CN102182044A - 一种浮桶式洗衣机洗涤模式下的浮桶故障检测方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种浮桶式洗衣机洗涤模式下的浮桶故障检测方法和装置，包括步骤：检测并计算洗衣机无刷直流电机的实际旋转速度；判断无刷直流电机实际旋转速度是否低于预设旋转速度，若是，则执行下一步，否则结束本流程；判断驱动无刷直流电机转动的PWM控制信号的占空比是否超过预定的上限值，若是，则确定浮桶浮起故障。还包括装置：控制单元、无刷直流电机，控制单元检测并控制无刷直流电机的旋转速度，并依据无刷直流电机的旋转速度和控制单元发出的PWM控制信号的占空比完成浮桶故障检测，从而实现对洗衣机无刷直流电机的保护。

Description

一种浮桶式洗衣机洗涤模式下的浮桶故障检测方法及装置

技术领域

本发明涉及自动控制技术领域，特别是一种浮桶式洗衣机洗涤模式下的浮桶故障检测方法及装置。

背景技术

浮桶式波轮洗衣机的使用越来越普遍，浮桶式波轮洗衣机与普通波轮洗衣机的区别在于：普通波轮洗衣机在洗涤模式需要用离合器卡住内桶，由电机带动波轮转动，进而使水流随之转动。在脱水模式下，离合器通电松开内桶，内桶与波轮凹槽啮合，使得桶和波轮一起高速转动。

浮桶式洗衣机则没有离合器，正常洗涤时，在洗涤模式完成注水后，浮桶由于水的浮力而脱离波轮凹槽上浮。洗涤过程中，电机带动水流旋转，浮桶跟随水流左右旋转而转动。在水流转换旋转方向时，水流旋转方向与浮桶旋转方向还可形成手搓洗涤的效果。在脱水模式，浮桶由于失去浮力而自然下落，从而与波轮凹槽啮合，甩干时电机带动浮桶高速转动。

若浮桶式波轮洗衣机在洗涤模式时浮桶浮动失败，则会导致电机超负荷运转，甚至出现堵转的情况。若此必将严重影响电机正常使用并对电机造成损坏。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种浮桶式洗衣机洗涤模式下的浮桶故障检测方法及装置，以实现对洗衣机无刷直流电机的保护，其中包括步骤：

B、检测并计算洗衣机无刷直流电机的实际旋转速度；

C、判断无刷直流电机实际旋转速度是否低于预设旋转速度，若是，则执行下一步，否则结束本流程；

D、判断驱动无刷直流电机转动的PWM控制信号的占空比是否超过预定的上限值，若是，则确定浮桶浮起故障，否则返回步骤B。

由上，可以通过无刷直流电机实际旋转速度以及占空比两项参数实现对洗衣机洗涤模式时浮桶故障的检测。

可选的，所述步骤B前还包括步骤：

A、按预先设定的PWM控制信号的占空比初始值驱动无刷直流电机启动。

由上，在浮桶正常浮动时，无刷直流电机实际旋转速度可达到预设旋转速度。

可选的，所述步骤C结束本流程后还包括步骤：

依据PID算法公式实时调节无刷直流电机实际旋转速度与预设旋转速度的误差，并按设定时间间隔返回步骤B。

其中，所述PID算法公式为：

k表示采样序号、Kp表示比例系数、e表示无刷直流电机预设旋转速度与实际旋转速度的差值、Ki表示积分系数。

由上，通过调消除旋转速度误差，使得无刷直流电机处于最佳工作状态。

可选的，所述步骤D返回步骤B之前还包括步骤：

按一定比例提高所述PWM控制信号的占空比。

由上，通过提高PWM控制信号的占空比，使得理想情况下，无刷直流电机的实际旋转速度加快。

可选的，所述确定浮桶浮起故障后还包括：

发出表示浮桶浮起故障的警告或/和控制洗衣机停止运行。

由上可以看出，本发明方法通过在洗衣机洗涤模式下的浮桶故障检测，实现对洗衣机无刷直流电机的保护。

一种浮桶式洗衣机洗涤模式下的浮桶故障检测装置，包括：

控制单元、无刷直流电机。

控制单元，与无刷直流电机连接，用于检测并控制无刷直流电机的旋转速度，并在判断无刷直流电机实际旋转速度低于预设旋转速度、且驱动无刷直流电机转动的PWM控制信号的占空比超过预定的上限值时确定洗衣机的浮桶浮起故障。

由上，通过控制单元控制无刷直流电机转速，并通过检测无刷直流电机转速以及PWM控制信号占空比确定浮桶浮起故障。

其中，所述控制单元包括：

无刷直流电机控制电路、无刷直流电机反馈电路和处理器；

无刷直流电机控制电路，用于将处理器的控制信号数模转换为驱动无刷直流电机转动的输入电压；

无刷直流电机反馈电路，用于检测无刷直流电机转动而产生的反馈脉冲信号数量，并将检测结果发送至处理器；

处理器，用于向无刷直流电机控制电路发送控制信号，及依据所接收的反馈脉冲信号判断无刷直流电机实际旋转速度低于预设旋转速度、且驱动无刷直流电机转动的PWM控制信号的占空比超过预定的上限值时确定洗衣机的浮桶浮起故障。

