CN115291506A - 基于状态观测的电动牙刷震颤噪声控制方法及设备 - Google Patents

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CN115291506A CN202211223916.4A CN202211223916A CN115291506A CN 115291506 A CN115291506 A CN 115291506A CN 202211223916 A CN202211223916 A CN 202211223916A CN 115291506 A CN115291506 A CN 115291506A
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Abstract

本发明提供了一种基于状态观测的电动牙刷震颤噪声控制方法及设备。所述方法包括：构建运动磁铁的运动学方程和动力学方程，对运动学方程和动力学方程进行状态及输入变换，得到第一子***和第二子***；构建第一子***的第一状态观测反馈控制器，构建第二子***的第二状态观测反馈控制器；采用第一状态观测反馈控制器控制第一子***，采用第二状态观测反馈控制器控制第二子***，实现对运动磁铁的运动控制。本发明可以确保连轴件磁铁与定位磁铁处于期望的距离，并且控制连轴件磁铁的横向震颤，避免连轴件磁铁横向触碰电动牙刷壁，有效降低电动牙刷的震颤噪声，增强电动牙刷的减震效果。

Description

基于状态观测的电动牙刷震颤噪声控制方法及设备
技术领域
本发明实施例涉及电动牙刷滤噪技术领域，尤其涉及一种基于状态观测的电动牙刷震颤噪声控制方法及设备。
背景技术
当前，电动牙刷开始受到越来越多人的喜爱。电动牙刷相较于传统的牙刷具有清洁力度好和舒适度高等诸多优点。目前的电动牙刷，用户在使用过程中会出现不同程度的震动感，虽然一些电动牙刷会采用相关的减震措施进行减震，但是减震效果任然不理想。例如，采用双磁铁减震的电动牙刷，其安装在连轴件上的磁铁在电机转动时会产生纵向和横向不同程度的震颤，纵向震颤会影响两个减震磁铁间的距离，从而影响减震效果，而横向震颤则会碰撞电动牙刷壁，产生新的震颤噪声。因此，开发一种基于状态观测的电动牙刷震颤噪声控制方法及设备，可以有效克服上述相关技术中的缺陷，就成为业界亟待解决的技术问题。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题，本发明实施例提供了一种基于状态观测的电动牙刷震颤噪声控制方法及设备。
第一方面，本发明的实施例提供了一种基于状态观测的电动牙刷震颤噪声控制方法，包括：构建运动磁铁的运动学方程和动力学方程，对运动学方程和动力学方程进行状态及输入变换，得到第一子***和第二子***；构建第一子***的第一状态观测反馈控制器，构建第二子***的第二状态观测反馈控制器；采用第一状态观测反馈控制器控制第一子***，采用第二状态观测反馈控制器控制第二子***，实现对运动磁铁的运动控制。
在上述方法实施例内容的基础上，本发明实施例中提供的基于状态观测的电动牙刷震颤噪声控制方法，所述构建运动磁铁的运动学方程，包括：
Figure 819342DEST_PATH_IMAGE001
其中，x为运动磁铁在世界坐标系中的质心横坐标，
Figure 737968DEST_PATH_IMAGE002
为相对时长求导数，y为运动磁铁在世界坐标系中的质心纵坐标，
Figure 472706DEST_PATH_IMAGE003
为运动磁铁相对于x轴方向的偏角，
Figure 956908DEST_PATH_IMAGE004
为运动磁铁的轴向运动速度，
Figure 68084DEST_PATH_IMAGE005
为运动磁铁与横向运动速度。
在上述方法实施例内容的基础上，本发明实施例中提供的基于状态观测的电动牙刷震颤噪声控制方法，所述构建运动磁铁的动力学方程，包括：
Figure 16448DEST_PATH_IMAGE006
其中，
Figure 859770DEST_PATH_IMAGE007
为运动磁铁的第一转动惯量，
Figure 831269DEST_PATH_IMAGE008
为运动磁铁的第二转动惯量，
Figure 277293DEST_PATH_IMAGE009
为运动磁铁的第三转动惯量，
Figure 345744DEST_PATH_IMAGE010
为运动磁铁的第一阻尼系数，
Figure 484601DEST_PATH_IMAGE011
为运动磁铁的第二阻尼系数，
Figure 5712DEST_PATH_IMAGE012
为运动磁铁的第三阻尼系数，
Figure 255428DEST_PATH_IMAGE013
为运动磁铁的轴向控制输入，
Figure 178384DEST_PATH_IMAGE014
为运动磁铁的横向控制输入。
在上述方法实施例内容的基础上，本发明实施例中提供的基于状态观测的电动牙刷震颤噪声控制方法，所述对运动学方程和动力学方程进行状态及输入变换，得到第一子***和第二子***，包括：
第一子***：
Figure 488143DEST_PATH_IMAGE015
第二子***：
Figure 496550DEST_PATH_IMAGE016
其中，
Figure 549957DEST_PATH_IMAGE017
为第一中间变量，且
Figure 327420DEST_PATH_IMAGE018
；
Figure 808080DEST_PATH_IMAGE019
为第二中间变量，且
Figure 38204DEST_PATH_IMAGE020
；
Figure 895302DEST_PATH_IMAGE021
为第三中间变量，且
Figure 527271DEST_PATH_IMAGE022
