CN102454085B - 识别不同负载的脱水控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种识别不同负载的脱水控制方法，综合应用不同的加速时间，并加入转动惯量检测，提高了衣物偏心量的检测精度，消除了由于衣物量多少对偏心量检测精度的影响；在不同偏心检测速度下没有通过，重新尝试时采用不同的加速时间，有效的提高了通过率，减少实际重新尝试的次数；能识别单件大衣物，并采用不同的控制方式，解决了单件大衣物经常不能脱水的问题。

Description

识别不同负载的脱水控制方法

技术领域

本发明涉及一种滚筒洗衣机的脱水控制方法，尤其是涉及一种识别不同负载的脱水控制方法。 

背景技术

滚筒洗衣机因为其旋转轴是水平的，在进入脱水程序前衣物总是在重力作用下分布滚筒的下半边，它不会像绕垂直轴旋转的洗衣机那样方便的将衣物分布均匀。图1展示了滚筒洗衣机脱水时衣物的分布过程，首先衣物掉落在滚筒的下半部分如图1a所示；脱水程序开始，洗衣机滚筒开始逆时针转动，衣物一部分在离心力作用下开始贴在筒壁上，而重力超过离心力的另一部分则掉落下来；如图1b所示，随着速度的慢慢增加，离心力随着也慢慢加大，衣物逐渐全部贴在筒壁上；如图1c所示，然而衣物贴在筒壁上后分布的均匀性主要取决于衣物的状态，多件小衣物和单件大衣物差别会很大，衣物的可展开性、滚筒的加速度等因素的影响也很大，即便这些条件都相同，衣物的分布仍不可能相同，具有很大的随机性。 

在这一背景下几乎所有的滚筒洗衣机都带有偏心负载(不平衡衣物)的检测程序。当检测到偏心负载大于某一值时，洗衣机将重新尝试衣物分布，这样能有效地保护洗衣机高速脱水时不会因偏心负载过大而损坏。 

目前通行的偏心衣物检测和保护方法基本都是把滚筒加速到某一个或依次若干个速度点，分别检测其速度变化量，然后和预设的变化量极限值作比较，小于该值就进入脱水，大于该值就重新抖散和分布衣物，即重新尝试。 

图2给出的是现有偏心检测的一般模式，其控制过程如下： 

第一步骤，滚筒反复以40-50转/分的转速正反转，抖散衣物，具体转速视滚筒的直径大小而定，直径大，相应转速就高。 

第二步骤，滚筒加速到第一偏心测试转速，第一偏心检测转速的确定原则是衣物能较稳定的贴在滚筒内壁上，其大小也和滚筒直径有关，直径大，相应转速就低，滚筒转速一般在90-100转/分。 

第三步骤，在第一偏心检测速度下进行偏心量检测，通常是检测滚筒在旋转一周内的速度变化量；然后将检测到的偏心量与预设的极限值对比，大于预设极限值，返回第一步骤，小于预设极限值，进入下一步骤。 

第四步骤，滚筒加速到第二偏心测试转速。第二偏心检测转速的确定原则与第一偏心检测速度有较大的差别，但又不能接近共振点，一般在120-150转/分，有些洗衣机还会设置第三偏心检测速度。 

第五步骤，偏心量检测，通常是检测滚筒旋转一周的速度变化量，与预设的极限值进行对比，大于预设的极限值，返回第一步骤。小于预设的极限值，进入高速脱水。 

由于衣物分布的随机性，从第三步骤进入第四步骤或返回第一步骤是随机的；同样，从第五步骤进入高速脱水或返回第一步骤也是随机的；我们把这种返回第一步骤的现象称为重新尝试。也就是说，任何偏心检测没有通过，洗衣机减速后衣物重新分布，重新检测偏心的过程称为重新尝试。重新尝试过程有重新分布和抖散衣物两部分组成。重新分布只要衣物从贴牢状态掉落下来，然后重新又贴牢，而抖散衣物则是在洗涤转速下反复正反转。重新尝试的次数主要取决于衣物分布均匀的难易程度，有些特别难分布均匀的衣物需要重新尝试很多次，所以重新尝试的次数不可能无限多，必须有一个限制。 

