元，分别接收所述阻尼后每步移动值的10bit整数部分和6bit小数部分。
优选地，所述的音圈马达控制方法进一步包含以下过程：根据所述阻尼后每步移动值，通过一时间控制模块来控制音圈马达的每步移动时间，最终同时得到阻尼后每步移动值以及阻尼后每步移动时间。
优选地，所述的音圈马达控制方法进一步包含以下过程：根据所述阻尼后每步移动值，输出对应的算法控制时间，并基于所述算法控制时间，增加一个基于阻尼系数所需要的额外时间，最终输出阻尼后控制时间，即所述阻尼后每步移动时间。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明提供一种引入阻尼系数的电路实现发式，该方式利用数字电路和模拟电路的结合，实现了引入阻尼系数后算法移动幅度和移动时间的控制，有效地将阻尼系数引入到控制算法中，实现音圈马达的快速稳定。
附图说明
图1为现有技术的一个简单的二阶算法示意图；
图2为本发明的考虑阻尼系数后二阶算法的变形示意图；
图3为本发明的数字电路部分的结构原理图；
图4为本发明的阻尼系数计算模块替换成阻尼系数查找表的数字电路部分的结构原理图；
图5为本发明中引入阻尼系数后的数模转换器结构示意图；
图6为本发明的数字输出到数模转换器之间的时间控制示意图；
图7为本发明的时间控制模块的具体实现方式示意图。
具体实施方式
通过阅读参照图1～图7所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的特征、目的和优点将会变得更明显。参见示出本发明实施例的图1～图7，下文将更详细的描述本发明。然而，本发明可以由许多不同形式实现，并且不应解释为受到在此提出的实施例的限制。
如图1所示为现有技术的一个简单的二阶算法示意图，图1中的横坐标为时间，纵坐标为上升幅度。当阻尼系数为0时，该二阶算法的第一步Step1和第二步上升Step2的幅度相等。
当马达存在阻尼系数后，则图1中算法示意图会变化成图2所示。比较图1和图2可知，引入阻尼系数后，该二阶算法每步的上升幅度会发生变化，即第一步Step1’和第二步Step2’的幅度不相等，且算法每步变化的时间也会发生变化。
本发明提供了一种引入阻尼系数的音圈马达控制***及其方法，其实质是一种引入阻尼系数后算法的上升幅度和上升时间改变的电路实现方式。其中，上升幅度的变化主要通过数字电路和模拟电路共同实现。图1和图2仅仅是一个示例，针对不同的算法有不同的步数，本发明对此不做限制，同样，本发明还适用于下降幅度和下降时间的电路实现。
作为本发明的第一实施例，如图3所示为本发明的数字电路部分的结构原理图，反映了阻尼系数对幅度影响，具体地，所述数字电路部分包含控制算法模块、阻尼系数计算模块和乘法器模块。
当目标移动值(也称目标移动距离)确定之后，所述算法控制模块会负责计算每步移动值(也称每一步移动的距离)，与此同时，所述阻尼系数计算模块会根据音圈马达的阻尼系数计算每步移动系数(每步算法移动的系数)。
当所述每步移动值和所述每步移动系数确定后，这两者经过一个乘法器模块进行相乘后，得到阻尼后每步移动值(即考虑阻尼系数后的每步移动的距离)。
由于实施例一的所述阻尼系数计算模块实现的计算是非常复杂的指数运算，这会占用大量的数字资源，为了节省资源和降低成本，本发明还可以给出一种简单的查找表方式，如图4所示。
作为本发明的第二实施例，如图4所示为本发明的阻尼系数计算模块替换成阻尼系数查找表的数字电路部分的结构原理图。本实施例将实施例一的所述阻尼系数计算模块替换成阻尼系数查找表。
所述数字电路部分包含控制算法模块、阻尼系数查找表和乘法器模块。
