用于电机驱动系统的控制技术的利记博彩app

专利名称：用于电机驱动系统的控制技术的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及电机控制和对电机驱动的系统的控制。具体地，本发明涉及对以电机 驱动的系统的控制，其中最小化电机控制的机械系统中的振荡或“反弹”。
背景技术：
电机驱动的传动系统在现代电子设备中是常见的。当需要在电子控制下在预定运 动范围内移动机械系统时使用它们。常见的例子可以包括用于数字照相机、录像机、具有这 种功能的便携设备(例如，移动电话、个人数字助理和手持游戏系统)的自动聚焦系统以及 用于光盘读取器的激光驱动器。在这些系统中，电机驱动器集成电路给电机产生多值驱动 信号，电机随即驱动机械系统(例如，在自动聚焦系统中驱动镜头组件)。电机驱动器响应 外部提供的代码字产生驱动信号。代码字通常是表明机械系统运动范围内的、电机应当将 该机械系统移动至的位置的数字值。因此，运动范围根据分配给运动范围的代码字的数目 被划分为预定数目的可寻址位置(此处称为“点”)。驱动信号是直接提供给电机以便使得 机械系统按照需要运动的电信号。虽然机械系统的类型和结构通常不同，然而许多机械系统可被模型化为耦合到弹 簧的质量块。当电机根据驱动信号移动该质量块时，该运动在系统内产生可以引起质量块 在新位置附近以某个谐振频率(fK)振荡的其它力。例如，在消费电子产品中已经观察到近 似IlOHz的谐振频率。这种振荡通常会随时间而减小，但是例如由于延长了照相机镜头系 统聚焦图像所花的时间或盘读取器移动到所选择的轨道所花的时间，因此它可能会削弱设 备预期功能的性能。图1是镜头驱动器中通常使用的电机驱动的系统的简化方框图。该系统包括成像 芯片110、电机驱动器120、音圈电机130和镜头140。电机驱动器响应由成像芯片提供的代 码为音圈电机产生驱动信号。音圈电机随即在镜头的运动范围内移动镜头。镜头的移动改 变镜头在成像芯片表面上对进入光线聚焦的方式，其可以被检测到并且可以被用来给电机 驱动器产生新代码。图2是图1的系统的可能的响应的频率曲线图，示出了频率为fK的谐 振频率。图3示出了由常规电机驱动器产生的两个驱动信号。第一个驱动信号是阶跃函 数，其以不连续的跳变从第一状态改变为第二状态(图3(a))。示出的第二个驱动信号是斜坡函数，其以固定的变化率从第一状态改变为第二状态(图3(b))。然而，这两种类型的驱 动信号导致了上述削弱性能的振荡行为。例如，图4示出了在这种机械系统中观察到的振荡。 发明人已经观察到这种电机驱动的系统的振荡行为不必要地延长了这种机械系 统的稳定时间并且降低了性能。因此，本领域需要一种可根据数字代码字驱动并且避免这 些系统中出现的振荡行为的电机驱动的系统。


图1是适用于本发明的示例性机械系统的方框图；图2是示例性机械系统的频率响应和可能在激活过程中发生的振荡的曲线图；图3示出了用于机械系统的常规驱动信号；图4示出了在单一阶跃驱动信号下观察到的机械系统的响应；图5示出了根据本发明的实施例的驱动信号；图6是示出了图5的驱动信号的高度和位置的曲线图；图7是示出了相对于本发明驱动信号频率的能量分布的曲线图；图8示出了在诸如图5所示的驱动信号下观察到的机械系统的响应；图9是根据本发明的实施例的系统的方框图； 示出了相对于本发明另一驱动信号频率的能量分布的曲线图；图10
图11
图12
图13
图14
图15
图16
图17
图18性曲线图
图19
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图29
图30
I的实施例的另一示例性驱动信号的曲线图； 系统的频率响应的曲线图； -实施例的驱动信号产生器的简化方框图； -实施例的驱动信号产生器的简化方框J另一个实施例的示例性驱动信号的曲线图； -个机械系统的方框-个实施例的驱动信号产生器的简化方框-个实施例的驱动信号产生器的简化方框图31示出了用于更新谐振频率的简化处理流程；图32 (a)示出了用于调节谐振频率的简化处理流程；图32 (b)示出了用于调节谐振频率的简化处理流程；图33是根据本发明的另一个实施例的驱动信号产生器的简化方框图；图34示出了用于确定阈值电压的简化处理流程；和图35示出了在测试单位阶跃驱动信号下观察到的机械系统的响应。
具体实施例方式本发明的实施例为电机驱动的机械系统提供驱动信号，该驱动信号的频率分布在 机械系统的预期谐振频率处具有零(或接近零)能量。可以根据Pascal三角中所选择的行 以一系列阶跃提供驱动信号，其中阶跃的数目等于Pascal三角中所选择的行中的项的数 目，每个阶跃具有与Pascal三角中所选择的行的相应项相对应的阶跃长度，并且根据由机 械系统的预期谐振频率确定的时间常数将这些阶跃彼此隔开。可替换地，可以根据Pascal 三角中所选择的行，将阶跃的驱动信号提供为一系列均勻的阶跃，其中这些阶跃被间隔到 与Pascal三角中所选择的行的项数相对应的多个区间内，并且每个区间包括与Pascal三 角中所选择的行的相应项相对应的阶跃数。这些技术不仅在预期谐振频率处产生大体不具 有能量的驱动信号，它们提供了足够宽的零能量“凹陷”，以便容忍实际谐振频率与预期谐 振频率不同的系统。该电机驱动器还可以包括检测系统，用于测量反向通道的属性，并且得 出机械系统的振荡特性。使用检测系统可以包括计算机械系统的谐振频率和从启动机械停 止位置移动机械系统所需的阈值驱动Dth。反向通道计算可用于取代或改进相应的预编程 值。图5是示出了根据本发明的实施例的示例性驱动信号的曲线图。