一般来说，小衣物无论件数多少，只要不是单件，一般比较易于分布均匀，多件大衣物次之，除单件以外一般是大衣物越多越难分布。单件衣物最难分布均匀，尤其是单件大衣物几乎没有机会通过偏心检测并完成脱水。 

此外，大衣物和小衣物分布均匀所需条件也不同，设计时很难兼顾，不加区分的重新尝试通过率较低，反复尝试，使洗衣时间变得很长。 

现有技术检测偏心量一般是通过检测滚筒运转一周的速度变化量来实现的。图3a是滚筒及偏心衣物在偏心检测时的位置和工作状况示意图，图3b是偏心检测时速度变化量检测原理示意图。当图3a中的偏心位置在α＝0°到90°逆时针转动时，由于偏心在上升，图3b中的速度曲线显示速度在减慢。当图3a中的偏心位置在α＝90°到270°逆时针转动时，由于偏心在下降，图3b中的速度曲线显示速度在加快。当图3a中的偏心位置在α＝270°到360°转动时，偏心位置又在上升，图3b中的速度曲线显示速度又在减慢。其物理学原理是偏心上升时，势能变大动能下降，偏心下降时，势能下降动能变大。公式 是： 

其中m是偏心量，ω_max和ω_min是滚筒运转一周的最大角速度和最小角速度，h是滚筒直径，g为重力加速度，J是转动惯量。 

现有技术只测了ω_max和ω_min，而没有测J，所以其精度是较低的。如图4中的两条速度曲线，虚线是1.1公斤纯偏心的速度曲线，实线是2.2公斤偏心加上22公斤均匀负载的速度曲线，虽然偏心量相差了一倍，但速度变化量却很接近。 

在此基础上，如果遇上单件较大衣物，通过率很低，往往把程序设定的所有尝试次数都用完还未通过，造成最终不脱水。如果遇上多件大衣物，又会因转动惯量J值较大而把大偏心判为小偏心，引起洗衣机噪音和振动，严重的甚至可能会损坏洗衣机零部件。 

发明内容

本申请人针对上述的问题，进行了研究改进，提供一种识别不同负载的脱水控制方法，提高衣物偏心量的检测精度，并识别不同的偏心负载，采用不同的控制方式，提高通过率，减少实际重新尝试的次数，减小洗衣机的噪音及振动，延长洗衣机的使用寿命。 

为了解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案： 

方案1：从衣物抖散转速加速到第一偏心测试速度的时间，在图5中表示为t，我们称它为加速时间。加速时间对衣物分布的均匀性有较大影响，而不同的加速时间对于不同种类的衣物影响并不相同。 

实验证明，并不存在一个加速时间对所有衣物状态都是较好的，而比较好的方法应该是采用不同的加速时间加以组合。本发明采用的技术方案是，第一次检测时，加速时间采用15秒，当在第一偏心检测速度未通过时，下一次重新尝试时将加速时间改为5秒，如图6所示的时间t1。通过第一偏心检测速度检测而未通过第二偏心检测速度检测时，下一次重新尝试时仍采用15秒加速时间，如图6所示的时间t2。这一技术方案对数量较少的(1-3件)大衣物较为有效，试验证明，5秒的加速时间使少量大衣物易于分布均匀，同时在第一偏心速度检测无法通过的概率也大一些。 

方案2：在第一偏心检测速度下检测电机的输出功率，并转换为单位转动角度下所做的功P1/α。在第一偏心检测速度加速到第二偏心检测速度时检测电机的输出功率，同样也转换为单位转动角度下所做的功P2/α，同时测定从 第一偏心检测速度到第二偏心检测速度下滚筒所转过的圈数(角度)，具体如图7所示。 

洗衣机滚筒匀速转动时，电机平均所做的功仅用于克服摩擦力矩，其表达式为： 

P1＝T_fα₁……..…………..(1) 