；
Figure 116516DEST_PATH_IMAGE023
为第四中间变量，且
Figure 99515DEST_PATH_IMAGE024
；
Figure 494725DEST_PATH_IMAGE025
为第五中间变量，且
Figure 731933DEST_PATH_IMAGE026
；
Figure 757658DEST_PATH_IMAGE027
为第六中间变量，且
Figure 24691DEST_PATH_IMAGE028
；
Figure 895695DEST_PATH_IMAGE029
为第一状态观测反馈控制器；
Figure 564574DEST_PATH_IMAGE030
为第二状态观测反馈控制器；d为第七中间变量，且
Figure 761200DEST_PATH_IMAGE031
；e为第八中间变量，且
Figure 249950DEST_PATH_IMAGE032
。
在上述方法实施例内容的基础上，本发明实施例中提供的基于状态观测的电动牙刷震颤噪声控制方法，所述构建第一子***的第一状态观测反馈控制器，包括：
Figure 190224DEST_PATH_IMAGE033
第一状态观测器：
Figure 713610DEST_PATH_IMAGE034
其中，
Figure 877875DEST_PATH_IMAGE035
为正常数对；
Figure 57183DEST_PATH_IMAGE036
为
Figure 597886DEST_PATH_IMAGE037
的状态观测值；
Figure 913461DEST_PATH_IMAGE038
为
Figure 440171DEST_PATH_IMAGE039
的状态观测值；
Figure 903513DEST_PATH_IMAGE040
为非零常数；
Figure 185590DEST_PATH_IMAGE041
为大于零的常数；t为时长；e为自然指数；
Figure 683567DEST_PATH_IMAGE042
为常数矩阵，且
Figure 127318DEST_PATH_IMAGE043
；
Figure 343536DEST_PATH_IMAGE044
为二维常数列；
Figure 226041DEST_PATH_IMAGE045
为二维常数组，且
Figure 516208DEST_PATH_IMAGE046
；
Figure 193177DEST_PATH_IMAGE047
为二维常数列，且
Figure 631112DEST_PATH_IMAGE048
。
在上述方法实施例内容的基础上，本发明实施例中提供的基于状态观测的电动牙刷震颤噪声控制方法，所述构建第二子***的第二状态观测反馈控制器，包括：
Figure 254991DEST_PATH_IMAGE049
第二状态观测器：
Figure 461982DEST_PATH_IMAGE050
其中，
Figure 575431DEST_PATH_IMAGE051
为四维常数组，且使得
Figure 438345DEST_PATH_IMAGE052
为Hurwitz矩阵；
Figure 662653DEST_PATH_IMAGE053
为
Figure 989729DEST_PATH_IMAGE054
的状态观测值；
Figure 211763DEST_PATH_IMAGE055
为
Figure 358711DEST_PATH_IMAGE056
的状态观测值；
Figure 324393DEST_PATH_IMAGE057
为
Figure 505975DEST_PATH_IMAGE058
的状态观测值；
Figure 961227DEST_PATH_IMAGE059
为
Figure 798733DEST_PATH_IMAGE060
的状态观测值；
Figure 364844DEST_PATH_IMAGE061
为常数矩阵，且
Figure 400933DEST_PATH_IMAGE062
，q为非零常数；
Figure 964769DEST_PATH_IMAGE063
为四维常数列，且使得
Figure 86309DEST_PATH_IMAGE064
为Hurwitz阵；
Figure 456111DEST_PATH_IMAGE065
为四维常数列，且
Figure 549969DEST_PATH_IMAGE066
，T为转置符；
Figure 347023DEST_PATH_IMAGE067
为四维常数列，且
Figure 955859DEST_PATH_IMAGE068
。
第二方面，本发明的实施例提供了一种基于状态观测的电动牙刷震颤噪声控制***，包括：刷头，与柔性摆件套接，用于刷牙；柔性摆件，与转轴连接，用于转动刷头；转轴，受球头驱动，用于转动柔性摆件；外壳，用于容纳部件；球头，套接在偏心轮上，用于驱动转轴转动；偏心轮，套接在传动轴上并嵌套在上卡槽中，用于驱动球头转动；上支架与下支架拼接，用于容纳传动轴；磁铁1，套接在传动轴上并嵌入下卡槽中，用于与磁铁2产生异极相斥力；磁铁2，套接在连轴件上，用于与磁铁1产生异极相斥力；连轴件，套接在电机及控制器上，用于根据控制指令进行相应转动，确保磁铁2按预定的幅度进行运动；电机及控制器，用于实现如前述任一方法实施例所述的基于状态观测的电动牙刷震颤噪声控制方法。
第三方面，本发明的实施例提供了一种基于状态观测的电动牙刷震颤噪声控制装置，包括：第一主模块，用于构建运动磁铁的运动学方程和动力学方程，对运动学方程和动力学方程进行状态及输入变换，得到第一子***和第二子***；第二主模块，用于构建第一子***的第一状态观测反馈控制器，构建第二子***的第二状态观测反馈控制器；第三主模块，用于采用第一状态观测反馈控制器控制第一子***，采用第二状态观测反馈控制器控制第二子***，实现对运动磁铁的运动控制。