该驱动信号是在 相应于一个时间常数随时间会变化的多阶阶跃函数tc =^-.等式 1这转换为具有两个阶跃的驱动信号，第一阶跃在时刻、具有如下幅值，所述幅值 相应于经过旧位置(Prail)和新位置(Pnew)之间的间隔距离(ΔΡ = Pnew-Pold)所需电平的近 似一半的幅值。第二阶跃可以出现在时刻‘+t。，并且具有相应于需要经过剩余距离的幅值。 图6示出了图5的驱动信号的差分响应。图7是示出了图5的驱动信号相对于频率的能量分布的曲线图。如图所示，该驱 动信号在高于和低于谐振频率的频率处具有非零的能量分布。在谐振频率处，驱动信 号具有零能量。这种能量分布在谐振区域中最小化了赋予机械系统的能量，并且因此避免 了可能在这种系统中发生的振荡。图7还示出了可能出现在从单一阶跃函数(虚线)产生的驱动信号中的能量分 布。在这个曲线图中，系统在谐振频率fK处具有非零能量，这使得机械系统在该频率处被 赋予能量。认为谐振频率处的非零能量分量对发明人观察到的延长的振荡效果有贡献。图8是示出了以具有如图5所示的形状的驱动信号驱动机械系统时机械系统的 响应(情况(a))的曲线图。机械系统在位置P·处启动，并且移动到位置PNEW。在时刻、 和tft。施加激励脉冲。在这个例子中，Pold相应于27 μ m(数字代码50)，并且Pnew相应于
7170 μ m(数字代码295)，t0相应于t = 0，并且tc相应于3. 7ms。图8比较了在此处提出的驱动信号下的机械系统响应(情况(a))和以根据单一 阶跃函数的驱动信号驱动时观察到的响应(情况(b))。尽管在情况(a)机械系统在大约 4ms后稳定于新位置Pnew，然而在情况(b)中，相同的机械系统表现出延长的振荡。甚至在 30ms之后，机械系统继续在Pnew位置周围振荡。因此，图5的驱动信号提供了比常规驱动信 号实质上快得多的稳定时间。图9是根据本发明的实施例的系统900的方框图。如图所示，该系统可以包括寄 存器910-930，寄存器910-930用于存储表示旧位置和新位置以及机械系统的预期谐振频 率的数据。系统900可以包括减法器940，计算从Pnew到P·的ΔΡ。系统900还包括阶跃 产生器950，阶跃产生器950接收系统时钟并且根据从等式1确定的时序为累加器960产 生脉冲。阶跃产生器950可以产生，例如，如图6所示，具有如下幅值的脉冲，每个所述幅值 相应于机械系统经过的总距离的近似一半。累加器960可以累加由阶跃产生器950产生的 脉冲的合计值，并且将该合计值输出到乘法器970，乘法器970还从减法器接收ΔΡ值。因 此，乘法器970产生与图5所示的多阶跃增加相对应的信号。乘法器970的输出可被输入 加法器980，加法器980还从寄存器910接收P·值。因此，加法器980可以产生足以驱动 机械系统在最小稳定时间内从第一位置到第二位置的时变输出信号。当机械系统完成从旧位置到新位置的移位时，可以更新旧位置。在图9所示的系 统中，在阶跃产生器950给累加器产生其最后的阶跃之后，它还可以给寄存器910和920产 生转变信号，以便使得利用新位置寄存器920中的数据更新旧位置寄存器910。如果机械系统的谐振频率fK精确地与驱动信号的“凹陷”相匹配(例如，在士3% 内)，则图5的驱动信号可以很好地工作。不幸地是，系统制造商通常不能精确地知道其机 械系统的谐振频率。另外，尤其是在系统组件必须被经济地制造的消费品设备中，谐振频率 可以在相同产品的不同制造批次之间变化。因此，虽然电机驱动器可被设计为在预期的谐 振频率fKE处提供凹陷，然而机械系统的预期谐振频率和实际谐振频率(fffl)之间可能存在 显著的差异。为了适应这些用途，本发明的原理可被扩展为扩展频率凹陷，从而允许这些系统 所使用的谐振频率的更大容限。一种这样的扩展包括提供多层滤波，以便“加宽”该凹陷。 图10是示出了多层滤波的预期效果的曲线图。示出了 4个这样的滤波层。每个这种附加 的滤波层扩展了频率“凹陷”，对于该频率来说，存在被赋予系统的零能量。虽然每个滤波层 减小了赋予系统的能量的合计数量，并且因此可能引起机械系统的较慢的运动，然而，即使 在不能精确预测这些系统的谐振频率时，通过减少机械系统的稳定时间，这种滤波对于整 体系统运行也可以是有利的。图11示出了根据本发明的另一个实施例的系统1100的简化方框图。该系统包括 驱动信号产生器1110和串行提供的一个或多个陷波滤波器1120. 1-1120. N。系统1100中 的第一个滤波器1120. 1可以从驱动信号产生器1110接收驱动信号。N个滤波器(N ^ 1) 中的每一个可以在预期谐振频率(fKE)处对其输入信号滤波。由于级联地提供这些滤波器， 多个滤波器可以共同操作，以便提供具有比出现在单个滤波器系统中的缺口更宽的缺口的 滤波驱动信号。可替换地，附加的缺口可以位于预期的单个谐振频率周围的不同频率处，以 便加宽滤波器的衰减带。