较优的，所述控制单元还包括：与控制单元电连接的报警装置。

附图说明

图1为本发明判断浮桶式洗衣机的浮桶浮动的方法流程图；

图2为本发明比例积分调节算法控制的原理框图。

具体实施方式

其中整个装置至少包括控制单元、无刷直流(BLDC)电机、报警装置、波轮以及浮桶。

其中，所述控制单元包括处理器、BLDC电机控制电路、BLDC电机反馈电路。其中：

所述处理器为单片机，用于控制BLDC电机控制电路向BLDC电机发送脉冲宽度调制(PWM-Pulse Width Modulation)控制信号，以控制BLDC电机转动或停止，并通过改变输出PWM控制信号的占空比来改变BLDC电机的旋转速度。所述处理器还用于控制BLDC电机控制电路发送高低电平控制BLDC电机的旋转方向(顺时针旋转或逆时针旋转)。

所述BLDC电机控制电路用于将上述PWM控制信号转换为BLDC电机输入电压，驱动BLDC电机转动。BLDC电机与洗衣机的波轮相连接，从而带动波轮转动。

所述BLDC电机反馈电路用于检测BLDC电机的实际旋转速度，并将检测结果发回至处理器，处理器将上述实际旋转速度与预设旋转速度相比较，依据比较结果改变输出PWM控制信号的占空比。本实施例中设定BLDC电机的预设旋转速度为300r/min。在实际应用中预设旋转速度可根据浮桶重量或电机型号进行调整。

所述处理器与BLDC电机控制电路、BLDC电机、BLDC电机反馈电路连接构成整个系统。系统采用闭环PID(Proportion IntegrationDifferentiation)调节算法控制，即比例积分调节算法控制。如图2出示了比例积分调节算法控制的原理框图。依据PID算法公式，其中，k表示采样序号、Kp表示比例系数、Ki表示积分系数、e表示BLDC电机预设旋转速度与实际旋转速度的差值。

如图1示出了本发明所提供的判断浮桶式洗衣机浮桶浮动的方法，下面进行详细地描述。

步骤101、处理器按预先设定的占空比初始值输出PWM控制信号。

当处理器接收到开启指令后，通过处理器的PWM端口向BLDC电机控制电路输出PWM控制信号。所述PWM控制信号占空比的初始值为固定值，在实际应用中，可根据浮桶的不同重量或电机不同型号改变占空比的初始值。

步骤201、BLDC电机控制电路将PWM控制信号转换为BLDC电机输入电压，驱动BLDC电机转动。

所述BLDC电机控制电路将PWM控制信号进行数模转换，转换为驱动BLDC电机转动的输入电压，并将输入电压传送至BLDC电机，驱动BLDC电机转动。

步骤301、BLDC电机反馈电路检测BLDC电机实际旋转速度，并将检测结果发送至处理器，处理器计算BLDC电机实际旋转速度。

所述BLDC电机转动一圈产生四个反馈脉冲信号，BLDC电机反馈电路检测反馈脉冲信号数量，并将检测结果发送至处理器，处理器通过中断端口检测得出反馈脉冲信号的时间间隔，并将所述反馈脉冲信号进行换算，计算出BLDC电机的实际旋转速度。

步骤401、处理器比较BLDC电机实际旋转速度与预设旋转速度，若实际旋转速度低于预设旋转速度，执行步骤501，否则执行步骤701。

若BLDC电机实际旋转速度低于设定旋转速度时，表示浮桶有可能仍与波轮凹槽啮合在一起，此情况即相当于BLDC电机带动浮桶一同转动。若此，则必然会增加BLDC电机的负载量，从而导致BLDC电机实际旋转速度低于设定旋转速度，执行步骤501。

若BLDC电机实际旋转速度不低于设定旋转速度时，表示BLDC电机转动正常，执行步骤701。

步骤501、处理器判断占空比是否超过预定的上限值，如0.7，若是，则执行步骤601，否则，提高输出PWM控制信号的占空比，返回步骤301。

处理器检测当前输出的PWM控制信号占空比，若检测结果为占空比小于0.7，则处理器按固定比例提高输出PWM控制信号的占空比后，返回步骤301。所述固定比例可为0.05或0.1，并可根据实际情况调整比例数值，相应的，所述占空比上限值也可调整。

随着处理器所输出PWM控制信号占空比的增加，BLDC电机控制电路将PWM控制信号转换为BLDC电机输入电压随之增大。理想情况下，BLDC电机旋转速度会相应加快，并通过BLDC电机反馈电路将调节后的BLDC电机实际旋转速度发送至处理器。