表示为单位转角所做的功，则表达式为： 

P1/α₁＝T_f……..…………..(2) 

式中，P1为电机匀速转动时所作的功，T_f为摩擦力矩，α₁为滚筒转过的角度。 

洗衣机滚筒加速转动时，电机所做的功不仅要用于克服摩擦力，还要用于增加滚筒的转动动能，其表达式为： 

P2＝T_fα₂+ΔE…..…………..(3) 

表示为单位转角所做的功，则表达式为： 

P2/α₂＝T_f+ΔE/α₂…..………..(4) 

P2为电机加速转动时所作的功，T_f为摩擦力矩，α₂为滚筒转过的角度，ΔF滚筒的转动动能增量或电机克服该增量所作的功。 

式4减去式2得： 

(P2/α₂-P1/α₁)＝ΔE/α₂..………(5) 

而ΔE又等于转动动能的增加量，即： 

$\mathrm{\ΔE}=\frac{1}{2}J{\mathrm{\ω}}_2^2-\frac{1}{2}J{\mathrm{\ω}}_1^2\·\·\·\left(6\right)$

式中：J为转动惯量，ω₁为第一偏心检测速度，ω₂为第二偏心检测速度。 

将6式代入5式并整理得： 

$J=(P2/{\mathrm{\α}}_2-P1/{\mathrm{\α}}_1)\frac{2{\mathrm{\α}}_2}{{\mathrm{\ω}}_2^2-{\mathrm{\ω}}_1^2}$

该式中已均为已知量，J值可以计算获得。再把J值代入到下式： 

$\mathrm{mgh}=\frac{1}{2}J{\mathrm{\ω}}_{\max }^2-\frac{1}{2}J{\mathrm{\ω}}_{\min }^2$

经整理得： 

式中，ω_max为滚筒运转一周的最大角速度，ω_min为滚筒运转一周的最小角速度，h为滚筒直径，g为重力加速度，J为转动惯量，Δω为滚筒转动一圈的滚筒角速度变化量，Δω在第二偏心检测速度下重新测得，如图7所示。现在获得的偏心量m比在第一偏心检测速度时获得的偏心量精确得多。 

本技术方案在第二偏心速度不仅检测速度变化量，而且检测转动惯量，两者计算得到的偏心量比第一偏心速度准确得多，这一技术方案能有效提高少量衣物(包括小衣物和大衣物)的通过率，并提高大量衣物的偏心保护可靠性。 

方案3：在第二偏心检测速度设置两个预设值，因为第一偏心检测速度检测时还有一个预设值，称之为第一速度变量预设值，在第二偏心检测速度的两个预设值就分别称为第一偏心量预设值和第三偏心量预设值。由第一偏心检测速度加速到第二偏心检测速度时检测转动惯量J，在第二偏心检测速度下检测速度变化量Δω，通过方案2得到偏心量m。当偏心量小于第一偏心量预设值时进入正常脱水，当偏心量大于第三偏心量预设值时重新尝试。当偏心量大于第一偏心量预设值，小于第三偏心量预设值时进入预脱水(也就是在一个中等速度下，如400转/分，脱水一分钟。)。 

预脱水一分钟后返回第一偏心检测速度和第二偏心检测速度，重新检测偏心量。这一过程如图8所示。 

由于在预脱水速度脱水1分钟，挤走了一部分水，原来的偏心量也有相应的变化。实验证明，绝大多数衣物偏心量会减小，这时重新返回第一偏心检测速度，但不检测，稍作停留直接加速到第二偏心检测速度，检测转动惯量J和速度变化量Δω，通过方案2得到偏心量m。当偏心量小于第一偏心量预设值时进入正常脱水，当偏心量大于第一偏心量预设值时重新尝试。 