在时域中，附加的滤波级提供了如下的阶跃响应 表 1输出驱动信号符合标准化(对这些阶跃进行缩放，从而它们的和等于1)之后的 表1所示的阶跃响应。例如，对于三阶系统，阶跃响应将在表1标出的每个时刻处被设置为 1/8、3/8、3/8和1/8。根据随时间改变的阶跃响应的总和来产生驱动信号。因此，表1的驱 动信号可以产生具有图12所示形状的波形。表1中所示级数与Pascal三角级数匹配。在一个实施例中，通过使用取自Pascal 三角中的相应第N行的级数，可以采用任意N阶滤波器。可以按照需要使用任意阶数，以便 防止机械系统的预期谐振频率的不确定性。虽然可以使用任意阶数，但是较高的阶数涉及 增加的稳定时间，并且因此应当慎重选择阶数。图13是根据本发明的实施例的信号产生器1300的方框图。信号产生器1300可 以包括一对寄存器1310、1320，以便存储表示估计的谐振频率和表示机械系统当前位置P· 的数据。时序引擎1330和分阶寄存器1340可以产生相应于诸如表1所示的适当阶跃模式 的输出。特别地，时序引擎1330可以以与根据存储的估计谐振频率所确定的时间间隔t。相 对应的速率给分阶寄存器1340提供时钟。分阶寄存器1340可以存储表示标准化的Pascal 三角的值的数据。基于表明将被应用的Pascal三角的行的控制信号(N选择)，分阶寄存器 1340可以在t。时钟的每个周期顺序地输出相应于该行中的每一项的阶跃值。累乘(MAC)单元1350可以从分阶寄存器1340接收表示新位置Pnew和旧位置P· 的数据和阶跃模式数据。在数学上，MAC1340可以产生数字驱动代码，如Drive (t) = Pold+(PNEW_P0LD) · Σ step (t),其中st印(t)表示所选模式的阶跃响应，并且t在与所选择的模式相关的所有t。 间隔上改变。数模转换器(DAC) 1360可以根据MAC的数字输出产生模拟驱动输出信号。可 以以电流或电压的方式产生该输出信号。图13的解决方案按照需要提供了比图9的实施例更宽的缺口，但是增加了复杂 性。Pascal三角的每行的标准化值必须被存储在分阶寄存器处的存储器内或被动态地计 算。在给阶跃图应用时序失配的本发明的另一个实施例中，可以避免这种复杂性。考虑表1所示的阶跃响应。任意阶段N(比如η = 3)的响应是前一个阶段N_1和 延迟了一个时间常量t。的相同阶段(阶段N-1)的复本的总和。例如
表2
在一个实施例中，系统产生表示复制信号的阶跃响应模式，上述复制信号在时间
上相对于彼此略微偏移(在下面的表3中以Δ t示出)。该阶跃响应模式可被表示如下
表3阶跃模式可以产生诸如在图14的例子中所示的驱动信号。在示出的例子中，N = 4。在实践中，可由电机驱动器中的系统时钟提供At时间间隔，该时间间隔可以比 根据预期谐振频率fK计算的t。时间间隔短得多。图14不是按比例绘制的。在一个实施例 中，某些系数可被彼此交换，以便加宽衰减带。系数交换可以减少对小t。时间间隔的需要。 例如，当使用系数交换时Δ t可被设置为l/4t。或l/8t。。时域实施例可以包括由N个滤波器的卷积提供的非平均分布的缺口的级联，每个 滤波器相应于Pascal三角的第一行。可以调节这些滤波器以便在标称谐振频率周围呈现 缺口。还可以使用由这些滤波器的时间常数t。的最小公倍数定义的公共时基对这些滤波 器进行卷积。
一水
卜例子可以包括其响应为{1000001}、 {10000001}、 {100000001}和
{1000000000 1}的4个滤波器。当以大约30倍于谐振周期的时基对这4个滤波器进行卷 积时，得到了具有系数{10000011101001111110010111000001}的32分阶滤波器。图15示 出了针对140Hz标称谐振频率的示例性32分阶滤波器的频率响应。图16示出了根据本发明的另一个实施例的驱动信号产生器1600。该驱动信号产 生器可以包括一对寄存器1610、1620，以便存储表示机械系统的估计的谐振频率和机械位 置的当前位置(Pqui)的数据。该驱动信号产生器可以包括存储诸如表3所示的分布的阶跃 模式的分阶寄存器1630。响应系统时钟的每次更迭(相应于At)，分阶寄存器1630可以 移出阶跃模式中的单个位。分阶寄存器可以包括相应于以每个时间常数t。间隔的时间间
10隔的缓冲器位(零)。移出的位可被输出到累加器1640，累加器1640计算脉冲随时间的连 续和。 减法器1650可以根据旧位置和新位置计算Δ P ( Δ P = PNEff-P0LD)。除法器可以将 ΔΡ除以因子1/2N，这可以以简单的移位实现，其中N表示当前使用的Pascal三角的行。乘 法器1670和加法器1680完成驱动信号的产生，驱动信号可被数学地表示为 Drive(t) = Pold + — UJ· Σ steP W在这个实施例中，St印(t)项再次表示来自分阶寄存器的脉冲。然而在这个实施 例中，分阶寄存器不需要存储标准化的阶跃值。取而代之，分阶寄存器可以在需要增量贡献 的每个At位置(见表3)处存储单个位值(Is)。在N行中的每一行中，单个位阶跃总计为 2N。在这个实施例中，除法器1660完成标准化，同时允许分阶寄存器的简单实现。DAC可以 根据由加法器1680输出的代码字产生电压或电流的模拟信号。虽然图16示出了分阶寄存器1630，其由系统时钟提供时钟，可选的，可由时序产 生器(未示出)给分阶寄存器提供时钟，时序产生器在由每个时间常数t。定义的时间周期 中激活，并且当激活时，以At的速率给分阶寄存器提供时钟。当每个脉冲串结束时，可以 去活时序产生器，直到出现下一个t。间隔。该第二实施例允许实现尺寸较小的分阶寄存器， 但是增加了时钟系统的复杂性。图17示出了根据本发明的另一个实施例的驱动信号产生器1700。该驱动信号产 生器可以包括一对寄存器1710、1720，以便存储表示机械系统的估计的谐振频率和机械位 置的当前位置(P·)的数据。该驱动信号产生器可以包括存储诸如表3所示的分布的阶跃 模式的分阶寄存器1730。响应系统时钟的每次更迭(相应于At)，分阶寄存器1730可以 移出阶跃模式中的单个位。分阶寄存器可以包括与以每个时间常数t。间隔的时间间隔相 对应的缓冲器位(零)。移出的位可被输出到累加器1740。在这个实施例中，P·值可被预先装入累加器1740。减法器1750可以根据旧位置 和新位置计算ΔΡ(ΔΡ = Pnew-PJ。