第四方面，本发明的实施例提供了一种电子设备，包括：
至少一个处理器；以及
与处理器通信连接的至少一个存储器，其中：
存储器存储有可被处理器执行的程序指令，处理器调用程序指令能够执行第一方面的各种实现方式中任一种实现方式所提供的基于状态观测的电动牙刷震颤噪声控制方法。
第五方面，本发明的实施例提供了一种非暂态计算机可读存储介质，非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，计算机指令使计算机执行第一方面的各种实现方式中任一种实现方式所提供的基于状态观测的电动牙刷震颤噪声控制方法。
本发明实施例提供的基于状态观测的电动牙刷震颤噪声控制方法及设备，通过对连轴件上的运动磁铁进行运动控制，可以确保连轴件磁铁与定位磁铁处于期望的距离，并且控制连轴件磁铁的横向震颤，避免连轴件磁铁横向触碰电动牙刷壁，有效降低电动牙刷的震颤噪声，增强电动牙刷的减震效果。
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做一简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的基于状态观测的电动牙刷震颤噪声控制方法流程图；
图2为本发明实施例提供的基于状态观测的电动牙刷震颤噪声控制装置结构示意图；
图3为本发明实施例提供的电子设备的实体结构示意图；
图4为本发明实施例提供的基于状态观测的电动牙刷震颤噪声控制***结构示意图；
图5为本发明实施例提供的各状态变量运动控制效果示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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做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。另外，本发明提供的各个实施例或单个实施例中的技术特征可以相互任意结合，以形成可行的技术方案，这种结合不受步骤先后次序和/或结构组成模式的约束，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时，应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
本发明实施例提供了一种基于状态观测的电动牙刷震颤噪声控制方法，参见图1，该方法包括：构建运动磁铁的运动学方程和动力学方程，对运动学方程和动力学方程进行状态及输入变换，得到第一子***和第二子***；构建第一子***的第一状态观测反馈控制器，构建第二子***的第二状态观测反馈控制器；采用第一状态观测反馈控制器控制第一子***，采用第二状态观测反馈控制器控制第二子***，实现对运动磁铁的运动控制。
基于上述方法实施例的内容，作为一种可选的实施例，本发明实施例中提供的基于状态观测的电动牙刷震颤噪声控制方法，所述构建运动磁铁的运动学方程，包括：
Figure 801455DEST_PATH_IMAGE001
（1）
其中，x为运动磁铁在世界坐标系中的质心横坐标，
Figure 812137DEST_PATH_IMAGE069
为相对时长求导数，y为运动磁铁在世界坐标系中的质心纵坐标，
Figure 780093DEST_PATH_IMAGE070
为运动磁铁相对于x轴方向的偏角，
Figure 813908DEST_PATH_IMAGE071
为运动磁铁的轴向运动速度，
Figure 525512DEST_PATH_IMAGE072
为运动磁铁与横向运动速度。
基于上述方法实施例的内容，作为一种可选的实施例，本发明实施例中提供的基于状态观测的电动牙刷震颤噪声控制方法，所述构建运动磁铁的动力学方程，包括：
Figure 593962DEST_PATH_IMAGE073
（2）
其中，
Figure 732819DEST_PATH_IMAGE074
为运动磁铁的第一转动惯量，
Figure 50668DEST_PATH_IMAGE075
为运动磁铁的第二转动惯量，
Figure 503646DEST_PATH_IMAGE076
为运动磁铁的第三转动惯量，
Figure 488920DEST_PATH_IMAGE077
为运动磁铁的第一阻尼系数，
Figure 798679DEST_PATH_IMAGE078
为运动磁铁的第二阻尼系数，
Figure 541507DEST_PATH_IMAGE079
为运动磁铁的第三阻尼系数，
Figure 594913DEST_PATH_IMAGE080
为运动磁铁的轴向控制输入，
Figure 434693DEST_PATH_IMAGE081
为运动磁铁的横向控制输入。
基于上述方法实施例的内容，作为一种可选的实施例，本发明实施例中提供的基于状态观测的电动牙刷震颤噪声控制方法，所述对运动学方程和动力学方程进行状态及输入变换，得到第一子***和第二子***，包括：
第一子***：
Figure 853036DEST_PATH_IMAGE082
（3）
第二子***：
Figure 411057DEST_PATH_IMAGE083
（4）
其中，
Figure 2575DEST_PATH_IMAGE084
为第一中间变量，且
Figure 900124DEST_PATH_IMAGE085
；
Figure 551685DEST_PATH_IMAGE086
为第二中间变量，且
Figure 331422DEST_PATH_IMAGE087
；
Figure 664315DEST_PATH_IMAGE088
为第三中间变量，且
Figure 478687DEST_PATH_IMAGE089
；