当目标移动值确定之后，所述算法控制模块会负责计算每步移动值，与此同时，阻尼系数查找表用于查找不同阻尼系数下的每步移动系数，这样数字电路部分实现时只需要存储一个相应的阻尼系数表格即可。当所述每步移动值和所述每步移动系数确定后，这两者经过一个乘法器模块进行相乘后，得到阻尼后每步移动值(即考虑阻尼系数后的每步移动的距离)。
其中，查找阻尼系数是使用端的事，使用者知道音圈马达阻尼系数后会告知芯片阻尼系数，芯片会根据被告知的阻尼系数进行每一步计算。
对于实施例二而言，本发明的数字电路部分工作时，根据马达阻尼系数的不同，通过所述阻尼系数查找表，找到当前阻尼系数下对应的马达移动系数即可。这样既节省了数字电路的面积，又节省了数字电路的运算量和运算时间。
通常情况下，音圈马达阻尼系数都相对较小，常见小于0.3，基于上述实施例一和实施例二而言，即图3和图4中的每步移动值乘以每步移动系数后，不可避免地会引入小数部分。所以，为了尽可能保证算法的效果，本发明中的模拟电路实现时，在模拟电路的数模转换器中增加了相应的小数部分。
如图5所示，所述数模转换器的包含10bit整数部分数模转换单元以及6bit小数部分数模转换单元，其分别接收上述实施一或实施二中的阻尼后每步移动值的10bit整数部分和6bit小数部分，并经过对应的数模转换单元后得到相应的模拟量输出。
其中，10bitt整数部分数模转换单元是通常音圈马达控制精度的要求；除此之外，本发明的数模转换器中增加了6bit小数部分数模转换单元，该6bit小数部分数模转换单元专门用于引入阻尼系数后每步移动值中的小数部分的实现，最终整数部分与小数部分综合起来(即相叠加)得到每一步马达移动值的模拟量。
本发明的6bit小数部分和10bit整数部分都是通过计算得到。其中，10bit整数的范围是0～1023，6bit小数的范围是0.015625～0.984375。但是本发明的整数部分数模转换单元不仅限于10bit，还可以是其他位数的整数部分数模转换单元，且该数模转换单元均是通过电路实现；同理，本发明的小数部分数模转换单元也不仅限于6bit，还可以是其他位数的小数部分数模转换单元，且该数模转换单元均是通过电路实现。
如图6所示，本发明的乘法器模块与数模转换模块之间连接有一时间控制模块，所述时间控制模块用于控制音圈马达的每步移动时间，如图7所示，所述时间控制模块与所述乘法器模块连接，所述时间控制模块接收所述乘法器模块输出的阻尼后每步移动值，并控制所述乘法器模块的阻尼后每步移动位移对应的执行时间，最终输出阻尼后每步移动值以及阻尼后每步移动时间，从而可得到引入阻尼后的算法，用以控制音圈马达。
从图7中可以看出，时间控制模块包含基于算法时间控制模块和基于阻尼系数时间控制模块。所述基于算法时间控制模块用于实现控制算法本身需要的时间，即图7中的算法控制时间，所述基于算法时间控制模块与所述控制算法相适配，当控制算法不同，则对应的所述算法控制时间不同，则最终阻尼后的每步移动时间也不同。所述基于阻尼系数时间控制模块与所述基于算法时间控制模块连接，所述基于阻尼系数时间控制模块是根据阻尼系数计算一个额外时间，即所述基于阻尼系数时间控制模块则是在所述基于所述算法控制时间的基础上，增加一个基于阻尼系数所需要的额外时间，最后可得到图7中所示的阻尼后控制时间(即阻尼后的每步移动时间)，相当于阻尼后控制时间＝算法控制时间+基于阻尼系数所需要的额外时间。
本实施例中，所述基于算法时间控制模块和所述基于阻尼系数时间控制模块这两个模块都是通过一个高频时钟进行时间计算，最终得到的所述阻尼后控制时间即为引入阻尼系数后算法所需要的控制时间，即图2中对应为T'。