由于偏心所在位置衣物一般较多，预脱水挤掉的水也多，预脱水后一般偏心会变小，吸水性好的衣物这一点更明显，所以，这一方案对吸水性好的衣物特别有效。 

方案4：把重新尝试分成5组，每组进行5次重新尝试，也就是说把总的重新尝试次数限制在25次。在图9中画出了5组中的前2组，每一次重新尝试都包含了方案1、2、3的内容，在同一组的两次重新尝试之间不插入抖散过程，以节省时间。 

如果第一组的5次重新尝试都没有通过第一偏心检测速度的检测，即第一组所有5次在第一偏心检测速度下检测到的速度变化量Δω都大于第一速度变量预设值，这说明衣物很难分布均匀并且很可能衣物较少，因为衣物多了在相同的偏心量下Δω会变小。因此，从第二组开始把第一速度变量预设值放宽为第二速度变量预设值。 

放宽第一速度变量预设值后引入惯量比较值，如图10所示。当测得的转动惯量小于惯量比较值时，可以断定衣物很难分布均匀并且衣物量较少，由此判定为单件大衣物，增加第二偏心量预设值。第二偏心量预设值大于第一偏心量预设值，当偏心量m小于第一偏心量预设值时进入正常脱水，当偏心量m大于第一偏心量预设值小于第二偏心量预设值时适当降低目标转速，在较低的目标转速下完成脱水。 

这一方案对单件大衣物较为有效。 

本发明综合运用上述4个方案按以下步骤实施： 

第一步骤，如果是从头开始，抖散衣物；如果是从其他步骤返回并重新尝试衣物分布及脱水时，检查同一组内是否重新尝试满5次，满5次抖散衣物，不满5次跳过本步骤直接进入下一步骤； 

第二步骤，检查是否完成第一组并且在第一组没有检测到转动惯量，即是否在第一组全部没有通过第一偏心检测；如果是，将第一速度变量预设值改写为第二速度变量预设值，记录该结果，以便在以后的一些步骤中分别处理，无论是否都进入下一步骤； 

第三步骤，以给定的长加速时间加速到第一偏心检测速度，检测速度变化量Δω，与第一速度变量预设值对比；如果速度变化量大于第一速度变量预设值，把加速时间改为短加速时间，返回第一步骤；如果速度变化量小于第一速度变量预设值，把加速时间改为长加速时间，进入下一步骤； 

第四步骤，加速到第二偏心检测速度，在加速过程中检测转动惯量J，在第二偏心检测速度下检测速度变化量Δω；综合转动惯量J及速度变化量Δω得到偏心量m； 

第五步骤，对于第二步骤判断为“否”：将偏心量m与第一偏心量预设值、第三偏心量预设值对比；偏心量m小于第一偏心量预设值，进入第七步骤；偏心量m大于第一偏心量预设值，小于第三偏心量预设值，进入第六步骤；偏心 量m大于第三偏心量预设值，返回第一步骤； 

对于第二步骤判断为“是”：首先将转动惯量与惯量比较值对比；如果转动惯量值大于惯量比较值仍按第二步骤“否”处理；如果转动惯量值小于比较值，将偏心量m与第一偏心量预设值、第二偏心量预设值、第三偏心量预设值对比；偏心量m小于第一偏心量预设值，进入第七步骤；偏心量m大于第一偏心量预设值，小于第二偏心量预设值，进入第八步骤；偏心量m大于第二偏心量预设值，小于第三偏心量预设值，进入第六步骤；偏心量m大于第三偏心量预设值，返回第一步骤； 