值寄存器1760可以使用N位移位以将ΔP除以2Ν，以 便计算阶跃大小。计算的阶跃大小可被存储在值寄存器1760中。可以用每次分阶寄存器 1730移动一位时包含在值寄存器1760中的内容值与值1相加，以此更新以旧位置值初始化 的累加器1740。DAC 1780可以根据由累加器1740输出的代码字产生电压或电流的模拟信 号。由于图16和17的实施例提供了比表1和图13中的实施例更简单的实施方式，因 此图16和17的实施例是有利的。图14/表3实施例的阶跃响应是均勻的，并且因此不必 出现参考表1讨论的小数阶跃响应值。如同图13的实施例，图16和图17的实施例对比图 5的实施例更宽的缺口作出了贡献。在应用驱动信号之后，许多机械系统不立刻从启动机械停止位置运动。通常存在 弹簧力和其它惯性力，这种弹簧力和其它惯性力不被克服，直到驱动信号的幅值达到某个 阈值Dth(图18)为止。该阈值通常是未知的，并且可以随着制造批次的不同而变化。另外， 该阈值可以根据机械系统的朝向而变化。为了改进响应时间，当从相应于机械停止位置的开始位置移动时，本发明的实施 例可以将驱动信号提升到相应于阈值驱动信号Dth的值(图19)，并且根据Dth和足以将机械系统移动到目的地位置的驱动信号水平之间的差计算ΔΡ。当给这种系统施加驱动信号 时，该驱动信号可以包括从电机驱动器直接应用的Dth级别和在Dth级别以上提供的、相应于 上述实施例(图5、12和/或14)中的一个实施例的分阶驱动信号的时变分量。阈值驱动 Dth可被以“随意的(blind)”方式估计(例如，可能为真或不为真的机械系统的预期属性)。 可替换地，该阈值可被通过寄存器编程到系统内。本发明的原理可用于各种电控机械系统。如上所述，它们可被用于控制诸如图1 所示的照相机和摄像机的自动聚焦应用中的镜头组件。由于与可能出现在使用常规驱动信 号的系统相比，镜头组件将更快地在新位置达到稳定，因此可以预见，在使用此处讨论的驱 动信号的系统中将实现改进的性能。因此，与以前所能实现的相比，照相机和摄像机将更快 地产生聚焦的图像数据，这产生了更高的数据处理量。图20示出了根据本发明的实施例的另一个系统2000。图20的系统2000示出了具 有多维运动的镜头控制系统。如同图1，该系统可以包括成像芯片2010、电机驱动器2020、 各种电机2030-2050和镜头2060。每个电机2030-2050可以在多维空间中驱动镜头。例 如，如图20所示，自动聚焦电机2030可以相对于成像芯片2010横向移动镜头，这使得光线 被聚焦到芯片2010的光敏表面2010. 1。俯仰电机2040可以通过第一旋转轴旋转镜头，以 便控制镜头2060在第一空间维度中的定向。平摇电机2050可以通过垂直于第一旋转轴的 第二旋转轴旋转镜头，以便控制镜头2060在另一个空间维度中的定向。在图20的实施例中，成像芯片2010可以包括执行自动聚焦控制2010. 1、运动检测 2010. 2和光学图像稳定(OIS) 2010. 3的处理单元。这些单元可以为驱动电机2030-2050中 的每一个产生代码字，这些代码字可在输出线上被输出到电机驱动器2020。在图20所示的 实施例中，代码字以多路复用的方式被输出到电机驱动器2020。电机驱动器2020可以包括 电机驱动单元2020. 1-2020. 3，以便产生用于驱动电机2030-2050中的每一个的模拟驱动 信号。可以根据此处讨论的上述实施例产生这些模拟驱动信号。如同一维镜头驱动器的情 况，与被根据常规驱动信号驱动的镜头驱动器相比，可以预见，如上述实施例所示那样驱动 的多维镜头驱动器将实现更快的稳定时间。本发明的原理可用于其它系统，例如，如图21所示的基于MEMS的开关。这些系统 可以包括在控制信号的控制下在打开位置和闭合位置之间移动的开关元件2110。当闭合 时，开关元件2110的可移动“梁”部分2120处于与输出端子2130接触的位置。控制信号 通过控制端子2140被施加到开关元件2110，这给开关元件2110赋予静电力，以便将其从通 常的打开位置移动到闭合位置。在这个方面，MEMS开关的操作是已知的。根据一个实施例，MEMS控制系统可以包括开关驱动器2150，响应致动控制信号， 开关驱动器2150为MEMS开关产生具有图5、12或14所示形状的驱动信号。由此，MEMS开 关具有一个质量，根据该质量可以得出预期谐振频率，并且进而，可以得出时间常数t。。开 关驱动器2150可以施加具有足以将梁2120向着输出端子2130移动的合计幅值的多个阶 跃。在最后一个时间常数结束时，开关驱动器2150可以应用最后一个阶跃，以便将梁2120 以最小振荡停止在闭合位置。本发明的原理还可以应用于诸如图22所示的光学MEMS系统。此处，在公共光路中 提供光学发射器2210和光学接收器2220。可以沿着光路提供MEMS镜2230，MEMS镜2230 可以在驱动信号的控制下从第一位置变换到第二位置。在默认状态，例如，MEMS镜2230可以位于发射器2210和接收器2220之间的光路之外。然而在激活状态，MEMS镜2230可以 移动以便遮挡光路，这使得发射的光束被阻挡而不能到达接收器2220。根据一个实施例，MEMS控制系统可以包括镜驱动器2240，镜驱动器2240响应致 动控制信号为MEMS镜2230产生驱动信号，以使得MEMS镜2230从默认位置移动到激活位 置。镜2230可以具有一个质量，根据该质量可以导出预期谐振频率，并且通过扩展，可以导 出时间常数t。。镜驱动器2240可以施加具有足以将镜2230向着激活位置移动的合计幅值 的多个阶跃。