Figure 238832DEST_PATH_IMAGE090
为第四中间变量，且
Figure 505866DEST_PATH_IMAGE091
；
Figure 704766DEST_PATH_IMAGE092
为第五中间变量，且
Figure 311328DEST_PATH_IMAGE093
；
Figure 304691DEST_PATH_IMAGE094
为第六中间变量，且
Figure 59021DEST_PATH_IMAGE095
；
Figure 999295DEST_PATH_IMAGE096
为第一状态观测反馈控制器；
Figure 522680DEST_PATH_IMAGE097
为第二状态观测反馈控制器；d为第七中间变量，且
Figure 686945DEST_PATH_IMAGE098
；e为第八中间变量，且
Figure 866254DEST_PATH_IMAGE099
。
具体地，为了方便状态观测反馈控制器的设计，对（1）式和（2）式的***做以下状态和输入变换：
Figure 406957DEST_PATH_IMAGE100
（5）
Figure 784848DEST_PATH_IMAGE101
（6）
（1）式和（2）式在新状态和输入下（具体为在（5）式和（6）式之下）可以表示为：
Figure 323277DEST_PATH_IMAGE102
（7）
则（7）式可以分为两个子***，即（3）式表述的第一子***和（4）式表述的第二子***。
基于上述方法实施例的内容，作为一种可选的实施例，本发明实施例中提供的基于状态观测的电动牙刷震颤噪声控制方法，所述构建第一子***的第一状态观测反馈控制器，包括：
Figure 786619DEST_PATH_IMAGE103
（8）
第一状态观测器：
Figure 131013DEST_PATH_IMAGE104
（9）
其中，
Figure 301094DEST_PATH_IMAGE105
为正常数对；
Figure 72741DEST_PATH_IMAGE106
为
Figure 961063DEST_PATH_IMAGE107
的状态观测值；
Figure 843568DEST_PATH_IMAGE108
为
Figure 196052DEST_PATH_IMAGE109
的状态观测值；
Figure 76284DEST_PATH_IMAGE110
为非零常数；
Figure 514218DEST_PATH_IMAGE111
为大于零的常数；t为时长；e为自然指数；
Figure 138098DEST_PATH_IMAGE112
为常数矩阵，且
Figure 345088DEST_PATH_IMAGE113
；
Figure 458537DEST_PATH_IMAGE114
为二维常数列；
Figure 321451DEST_PATH_IMAGE115
为二维常数组，且
Figure 545759DEST_PATH_IMAGE116
；
Figure 872835DEST_PATH_IMAGE117
为二维常数列，且
Figure 829290DEST_PATH_IMAGE118
。
基于上述方法实施例的内容，作为一种可选的实施例，本发明实施例中提供的基于状态观测的电动牙刷震颤噪声控制方法，所述构建第二子***的第二状态观测反馈控制器，包括：
Figure 241817DEST_PATH_IMAGE119
（10）
第二状态观测器：
Figure 207499DEST_PATH_IMAGE120
（11）
其中，
Figure 389081DEST_PATH_IMAGE121
为四维常数组，且使得
Figure 844334DEST_PATH_IMAGE122
为Hurwitz矩阵；
Figure 416260DEST_PATH_IMAGE123
为
Figure 982371DEST_PATH_IMAGE124
的状态观测值；
Figure 284039DEST_PATH_IMAGE125
为
Figure 859594DEST_PATH_IMAGE126
的状态观测值；
Figure 981134DEST_PATH_IMAGE127
为
Figure 350936DEST_PATH_IMAGE128
的状态观测值；
Figure 444794DEST_PATH_IMAGE129
为
Figure 241848DEST_PATH_IMAGE130
的状态观测值；
Figure 850684DEST_PATH_IMAGE131
为常数矩阵，且
Figure 696280DEST_PATH_IMAGE062
，q为非零常数；
Figure 706962DEST_PATH_IMAGE132
为四维常数列，且使得
Figure 674918DEST_PATH_IMAGE133
为Hurwitz阵；
Figure 708733DEST_PATH_IMAGE134
为四维常数列，且
Figure 420337DEST_PATH_IMAGE135
，T为转置符；
Figure 285525DEST_PATH_IMAGE136
为四维常数列，且
Figure 362065DEST_PATH_IMAGE137
。
本发明实施例提供的基于状态观测的电动牙刷震颤噪声控制方法，通过对连轴件上的运动磁铁进行运动控制，可以确保连轴件磁铁与定位磁铁处于期望的距离，并且控制连轴件磁铁的横向震颤，避免连轴件磁铁横向触碰电动牙刷壁，有效降低电动牙刷的震颤噪声，增强电动牙刷的减震效果。
对运动磁铁的控制效果可以参见图5。图5中纵轴为x，y（单位为毫米）和
Figure 945493DEST_PATH_IMAGE138
（单位为度），横轴为时长（单位为秒）。可以看出，所设计的第一状态观测反馈控制器和第二状态观测反馈控制器可使y和