第六步骤，预脱水，在400转/分的转速下脱水1分钟，减速到第一偏心检测速度，返回第四步骤； 

第七步骤，正常脱水，结束； 

第八步骤，降低目标转速脱水，在400转/分的转速下脱水3--5分钟，加速到800转/分的转速下脱水30秒，结束。 

进一步的： 

在第二偏心检测速度下的偏心量通过下式计算：

式中：ω₂为第二偏心检测速度，h为滚筒直径，g为重力加速度，J为转动惯量，Δω为滚筒转动一圈的滚筒角速度变化量； 

所述长加速时间为12-18秒； 

所述长加速时间的优选值为15秒； 

所述短加速时间为3-7秒； 

所述短加速时间的优选值为5秒。 

本发明的技术效果在于： 

1、增加了转动惯量检测，提高了衣物偏心量的检测精度，消除了由于衣物量多少对偏心量检测精度的影响。 

2、在不同偏心检测速度下没有通过，重新尝试时采用不同的加速时间，有效的提高了通过率，减少实际重新尝试的次数。 

3、能识别单件大衣物，并采用不同的控制方式，解决了单件大衣物经常不能脱水的问题。 

附图说明

图1为滚筒洗衣机脱水时衣物的分布过程。其中，(a)分布开始前，衣物掉落在滚筒的下半部分。(b)洗衣机开始逆时针转动，衣物一部分在离心力作用下一部分开始贴在筒壁上，而重力超过离心力的另一部分则掉落下来。(c)随着速度的慢慢增加，离心力随着加大，衣物逐渐全部贴在筒壁上。 

图2为现有偏心检测的一般模式的程序控制过程图。 

图3为偏心检测原理示意图。(a)滚筒及偏心在偏心检测时的所在位置。(b)偏心检测时的速度变化曲线。 

图4为不同转动惯量的速度变化曲线图。 

图5为加速时间示意图。 

图6为重新尝试时采用不同加速时间示意图。 

图7为转动惯量检测示意图。 

图8为预脱水过程示意图。 

图9为重新尝试分组示意图。 

图10为单件大衣物判别过程示意图。 

图11为本发明的一个实施例的控制流程图。 

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。 

本发明预设了若干个预设的参数值被用于应对不同的衣物，在开始说明具体实例前先介绍一下预设的参数值。 

(1)加速时间，从衣物抖散速度加速到第一偏心检测速度的时间。加速时间分为长加速时间和短加速时间，长加速时间适合小衣物，短加速时间适合大衣物，本例中分别为长加速时间为15秒，短加速时间为5秒。 

(2)第一速度变量预设值及第二速度变量预设值，第一偏心检测速度下的速度变化量比较值，分为第二速度变量预设值和第一速度变量预设值，分别适用于单件大衣物和其他衣物。本例中第二速度变量预设值为±5π/分钟，第一速度变量预设值为±3.5π/分钟。其中，2π为转动一圈。 

(3)第一偏心量预设值及第二偏心量预设值，第二偏心检测速度下的偏心量比较值，判断是否可以进入正常脱水或降速脱水(仅针对单件大衣物)，分为第二偏心量预设值和第一偏心量预设值，分别适用于单件大衣物和其他衣物。本例中第二偏心量预设值为0.9公斤，第一偏心量预设值为0.6公斤。 

(4)第三偏心量预设值，第二偏心检测速度下的偏心量比较值，判断是否可以进入预脱水，本例中第三偏心量预设值为1.5公斤。 

(5)惯量比较值，用于判断是否单件大衣物，本例中为75，其单位为磅*英寸²的100分之一，换算成公制约为2公斤*米²。 

下面结合图11说明本发明的整个控制过程。 

A1步骤，在较低的速度反复正反转以抖散衣物。 

A2步骤，按加速时间加速到第一偏心检测速度，加速时间初始值为15秒，重新尝试时根据A12和A13步骤的改写加速时间值。 

A3步骤，检测速度变化量。 

A4步骤，检查‘第一组已完成’和‘没有获得惯量’两个条件是否同时满足，“否”进入A5步骤，“是”进入B5步骤。 

A5步骤，比较速度变化量是否小于±3.5π，“是”进入A6步骤，“否”进入A13步骤把加速时间改为5秒，再进入A14步骤，减速到抖散转速，同时判断是否同一组满5次，“是”返回A1步骤，“否”返回A2步骤。 