在最后一个时间常数结束时，镜驱动器2240可以应用最后一个阶跃，以便将 镜2230以最小振荡停止在激活位置。光学系统2200可选择地可以包括沿着当镜2230移动到激活位置时形成的第二光 路提供的第二接收器2250。在这个实施例中，系统2200可以提供针对由光学系统2200接 收的光学信号的传递功能。本发明的原理可用于使用触觉或接触反馈以便确认数据接收的触敏传感器设备。 触觉设备提供模拟机械按钮的“点击”的反馈或其它接触反馈。如图23所示，这种设备2300 可以包括触摸屏面板2310，用于捕获来自输入设备的数据，输入设备通常为操作者的手指、 输入笔或其它物体。触摸屏面板2310给触摸屏控制器2320产生数据，触摸屏控制器2320 处理面板数据以得到操作者输入数据的屏幕位置。为了提供触觉反馈，触摸屏控制器2320 可以给电机驱动器产生数字代码字，电机驱动器给触觉电机控制器2330产生驱动信号。触 觉电机控制器2330可以给触觉作用电机2340产生驱动信号，触觉作用电机2340在触摸屏 面板2310内的产生触觉反馈的机械设备上施加力。根据一个实施例，电机驱动器2330可以根据诸如图12或14所示的形状给触觉作 用电机2340产生驱动信号。触觉作用电机2340和触摸屏设备的相关机械组件可以拥有一 个质量，根据该质量可以得出预期的谐振频率，并且通过扩展，可以得出时间常数t。。电机 驱动器2330可以根据Pascal三角的所选择的行或此处描述的本发明的任意实施例应用一 系列阶跃。由于用户的交互作用控制不同的质量，所述阶跃可以开始于Pascal三角中的比 其它应用更深的行(例如，第4行或更深)。可以预期，阶跃脉冲驱动信号将在触摸屏设备 内产生突然开始和结束的触觉反馈，并且因此提供了强有力地模拟机械设备的反馈感觉。本发明的原理还可以应用于包括回转臂或基于滑车(sled)的读取器的光盘或磁 盘读取器。图24示出了用于盘读取器的一种通用结构，其示出了在盘表面2420上提供的 电机驱动的回转臂2410。回转臂可以包括安装在其上的电机线圈2430，当给电机线圈2430 提供驱动信号时，电机线圈2430产生与磁体(未示出)交互作用的磁通，从而在一定运动 范围上移动回转臂。以这种方式，提供在回转臂上的读取头2440可以从盘中寻址识别出的 信息轨道并且读取信息。根据一个实施例，盘读取器控制系统可以包括电机驱动器2450，电机驱动器2450 响应代码字给电机线圈2430产生具有如图5、12或14所示形状的驱动信号。回转臂(和 滑车)可以拥有惯量，根据该惯量可以得出预期的谐振频率，并且通过扩展，可以得出时间 常数t。。电机驱动器2450可以施加具有足以将盘读取器移动到新位置的合计幅值的多个 阶跃。在最后一个时间常数结束时，电机驱动器2450可以应用最后一个阶跃，以便将读取 器以最小振荡停止在寻址的位置上。根据一个实施例，图25的驱动信号产生器2500可以产生具有固定驱动窗口的基于斜坡的电机驱动信号。在现有的电机驱动系统中，以恒定的改变速率提供斜坡信号。在 这些“倾斜的”斜坡信号系统中，将机械系统驱动到所希望位置的时间取决于将要经过的距 离。例如，提供相应于100点的移动的斜坡信号的时间是提供相应于50点的移动的斜坡信 号的时间的两倍。然而，“倾斜的”斜坡信号需要缺口滤波，并且具有变化的频率响应。在另 一方面，具有固定驱动窗口的基于斜坡的电机驱动信号可以使用线性滤波操作，并且具有 恒定的频率响应。驱动信号产生器2500可以包括输入代码寄存器2510，用于存储表示将经过的新 位置的代码。驱动信号产生器2500可以包括旧代码寄存器2520，用于存储表示机械系统的 旧位置或当前位置的代码。减法器2530可以通过以旧位置码减去新位置码来计算旧位置 和新位置之间的间隔距离。驱动信号产生器2500还可以包括以阶跃时钟速率作为时钟的斜坡调制器2540， 用于基于该间隔距离产生阶跃响应信号。阶跃响应可以相应于特定驱动信号中的各个阶 跃。另外，驱动信号产生器2500可以包括累加器2550，以便响应于阶跃响应信号产生数字 驱动信号。可以以与保持自前一操作的旧代码相对应的值初始化累加器2550。DAC 2560 可以根据数字驱动信号产生模拟驱动信号。图26示出了具有固定驱动窗口的基于斜坡的电机驱动信号的例子。这些信号可 以使得机械系统在预定时间tp内到达其所希望的目的地，而不论间隔距离如何。例如，图26 示出了作用在相同预定时间tp上的针对全程距离、半程距离以及四分之一距离行程的驱动 信号。可以相应于机械系统以1点/周期经过全程位移所花费的时间来设置预定时间tp。 到达所希望的目的地所用的阶跃数目可以根据经过的距离改变。可在时间上对这些阶跃进 行分配，因此某些阶跃可能“不被采用”。例如，与全程位于所用的阶跃相比，半程位移可以 不采用50%的阶跃。例如，与全程位于所用的阶跃相比，四分之一行程的位移可以不采用 75%的阶跃。其它比例可以产生阶跃周期的相应比例，但是还可以产生不规则的模式。可以结合此处描述的其它实施例使用驱动信号产生器2500。例如，电机驱动器系 统可以操作于若干模式，其中一种模式是利用固定驱动窗口模式的基于斜坡的驱动信号模 式。根据一个实施例，以电机驱动的系统2700可以包括图27所示的反馈系统。该反馈 系统可以是用于反向通道的检测系统、霍尔效应传感器或其它适合的反馈设备。以电机驱 动的系统可以包括控制芯片2710，其发送指令以命令电机驱动器2720驱动机械结构2730。 机械结构2750可以包括电机2730和机械系统2740。电机驱动器可以通过连接电机驱动 器2720和电机2730的信号线向电机2730传送驱动信号。电机2730响应该驱动信号移动 机械系统2740，这可以引起机械结构2740中的振荡或震荡行为。可由反馈系统捕捉振荡。 振荡在电机2730和电机驱动器2720之间延伸的信号线中弓丨发电信号。反向通道可以在传 输驱动信号的同一信号线上或可以在单独的信号线上。反向通道检测系统可以计算机械系统的谐振频率fK。系统制造者通常不会精确地 知道其机械系统的谐振频率。另外，尤其是在系统组件必须被经济地制造的消费品设备中， 谐振频率可能在相同产品的不同制造批次之间变化。因此，在使用过程中，对机械系统的实 际谐振频率进行计算而不是依赖制造者预期的谐振频率改进了机械系统中的精确度，并且 由于停止带宽度的减小，缩短了稳定时间。