通过本步骤，若下次调节后的BLDC电机实际旋转速度仍低于设定旋转速度，则继续返回步骤301，进行占空比的累加，此处不再赘述。若调节后的BLDC电机实际旋转速度始终低于设定旋转速度、且占空比超过上限值0.7时，则表明浮桶浮动失败，进入步骤601。具体原因如下：

当浮桶正常浮动情况下，处理器控制输出PWM控制信号的占空比达到某一上限值(即0.7)时，BLDC电机的实际旋转速度会高于预设旋转速度(即300r/min)。

因此，若处理器将输出PWM控制信号的占空比逐步调节到0.7，且BLDC电机的实际旋转速度仍低于预设旋转速度时，便可以断定浮桶浮动失败，进入步骤601。

步骤601、处理器向报警装置发出报警信号，表示浮桶浮动失败。结束本流程。

所述处理器与报警装置连接，所述报警装置可包括但不限于蜂鸣器、语音合成器。处理器判断结果为浮桶浮动失败后，向报警装置发送报警信息，由报警装置发出声音报警。同时还可以由处理器控制BLDC电机停止运行。

步骤701、浮桶正常浮动时，处理器依据PID算法公式实时调节转速误差，并按固定时间间隔检测BLDC电机的实际旋转速度。

洗衣机浮桶浮动成功，洗衣机进入正常洗涤模式。针对此过程中出现的BLDC电机实际旋转速度与预设旋转速度的误差，处理器依据PID算法公式进行调节。其中，PID算法公式中的比例系数和积分系数起实际调节作用。

具体来说，BLDC电机转速误差一旦产生，处理器立即进行调节。调节作用的强弱便取决于比例系数，比例系数越大，调节作用越强，则过渡过程越快，控制过程的静态偏差也就越小。但比例系数过大，也越容易产生振荡，破坏系统的稳定性。

积分系数用于消除误差，积分系数越大，积分的积累作用越弱，这时系统在过渡时不会产生振荡。增大积分系数可以减少超调量，提高系统的稳定性，但会减慢静态误差的消除过程，消除偏差所需的时间也较长。

综上所述应根据实际控制的具体要求来确定PID算法公式中的比例系数和积分系数。

较优的，在洗衣机正常运行时，通过C语言使得处理器按固定时间间隔计算BLDC电机的实际旋转速度与预设旋转速度的快慢，以确保洗衣机正常工作，并最大程度保护BLDC电机的寿命。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种浮桶式洗衣机洗涤模式下的浮桶故障检测方法，其特征在于，包括步骤：

B、检测并计算洗衣无刷直流机电机的实际旋转速度；

C、判断无刷直流电机实际旋转速度是否低于预设旋转速度，若是，则执行下一步，否则结束本流程；

D、判断驱动无刷直流电机转动的PWM控制信号的占空比是否超过预定的上限值，若是，则确定浮桶浮起故障，否则返回步骤B。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤B前还包括步骤：

A、按预先设定的PWM控制信号的占空比初始值驱动无刷直流电机启动。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤C结束本流程后还包括步骤：

依据PID算法公式计算PWM控制信号的占空比，并据此实时调节无刷直流电机实际旋转速度与预设旋转速度的误差，并按设定时间间隔返回步骤B。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述PID算法公式为：

k表示采样序号、Kp表示比例系数、e表示无刷直流电机预设旋转速度与实际旋转速度的差值、Ki表示积分系数。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤D返回步骤B之前还包括：

按一定比例提高所述PWM控制信号的占空比。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定浮桶浮起故障后还包括：

发出表示浮桶浮起故障的警告或/和控制洗衣机停止运行。

7.一种浮桶式洗衣机洗涤模式下的浮桶故障检测装置，其特征在于，包括：

控制单元、无刷直流电机；

控制单元，与无刷直流电机连接，用于检测并控制无刷直流电机的旋转速度，并在判断无刷直流电机实际旋转速度低于预设旋转速度、且驱动无刷直流电机转动的PWM控制信号的占空比超过预定的上限值时确定洗衣机的浮桶浮起故障。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述控制单元包括：

无刷直流电机控制电路、无刷直流电机反馈电路和处理器；

无刷直流电机控制电路，用于将处理器发送的控制信号数模转换为驱动无刷直流电机转动的输入电压；

无刷直流电机反馈电路，用于检测无刷直流电机转动而产生的反馈脉冲信号数量，并将检测结果发送至处理器；

处理器，用于向无刷直流电机控制电路发送控制信号，及依据所接收的反馈脉冲信号判断无刷直流电机实际旋转速度低于预设旋转速度、且驱动无刷直流电机转动的PWM控制信号的占空比超过预定的上限值时确定洗衣机的浮桶浮起故障。

9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述控制单元还包括：与所述控制单元电连接的报警装置。

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