Figure 460788DEST_PATH_IMAGE138
收敛于零，x收敛在零附近的预定范围内，各个状态变量均保持了期望的振动状态。
本发明实施例提供了一种基于状态观测的电动牙刷震颤噪声控制***，参见图4，该***包括：刷头5，与柔性摆件6套接，用于刷牙；柔性摆件6，与转轴7连接，用于转动刷头5；转轴7，受球头9驱动，用于转动柔性摆件6；外壳8，用于容纳部件；球头9，套接在偏心轮10上，用于驱动转轴7转动；偏心轮10，套接在传动轴13上并嵌套在上卡槽3中，用于驱动球头9转动；上支架12与下支架11拼接，用于容纳传动轴13；第一磁铁1，套接在传动轴13上并嵌入下卡槽4中，用于与第二磁铁2产生异极相斥力；第二磁铁2，套接在连轴件14上，用于与第一磁铁1产生异极相斥力；连轴件14，套接在电机及控制器15上，用于根据控制指令进行相应转动，确保第二磁铁2按预定的幅度进行运动；电机及控制器15，用于实现如前述任一方法实施例所述的基于状态观测的电动牙刷震颤噪声控制方法。
本发明各个实施例的实现基础是通过具有处理器功能的设备进行程序化的处理实现的。因此在工程实际中，可以将本发明各个实施例的技术方案及其功能封装成各种模块。基于这种现实情况，在上述各实施例的基础上，本发明的实施例提供了一种基于状态观测的电动牙刷震颤噪声控制装置，该装置用于执行上述方法实施例中的基于状态观测的电动牙刷震颤噪声控制方法。参见图2，该装置包括：第一主模块，用于构建运动磁铁的运动学方程和动力学方程，对运动学方程和动力学方程进行状态及输入变换，得到第一子***和第二子***；第二主模块，用于构建第一子***的第一状态观测反馈控制器，构建第二子***的第二状态观测反馈控制器；第三主模块，用于采用第一状态观测反馈控制器控制第一子***，采用第二状态观测反馈控制器控制第二子***，实现对运动磁铁的运动控制。
本发明实施例提供的基于状态观测的电动牙刷震颤噪声控制装置，采用图2中的若干模块，通过对连轴件上的运动磁铁进行运动控制，可以确保连轴件磁铁与定位磁铁处于期望的距离，并且控制连轴件磁铁的横向震颤，避免连轴件磁铁横向触碰电动牙刷壁，有效降低电动牙刷的震颤噪声，增强电动牙刷的减震效果。
需要说明的是，本发明提供的装置实施例中的装置，除了可以用于实现上述方法实施例中的方法外，还可以用于实现本发明提供的其他方法实施例中的方法，区别仅仅在于设置相应的功能模块，其原理与本发明提供的上述装置实施例的原理基本相同，只要本领域技术人员在上述装置实施例的基础上，参考其他方法实施例中的具体技术方案，通过组合技术特征获得相应的技术手段，以及由这些技术手段构成的技术方案，在保证技术方案具备实用性的前提下，就可以对上述装置实施例中的装置进行改进，从而得到相应的装置类实施例，用于实现其他方法类实施例中的方法。例如：
基于上述装置实施例的内容，作为一种可选的实施例，本发明实施例中提供的基于状态观测的电动牙刷震颤噪声控制装置，还包括：第一子模块，用于实现所述构建运动磁铁的运动学方程，包括：
Figure 118166DEST_PATH_IMAGE139
其中，x为运动磁铁在世界坐标系中的质心横坐标，
Figure 427924DEST_PATH_IMAGE140
为相对时长求导数，y为运动磁铁在世界坐标系中的质心纵坐标，
Figure 498648DEST_PATH_IMAGE141
为运动磁铁相对于x轴方向的偏角，
Figure 489738DEST_PATH_IMAGE142
为运动磁铁的轴向运动速度，
Figure 329518DEST_PATH_IMAGE143
为运动磁铁与横向运动速度。
基于上述装置实施例的内容，作为一种可选的实施例，本发明实施例中提供的基于状态观测的电动牙刷震颤噪声控制装置，还包括：第二子模块，用于实现所述构建运动磁铁的动力学方程，包括：
Figure 810178DEST_PATH_IMAGE144
其中，
Figure 305882DEST_PATH_IMAGE145
为运动磁铁的第一转动惯量，
Figure 897400DEST_PATH_IMAGE146
为运动磁铁的第二转动惯量，
Figure 529370DEST_PATH_IMAGE147
为运动磁铁的第三转动惯量，
Figure 446510DEST_PATH_IMAGE148
为运动磁铁的第一阻尼系数，
Figure 226247DEST_PATH_IMAGE149
为运动磁铁的第二阻尼系数，
Figure 559139DEST_PATH_IMAGE150
为运动磁铁的第三阻尼系数，
Figure 373512DEST_PATH_IMAGE151
为运动磁铁的轴向控制输入，
Figure 195974DEST_PATH_IMAGE152
为运动磁铁的横向控制输入。
基于上述装置实施例的内容，作为一种可选的实施例，本发明实施例中提供的基于状态观测的电动牙刷震颤噪声控制装置，还包括：第三子模块，用于实现所述对运动学方程和动力学方程进行状态及输入变换，得到第一子***和第二子***，包括：
第一子***：
Figure 400691DEST_PATH_IMAGE153
第二子***：
Figure 599591DEST_PATH_IMAGE154
其中，
Figure 268470DEST_PATH_IMAGE155
为第一中间变量，且
Figure 199516DEST_PATH_IMAGE156
；
Figure 953846DEST_PATH_IMAGE157
为第二中间变量，且
Figure 690858DEST_PATH_IMAGE158
；
Figure 151926DEST_PATH_IMAGE159
为第三中间变量，且
Figure 581770DEST_PATH_IMAGE160
；
Figure 823396DEST_PATH_IMAGE161