图28示出了可以被结合在电机驱动器内用于计算机械系统的实际谐振频率的驱 动信号产生器2800的实施例。驱动信号产生器2800可以包括累加器2820以便产生数字 测试驱动信号，数模转换器(DAC) 2830用于根据累加器的数字输出产生模拟测试驱动输出 信号，该模拟测试驱动输出信号被应用于机械结构的电机，反向通道传感器2840用于捕捉 反向通道电信号；处理单元2850用于计算实际谐振频率；以及存储计算的谐振频率的寄存 器2810。可以以电流或电压的方式产生模拟信号。图29是根据本发明的实施例的用于确定机械系统的实际谐振频率的方法2900的 流程图。该方法可以包括产生测试驱动信号(方块2910)。测试驱动信号可以是单位阶跃 驱动信号，其具有足以将机械系统驱动到机械系统运动范围内的中间位置的值。可以根据 单位阶跃函数、斜坡函数或在机械系统的候选谐振频率的宽广范围上具有非零能量的其它 函数来产生该驱动信号。电机可以响应测试驱动信号移动机械系统，并且将在其中引发振 荡行为。振荡可以在电机的反向通道中引发电信号。该方法可以在反向通道传感器中捕 捉反向通道信号(方框2940)。该方法可以根据捕捉的反向通道信号产生数据样本(方框 2950)。根据这些数据样本，该方法可以计算机械系统的实际谐振频率(方框2960)。该处 理还可以包括在&寄存器中存储计算的谐振频率(方框2970)。然后，如在前面的实施例 中所讨论的，可以使用存储的谐振频率以便在运行期间产生驱动信号。图30示出了图30(a)中的测试驱动信号的例子和图30(b)中的机械系统的相应 运动。图30(a)中的测试驱动信号是相应于机械系统运动范围内的中点的单位阶跃驱动信 号。该驱动信号被应用于电机，电机使得机械系统运动。图30(b)示出了机械系统响应中 点驱动信号的位移。在位移曲线图的开始部分可看到振荡效应，其中在稳定于其相应的位 移值之前，机械系统的位移首先表现出振荡行为。振荡行为在反向通道中以与机械系统中 的振荡相同的谐振频率弓I发电信号。还可以在搜索/适应处理中计算谐振频率。图31是根据一个实施例的适应性调节 机械系统的存储的谐振频率值的方法3100的流程图。该方法可以包括应用驱动信号(方 框3110)。此时可将&的标称值存储在寄存器内。fK的标称值可以是最后计算的fK值。驱 动信号可以是测试驱动信号或在正常操作中应用的驱动信号。如果驱动信号是测试驱动信 号，它可以是具有足以将机械系统驱动到机械系统运动范围内的中间位置的值的单位阶跃 驱动信号。可以根据单位阶跃函数、斜坡函数或在机械系统的候选谐振频率的宽广范围上 具有非零能量的其它函数来产生该驱动信号。电机可以响应该驱动信号移动机械系统，并 且将在其中引发振荡行为。该方法可以估算振荡的幅值M(方框3120)。根据M，该方法可 以调节fK(方框3130)。该调节可以取决于诸如机械系统朝向和阶跃长度的因素。该方法 还可以包括在fK寄存器中存储计算的谐振频率。然后，如在前面的实施例中所讨论的，可 以使用存储的谐振频率以便在运行期间产生驱动信号。图32(a)是根据一个实施例的用于计算fK调节的方法3200的流程图。该方法可 以包括估算振荡的频率区间Fe(方框3201)。Fe可以具有诸如士 10%的容差；因此，不需要 精确的测量。该方法可以对存储的fK和Fe进行比较，以检查存储的fK是在Fe内、在Fe之下 还是在Fe之上(方框3202)。如果存储的&在Fe内，则该方法保持存储的fK (方框3203)。 如果存储的fK在Fe之下，则该方法可以将存储的fK增加预定量(3204)。如果存储的fK在 Fe之上，该方法可以将存储的fK减小预定量(方框3205)。该方法还可以包括在fK寄存器中存储调节的fK。图32(b)是根据另一个实施例的用于计算fK调节的方法3250的流程图。该方法 可以包括给fK调节分配优选符号(+或_)(方框3251)。可以基于机械系统的先前模式或 操作分配该优选符号。该方法可以通过比较当前的振荡幅值和以前的振荡幅值来检测机械 系统的性能是否下降(方框3252)。振荡幅值随时间增加表明性能下降了。如果当前振荡 幅值大于以前的振荡幅值，则该方法可以改变优选符号，并且根据新分配的符号改变该优 选符号并将调节预定量(方框3253)。该方法还可以存储改变的符号作为下一次迭代的 优选符号。如果振荡幅值不大于以前的振荡幅值，则该方法可以保持优选符号，并且根据该 优选符号将fK调节预定量(方框3254)。由于不希望谐振频率的大的改变，因此改变fK的 预定量可被设置为相对小的量。因此，方法3250可以连续地追踪并且调节fK。根据一个实施例，反向通道检测系统可以计算从启动机械停止位置移动机械系统 所需的dth。同样，系统制造者通常不能精确地知道其机械系统的Dth。另外，尤其是在系统 组件必须被经济地制造的消费品设备中，Dth可能在相同产品的不同制造批次之间变化。