综上所述，本发明提供一种引入阻尼系数的音圈马达控制***，利用数字电路和模拟电路的结合，实现了引入阻尼系数后算法移动幅度和移动时间的控制，有效地将阻尼系数引入到算法中，实现音圈马达的快速稳定。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
Claims (7)
1.一种引入阻尼系数的音圈马达控制***，其特征在于，包含数字电路和模拟电路；
所述数字电路包含：控制算法模块，其接收音圈马达的目标移动值，输出控制音圈马达的每步移动值；阻尼系数计算模块，其根据所述阻尼系数，计算出每步移动系数；乘法器模块，其将接收到的所述每步移动值和所述每步移动系数进行相乘得到阻尼后每步移动值；
所述模拟电路设置有数模转换器，所述数模转换器包含整数部分数模转换单元和小数部分数模转换单元，分别用于转换所述阻尼后每步移动值的整数部分和小数部分，对应地得到整数部分模拟量和小数部分模拟量，并将所述整数部分模拟量与所述小数部分模拟量叠加起来得到音圈马达的模拟控制信号；
所述乘法器模块与所述数模转换器之间连接有一时间控制模块，用于控制音圈马达的每步移动时间；
所述时间控制模块接收所述乘法器模块的阻尼后每步移动值，输出阻尼后每步移动值以及阻尼后每步移动时间；
所述时间控制模块包含：
基于算法时间控制模块，与所述乘法器模块连接，根据所述乘法器模块输出的阻尼后每步移动值，输出对应的算法控制时间；
基于阻尼系数时间控制模块，与所述基于算法时间控制模块连接，根据所述算法控制时间，增加一个基于阻尼系数所需要的额外时间，最终输出阻尼后控制时间，即所述阻尼后每步移动时间。
2.如权利要求1所述的引入阻尼系数的音圈马达控制***，其特征在于，
所述阻尼系数计算模块替换成阻尼系数查找表，用于查找不同阻尼系数下的每步移动系数。
3.如权利要求1或2所述的引入阻尼系数的音圈马达控制***，其特征在于，
所述数模转换器包含10bit整数部分数模转换单元和6bit小数部分数模转换单元，分别接收所述阻尼后每步移动值的10bit整数部分和6bit小数部分。
4.如权利要求1所述的引入阻尼系数的音圈马达控制***，其特征在于，
所述基于算法时间控制模块和所述基于阻尼系数时间控制模块通过相同的高频时钟进行时间计算，最终得到所述阻尼后控制时间。
5.一种基于如权利要求1-4任意一项所述的引入阻尼系数的音圈马达控制***的音圈马达控制方法，其特征在于，该方法包含以下过程：
根据目标移动值得到控制音圈马达的每步移动值；
根据引入的阻尼系数得到每步移动系数；
将所述每步移动值和所述每步移动系数进行相乘得到阻尼后每步移动值；
数模转换器分别转换所述阻尼后每步移动值的整数部分和小数部分，对应地得到整数部分模拟量和小数部分模拟量，并进行叠加得到音圈马达的模拟控制信号；
根据所述阻尼后每步移动值，输出对应的算法控制时间，并基于所述算法控制时间，增加一个基于阻尼系数所需要的额外时间，最终输出阻尼后控制时间，即阻尼后每步移动时间。
6.如权利要求5所述的音圈马达控制方法，其特征在于，
所述数模转换器包含10bit整数部分数模转换单元和6bit小数部分数模转换单元，分别接收所述阻尼后每步移动值的10bit整数部分和6bit小数部分。
7.如权利要求5所述的音圈马达控制方法，其特征在于，进一步包含以下过程：根据所述阻尼后每步移动值，通过一时间控制模块来控制音圈马达的每步移动时间，最终同时得到阻尼后每步移动值以及阻尼后每步移动时间。
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