为第四中间变量，且
Figure 36202DEST_PATH_IMAGE162
；
Figure 679673DEST_PATH_IMAGE163
为第五中间变量，且
Figure 14840DEST_PATH_IMAGE164
；
Figure 681444DEST_PATH_IMAGE165
为第六中间变量，且
Figure 760259DEST_PATH_IMAGE166
；
Figure 258236DEST_PATH_IMAGE167
为第一状态观测反馈控制器；
Figure 967566DEST_PATH_IMAGE168
为第二状态观测反馈控制器；d为第七中间变量，且
Figure 918205DEST_PATH_IMAGE169
；e为第八中间变量，且
Figure 738393DEST_PATH_IMAGE170
。
基于上述装置实施例的内容，作为一种可选的实施例，本发明实施例中提供的基于状态观测的电动牙刷震颤噪声控制装置，还包括：第四子模块，用于实现所述构建第一子***的第一状态观测反馈控制器，包括：
Figure 90877DEST_PATH_IMAGE171
第一状态观测器：
Figure 33425DEST_PATH_IMAGE172
其中，
Figure 409043DEST_PATH_IMAGE173
为正常数对；
Figure 829660DEST_PATH_IMAGE174
为
Figure 302230DEST_PATH_IMAGE175
的状态观测值；
Figure 353362DEST_PATH_IMAGE176
为
Figure 278593DEST_PATH_IMAGE177
的状态观测值；
Figure 502901DEST_PATH_IMAGE178
为非零常数；
Figure 502081DEST_PATH_IMAGE179
为大于零的常数；t为时长；e为自然指数；
Figure 786432DEST_PATH_IMAGE180
为常数矩阵，且
Figure 198959DEST_PATH_IMAGE181
；
Figure 164641DEST_PATH_IMAGE182
为二维常数列；
Figure 346223DEST_PATH_IMAGE183
为二维常数组，且
Figure 473579DEST_PATH_IMAGE184
；
Figure 373402DEST_PATH_IMAGE185
为二维常数列，且
Figure 939513DEST_PATH_IMAGE186
。
基于上述装置实施例的内容，作为一种可选的实施例，本发明实施例中提供的基于状态观测的电动牙刷震颤噪声控制装置，还包括：第五子模块，用于实现所述构建第二子***的第二状态观测反馈控制器，包括：
Figure 178864DEST_PATH_IMAGE187
第二状态观测器：
Figure 539438DEST_PATH_IMAGE050
其中，
Figure 864240DEST_PATH_IMAGE188
为四维常数组，且使得
Figure 234042DEST_PATH_IMAGE189
为Hurwitz矩阵；
Figure 62321DEST_PATH_IMAGE190
为
Figure 859375DEST_PATH_IMAGE191
的状态观测值；
Figure 468211DEST_PATH_IMAGE192
为
Figure 579387DEST_PATH_IMAGE193
的状态观测值；
Figure 590068DEST_PATH_IMAGE194
为
Figure 495707DEST_PATH_IMAGE195
的状态观测值；
Figure 591839DEST_PATH_IMAGE196
为
Figure 303443DEST_PATH_IMAGE197
的状态观测值；
Figure 106314DEST_PATH_IMAGE198
为常数矩阵，且
Figure 182855DEST_PATH_IMAGE062
，q为非零常数；
Figure 766283DEST_PATH_IMAGE199
为四维常数列，且使得
Figure 15998DEST_PATH_IMAGE200
为Hurwitz阵；
Figure 938955DEST_PATH_IMAGE201
为四维常数列，且
Figure 248714DEST_PATH_IMAGE202
，T为转置符；
Figure 257121DEST_PATH_IMAGE203
为四维常数列，且
Figure 310528DEST_PATH_IMAGE204
。
本发明实施例的方法是依托电子设备实现的，因此对相关的电子设备有必要做一下介绍。基于此目的，本发明的实施例提供了一种电子设备，如图3所示，该电子设备包括：至少一个处理器(processor)、通信接口(Communications Interface)、至少一个存储器(memory)和通信总线，其中，至少一个处理器，通信接口，至少一个存储器通过通信总线完成相互间的通信。至少一个处理器可以调用至少一个存储器中的逻辑指令，以执行前述各个方法实施例提供的方法的全部或部分步骤。
此外，上述的至少一个存储器中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本发明各个方法实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（ROM，Read-Only Memory）、随机存取存储器（RAM，Random Access Memory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中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网络单元上。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。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件实现。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行各个实施例或者实施例的一些部分所述的方法。