因 此，在使用过程中，计算机械系统的实际Dth而不是依赖制造者的预期Dth改进了机械系统的 精确度。图33示出了可被结合在电机驱动器中用于计算机械系统的实际Dth的驱动信号产 生器3300的实施例。驱动信号产生器3300以电机驱动器的初始模式操作。驱动信号产生 器3300可以包括累加器3320用于产生数字测试驱动信号，数模转换器(DAC) 3330用于根 据累加器的数字输出产生应用于机械结构的电机的模拟测试驱动输出信号，反向通道传感 器3340用于捕捉反向通道电信号，处理单元3350用于计算实际的Dth值或指示累加器3320 产生另一个数字测试驱动信号，以及Dth寄存器3330用于存储计算的Dth值。可以以电流或 电压的方式产生模拟信号。根据本发明的实施例，驱动信号产生器还可以包括位置传感器3360，用于存储机 械系统的位置和朝向。位置传感器3360可以耦合到累加器3320。Dth可能对机械系统的朝 向敏感。例如，由于重力的向下的辅助力，当面向下时镜头机械系统可以具有较小的Dth，而 相反，由于重力的向下的相反的力，当面向上时镜头机械系统可以具有较大的Dth。位置传 感器3360可以是倾斜测量计、陀螺仪或任意适合的位置检测设备。图34是根据本发明的实施例的用于确定机械系统的Dth的方法3400的流程图。 方法3400可以执行迭代处理以便确定Dth。该处理可以使用存储在Dth寄存器中的Dth的当 前估算值产生测试驱动信号(方框3420)。可以根据单位阶跃函数产生测试驱动信号。在 第一次迭代中，Dth估算值可以是预编程的值，但是此后它可被前一次迭代设置。根据一个 实施例，当检测到朝向改变时可以产生测试驱动信号。还可以根据机械系统的检测到的朝 向来产生测试驱动信号。测试驱动信号可被应用于机械系统的电机。如果测试驱动信号的 值等于或大于实际Dth，电机将移动机械系统，这产生机械系统中的振荡。该振荡可以在反 向通道中引发电信号。然而，如果测试驱动信号的值小于实际Dth，机械系统不移动，并且因 此不引发反向通道信号。方法3400可以针对振荡监测反向通道(方框3430)，并且确定是否出现了反向通 道信号。如果未观察到反向通道信号，则方法3400为另一个迭代增加测试驱动信号(方框 3440)。该方法可以重复。如果观察到了反向通道信号，处理单元检查当前Dth值是否在预定的精度级别内(方框3450)。例如，可以通过确定在处理中Dth值是否已经被改变了预定 次数来完成该检查。如果当前Dtii估算值没有位于某一精度级别内，则该方法减小测试驱 动信号(方框3440)。该方法可以重复。如果已知Dth值在该精度级别内，处理单元在Dth寄存器中存储当前Dth值作为最终 估算值(方框3470)。此后，该方法可以结束。然后可以在使用预期Dth值的本发明的任意 实施例中使用存储的Dth值。另外，可以执行反馈驱动搜索方法，以便通过响应以前的驱动 信号，基于反向通道的测量参数计算单位阶跃函数的幅值来改进收敛速度。图35示出了图35(a)中的测试驱动信号的例子和图35(b)中的机械系统的相应 移动。图35(a)中的第一个阶跃测试驱动信号是相应于估算的Dth值的单位阶跃驱动信号。 该驱动信号被应用于电机，电机引起机械系统的运动。图35(b)示出了机械系统响应第一 个阶跃值测试驱动信号的位移。在位移曲线图的开始部分可看到振荡效应，其中在稳定于 其相应位移值之前，机械系统的位移首先表现出振荡行为。振荡行为在反向通道中以与机 械系统中的振荡相同的谐振频率引发了电信号。幅值比第一个阶跃值测试驱动信号小的第 二个阶跃值测试驱动信号不导致电机被驱动，从而机械系统中没有移动，因此如图35所示 没有振荡行为。因此，第二个阶跃值测试驱动信号小于实际的Dth值。通过在第一个和第二 个阶跃值之间产生第三个阶跃值(未示出)来继续该处理，并且重复监测振荡行为，直到确 定Dth值在所述精度级别内为止。可以在初始模式中确定谐振频率&和Dth值两者。初始模式可在首次开启机械系 统时被触发，或在每次开启机械系统时被触发，或在其它预定的时刻被触发。可以在相同初 始模式或不同初始模式中同时或相继地执行4和0 值计算处理。如果同时执行两个处理， 则可以为两个处理使用相同的测试驱动信号，并且处理单元使用相同的反向通道信号计算 实际4和Dth值两者。如果相继地执行两个处理，则可以以任意顺序执行这些处理。另外， 当检测到朝向改变时，可以根据一个函数或查找表(LUT)修改Dth值。此处示出并且描述了本发明的若干实施例。然而，应当理解，对本发明的各种修改 和变形被上述教导所覆盖，并且在所附权利要求的范围内，而不脱离本发明的精神和预期 范围。另外，应当理解，上面给出的信号表示具有瞬时响应的驱动信号的理想形式；实际上， 在实际操作状态下，可以期望来自电机驱动器的某个回旋数量。在前面的讨论中忽略了这 些影响以便不会使得本发明的原理模糊不清。
权利要求
一种使用计算出的特定于机械系统的谐振频率来对电机驱动的机械系统进行驱动的方法，包括将测试驱动信号应用于机械系统的电机，以使得在所述机械系统中产生振荡行为；捕捉由于所述振荡行为由所述电机引发的反向通道电信号；根据捕捉的电信号计算所述机械系统的谐振频率；和将计算的谐振频率存储在寄存器内，在运行时模式中使用所述谐振频率。
2.如权利要求1的方法，还包括在运行时模式中将驱动信号应用于所述机械系统的电机，所述驱动信号在所计算的谐 振频率处具有大体上为零的能量。
3.如权利要求1的方法，其中所述电机是镜头驱动器电机。
4.一种驱动信号产生器，包括测试信号产生器，具有用于连接到机械系统的电机的输出；反向通道传感器，用于捕捉由于所述机械系统中的振荡行为由所述电机引发的电信号；处理器，用于根据捕捉的电信号计算所述机械系统的谐振频率；和 寄存器，用于存储所计算的谐振频率。
5.如权利要求4的驱动信号产生器，其中累加器在运行时操作模式中产生驱动信号， 所述驱动信号在所存储的谐振频率处具有大体上为零的能量。
6.如权利要求4的驱动信号产生器，还包括数模转换器，用于产生所述测试驱动信号 的模拟表示。
7.一种系统，包括具有驱动电机的机械结构；耦合到所述驱动电机的驱动信号产生器，包括初始化电路，操作于初始化模式，以便产生测试驱动信号，使得在所述机械结构中产生 振荡行为；反向通道传感器，用于捕捉由于所述振荡行为由所述电机引发的电信号；处理单元，用于根据捕捉的电信号计算所述机械结构的谐振频率；和驱动电路，操作于运行时模式，所述驱动电路包括用于存储所计算的谐振频率的寄存ο
8.如权利要求7的系统，其中所述驱动电路还被操作为在运行时模式中产生驱动信 号，所述驱动信号在所存储的谐振频率处具有大体上为零的能量。
9.如权利要求7的系统，其中所述驱动信号产生器还包括数模转换器，用于产生所述 测试驱动信号的模拟表示。
10.一种使用计算出的特定于机械系统的阈值Dth对电机驱动的机械系统进行驱动的 方法，包括迭代地将当前阶跃值的驱动信号应用于所述电机；在所述电机的信号线上监测由于所述机械系统的运动引发的反向通道电信号；和 如果所述反向通道信号表明所述机械系统运动，则为另一个迭代调节所述阶跃值；当应用了在所述机械系统中不导致振荡的阶跃值时，将所述阶跃值存储为阈值Dth，在 运行时模式使用所述Dth。
11.如权利要求10的方法，还包括使用所存储的Dth，在运行时模式中将驱动信号应用于所述电机。
12.如权利要求10的方法，其中由所述机械系统的朝向变化触发所述方法。
13.如权利要求10的方法，还包括 检测所述机械系统的朝向；和 基于所述朝向调节dth。
14.如权利要求13的方法，其中所述调节根据某一函数或查找表。
15.一种驱动信号产生器，包括初始化电路，用于以将被应用于电机的当前值产生测试驱动信号； 反向通道传感器，用于监测由于机械系统的运动由所述电机引发的电信号； 处理器，用于执行包括监测所述反向通道和调节所述测试驱动信号值的迭代操作，直 到确定了阈值Dth为止；和寄存器，用于存储确定的Dth值。
16.如权利要求15的驱动信号产生器，还包括驱动电路，用于使用所存储的Dth在运行 时模式中产生驱动信号。
17.如权利要求15的驱动信号产生器，还包括数模转换器，用于产生所述驱动信号的 模拟表示。
18.如权利要求15的驱动信号产生器，还包括位置传感器，用于检测所述机械系统的 朝向。
19.一种系统，包括具有驱动电机的机械结构；和耦合到所述驱动电机的驱动信号产生器，包括初始化电路，操作于初始化模式，用于以将被应用于所述驱动电机的当前值产生测试 驱动信号；反向通道传感器，用于监测由于所述机械结构的运动由所述电机引发的电信号； 处理单元，用于执行包括监测所述反向通道和调节所述测试驱动信号值的迭代操作， 直到确定阈值Dth为止；和驱动电路，操作于运行时模式，所述驱动电路包括用于存储确定的Dth值的寄存器。
20.如权利要求19的系统，其中所述驱动电路还被操作为使用所存储的Dth在运行时 模式中产生驱动信号。
21.如权利要求19的系统，其中所述驱动信号产生器还包括数模转换器，用于产生所 述测试驱动信号的模拟表示。
22.如权利要求19的系统，其中所述驱动信号产生器还包括位置传感器，用于检测所 述机械系统的朝向。
23.—种系统，包括具有驱动电机的机械结构；和 反向通道检测系统，包括初始化电路，可操作于初始模式，用于将测试驱动信号应用到所述驱动电机； 反向通道传感器，用于在所述驱动电机的信号线上监测由于所述机械结构的运动由所 述驱动电机引发的电信号；处理单元，用于根据监测到的反向通道电信号计算所述机械结构的特征值；和 操作于运行时模式的驱动电路，所述驱动电路包括用于存储计算的特征值的寄存器。
24.一种用于对电机驱动的机械系统进行驱动的方法，包括将驱动信号应用于机械系统的电机，以使得在所述机械系统中产生振荡行为； 捕捉对所述振荡行为的幅值估算；基于所述幅值估算调节所述机械系统的谐振频率；和在寄存器中存储所调节的谐振频率。
25.如权利要求24的方法，其中所述驱动信号是测试驱动信号。
26.如权利要求24的方法，其中所述驱动信号是正常操作驱动信号。
27.—种驱动信号产生器，包括驱动器电路，用于产生将被应用于电机的驱动信号； 反馈电路，用于捕捉由于机械系统的运动由所述电机引发的振荡； 处理器，用于根据所捕捉的振荡调节谐振频率；和 寄存器，用于存储所述谐振频率。
全文摘要
本发明的实施例提供了具有检测反向通道的属性，并且得出机械系统的振荡特性的检测系统的以电机驱动的机械系统。该检测系统的使用可以包括计算机械系统的谐振频率和从启动机械停止位置移动机械系统所需的阈值驱动DTH。系统制造者通常不能准确地知道其机械系统的谐振频率和DTH。因此，计算特定机械系统的谐振频率和DTH而不是依赖制造者的预期值在机械系统的使用值提高了准确度。可以使用反向通道计算，以便取代或改进相应的预编程值。
文档编号H02P7/00GK101902191SQ201010113730
公开日2010年12月1日 申请日期2010年2月8日 优先权日2009年2月9日
发明者A·卡西尔, C·利登, D·M·奥康纳尔, E·英格利什, J·卡尔佩-马拉维拉, M·莫菲, S·布伦宁, T·维纳利努 申请人:阿纳洛格装置公司