附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的***、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。基于这种认识，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的***来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
需要说明的是，术语"包括"、"包含"或者其任何其它变体意在涵盖非排它性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句"包括……"限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种基于状态观测的电动牙刷震颤噪声控制方法，其特征在于，包括：构建运动磁铁的运动学方程和动力学方程，对运动学方程和动力学方程进行状态及输入变换，得到第一子***和第二子***；构建第一子***的第一状态观测反馈控制器，构建第二子***的第二状态观测反馈控制器；采用第一状态观测反馈控制器控制第一子***，采用第二状态观测反馈控制器控制第二子***，实现对运动磁铁的运动控制。
2.根据权利要求1所述的基于状态观测的电动牙刷震颤噪声控制方法，其特征在于，所述构建运动磁铁的运动学方程，包括：
Figure 397289DEST_PATH_IMAGE001
其中，x为运动磁铁在世界坐标系中的质心横坐标，
Figure 485330DEST_PATH_IMAGE002
为相对时长求导数，y为运动磁铁在世界坐标系中的质心纵坐标，
Figure 650618DEST_PATH_IMAGE003
为运动磁铁相对于x轴方向的偏角，
Figure 849518DEST_PATH_IMAGE004
为运动磁铁的轴向运动速度，
Figure 252818DEST_PATH_IMAGE005
为运动磁铁与横向运动速度。
3.根据权利要求2所述的基于状态观测的电动牙刷震颤噪声控制方法，其特征在于，所述构建运动磁铁的动力学方程，包括：
Figure 574078DEST_PATH_IMAGE006
其中，
Figure 390724DEST_PATH_IMAGE007
为运动磁铁的第一转动惯量，
Figure 127736DEST_PATH_IMAGE008
为运动磁铁的第二转动惯量，
Figure 651121DEST_PATH_IMAGE009
为运动磁铁的第三转动惯量，
Figure 143282DEST_PATH_IMAGE010
为运动磁铁的第一阻尼系数，
Figure 119329DEST_PATH_IMAGE011
为运动磁铁的第二阻尼系数，
Figure 660031DEST_PATH_IMAGE012
为运动磁铁的第三阻尼系数，
Figure 365819DEST_PATH_IMAGE013
为运动磁铁的轴向控制输入，
Figure 700986DEST_PATH_IMAGE014
为运动磁铁的横向控制输入。
4.根据权利要求3所述的基于状态观测的电动牙刷震颤噪声控制方法，其特征在于，所述对运动学方程和动力学方程进行状态及输入变换，得到第一子***和第二子***，包括：
第一子***：
Figure 429907DEST_PATH_IMAGE015
第二子***：
Figure 571038DEST_PATH_IMAGE016
其中，
Figure 69016DEST_PATH_IMAGE017
为第一中间变量，且
Figure 637401DEST_PATH_IMAGE018
；
Figure 853618DEST_PATH_IMAGE019
为第二中间变量，且
Figure 798440DEST_PATH_IMAGE020
；
Figure 150924DEST_PATH_IMAGE021
为第三中间变量，且
Figure 155789DEST_PATH_IMAGE022
；
Figure 593724DEST_PATH_IMAGE023
为第四中间变量，且
Figure 14341DEST_PATH_IMAGE024
；
Figure 549228DEST_PATH_IMAGE025
为第五中间变量，且
Figure 397098DEST_PATH_IMAGE026
；
Figure 322329DEST_PATH_IMAGE027
为第六中间变量，且
Figure 608953DEST_PATH_IMAGE028
；
Figure 936030DEST_PATH_IMAGE029
为第一状态观测反馈控制器；
Figure 282697DEST_PATH_IMAGE030
为第二状态观测反馈控制器；d为第七中间变量，且
Figure 695224DEST_PATH_IMAGE031
；e为第八中间变量，且
Figure 457644DEST_PATH_IMAGE032
。
5.根据权利要求4所述的基于状态观测的电动牙刷震颤噪声控制方法，其特征在于，所述构建第一子***的第一状态观测反馈控制器，包括：
Figure 701543DEST_PATH_IMAGE033
第一状态观测器：
Figure 156795DEST_PATH_IMAGE034
其中，
Figure 56618DEST_PATH_IMAGE035
为正常数对；
Figure 685046DEST_PATH_IMAGE036
为
Figure 721135DEST_PATH_IMAGE037
的状态观测值；
Figure 409605DEST_PATH_IMAGE038
为
Figure 796724DEST_PATH_IMAGE039
的状态观测值；
Figure 900946DEST_PATH_IMAGE040
为非零常数；
Figure 119438DEST_PATH_IMAGE041
为大于零的常数；t为时长；e为自然指数；
Figure 916493DEST_PATH_IMAGE042
为常数矩阵，且
Figure 525329DEST_PATH_IMAGE043
；
Figure 761138DEST_PATH_IMAGE044
为二维常数列；
Figure 771819DEST_PATH_IMAGE045
为二维常数组，且
Figure 739775DEST_PATH_IMAGE046
；
Figure 898224DEST_PATH_IMAGE047
为二维常数列，且
Figure 344249DEST_PATH_IMAGE048
。
6.根据权利要求5所述的基于状态观测的电动牙刷震颤噪声控制方法，其特征在于，所述构建第二子***的第二状态观测反馈控制器，包括：
Figure 475016DEST_PATH_IMAGE049
第二状态观测器：
Figure 676190DEST_PATH_IMAGE050
其中，
Figure 259618DEST_PATH_IMAGE051
为四维常数组，且使得
Figure 509334DEST_PATH_IMAGE052
为Hurwitz矩阵；
Figure 556925DEST_PATH_IMAGE053
为
Figure 866683DEST_PATH_IMAGE054
的状态观测值；
Figure 937407DEST_PATH_IMAGE055
为
Figure 53131DEST_PATH_IMAGE056
的状态观测值；
Figure 892911DEST_PATH_IMAGE057
为
Figure 373571DEST_PATH_IMAGE058
的状态观测值；
Figure 728329DEST_PATH_IMAGE059
为
Figure 585426DEST_PATH_IMAGE060
的状态观测值；
Figure 342030DEST_PATH_IMAGE061
为常数矩阵，且
Figure 993591DEST_PATH_IMAGE062
，q为非零常数；
Figure 38907DEST_PATH_IMAGE063
为四维常数列，且使得
Figure 496433DEST_PATH_IMAGE064
为Hurwitz阵；
Figure 45227DEST_PATH_IMAGE065
为四维常数列，且
Figure 195585DEST_PATH_IMAGE066
，T为转置符；
Figure 462618DEST_PATH_IMAGE067
为四维常数列，且
Figure 395939DEST_PATH_IMAGE068
。
7.一种基于状态观测的电动牙刷震颤噪声控制***，其特征在于，包括：刷头，与柔性摆件套接，用于刷牙；柔性摆件，与转轴连接，用于转动刷头；转轴，受球头驱动，用于转动柔性摆件；外壳，用于容纳部件；球头，套接在偏心轮上，用于驱动转轴转动；偏心轮，套接在传动轴上并嵌套在上卡槽中，用于驱动球头转动；上支架与下支架拼接，用于容纳传动轴；第一磁铁，套接在传动轴上并嵌入下卡槽中，用于与第二磁铁产生异极相斥力；第二磁铁，套接在连轴件上，用于与第一磁铁产生异极相斥力；连轴件，套接在电机及控制器上，用于根据控制指令进行相应转动，确保第二磁铁按预定的幅度进行运动；电机及控制器，用于实现如权利要求1至6任一权利要求所述的基于状态观测的电动牙刷震颤噪声控制方法。
8.一种基于状态观测的电动牙刷震颤噪声控制装置，其特征在于，包括：第一主模块，用于构建运动磁铁的运动学方程和动力学方程，对运动学方程和动力学方程进行状态及输入变换，得到第一子***和第二子***；第二主模块，用于构建第一子***的第一状态观测反馈控制器，构建第二子***的第二状态观测反馈控制器；第三主模块，用于采用第一状态观测反馈控制器控制第一子***，采用第二状态观测反馈控制器控制第二子***，实现对运动磁铁的运动控制。
9.一种电子设备，其特征在于，包括：
至少一个处理器、至少一个存储器和通信接口；其中，
所述处理器、存储器和通信接口相互间进行通信；
所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令，以执行权利要求1至6任一项权利要求所述的方法。
10.一种非暂态计算机可读存储介质，其特征在于，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机执行权利要求1至6中任一项权利要求所述的方法。
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Title
汪徐江 等: ""基于降维观测器的磁悬浮最优控制方法"", 《机车电传动》 *
王辉 等: ""一种新型磁悬浮线路设计方案及悬浮控制方法"", 《同济大学学报（自然科学版）》 *

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CN115291506B (zh) 2023-01-17

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