A6步骤，加速到第二偏心检测速度并检测转动惯量J。 

A7步骤，检测速度变化量并计算偏心量m。 

A8步骤，判断偏心量m是否小于1.5公斤，“是”进入A9步骤；“否”进入A12步骤把加速时间改为15秒，再进入A14步骤，降速到抖散转速，同时判断是否同一组满5次，“是”返回A1步骤，“否”返回A2步骤。 

A9步骤，判断偏心量m是否小于0.6公斤，“是”进入A20步骤正常脱水，A21步骤结束；“否”则进入A11预脱水，在410转/分脱水一分钟，减速到第一偏心检测速度后返回A6步骤。 

B5步骤，比较速度变化量是否小于±5π，“是”进入B6步骤，“否”进入A13步骤把加速时间改为5秒，再进入A14步骤，减速到抖散转速，同时判断是否同一组满5次，“是”返回A1步骤，“否”返回A2步骤。 

B6步骤，加速到第二偏心检测速度并检测转动惯量J。 

B7步骤，检测速度变化量并计算偏心量m。 

B8步骤，判断偏心量m是否小于1.5公斤，“是”进入B9步骤，“否”进入A12步骤把加速时间改为15秒，再进入A14步骤，降速到抖散转速，同时 判断是否同一组满5次，“是”返回A1步骤，“否”返回A2步骤。 

B9步骤，判断转动惯量J是否小于75，“是”进入B10步骤，“否”进入A9步骤。 

B10步骤，判断偏心量m是否小于0.9公斤，“是”进入B11步骤，“否”进入B12预脱水，在400转/分脱水一分钟，减速到第一偏心检测速度后返回B6步骤。 

B11步骤，判断偏心量m是否小于0.6公斤，“是”进入A20步骤正常脱水，A21步骤结束；“否”进入B20步骤，降速脱水，在400转/分脱水3分钟，加速到800转/分脱水30秒，进入A21步骤结束。 

Claims (6)

1.一种识别不同负载的脱水控制方法，其特征在于包括以下步骤：

第一步骤，如果是从头开始，抖散衣物；如果是从其他步骤返回并重新尝试衣物分布及脱水时，检查同一组内是否重新尝试满5次，满5次抖散衣物，不满5次跳过本步骤直接进入下一步骤；

第二步骤，检查是否完成第一组并且在第一组没有检测到转动惯量，即是否在第一组全部没有通过第一偏心检测；如果是，将第一速度变量预设值改写为第二速度变量预设值，记录该结果，以便在以后的一些步骤中分别处理，无论是否都进入下一步骤；

第三步骤，以给定的长加速时间加速到第一偏心检测速度，检测速度变化量Δω，与第一速度变量预设值对比；如果速度变化量大于第一速度变量预设值，把加速时间改为短加速时间，返回第一步骤；如果速度变化量小于第一速度变量预设值，把加速时间改为长加速时间，进入下一步骤；

第四步骤，加速到第二偏心检测速度，在加速过程中检测转动惯量J，在第二偏心检测速度下检测速度变化量Δω；综合转动惯量J及速度变化量Δω得到偏心量m；

第五步骤，对于第二步骤判断为“否”：将偏心量m与第一偏心量预设值、第三偏心量预设值对比；偏心量m小于第一偏心量预设值，进入第七步骤；偏心量m大于第一偏心量预设值，小于第三偏心量预设值，进入第六步骤；偏心量m大于第三偏心量预设值，返回第一步骤；

对于第二步骤判断为“是”：首先将转动惯量与惯量比较值对比；如果转动惯量值大于惯量比较值仍按第二步骤“否”处理；如果转动惯量值小于比较值，将偏心量m与第一偏心量预设值、第二偏心量预设值、第三偏心量预设值对比；偏心量m小于第一偏心量预设值，进入第七步骤；偏心量m大于第一偏心量预设值，小于第二偏心量预设值，进入第八步骤；偏心量m大于第二偏心量预设值，小于第三偏心量预设值，进入第六步骤；偏心量m大于第三偏心量预设值，返回第一步骤；

第六步骤，预脱水，在400转/分的转速下脱水1分钟，减速到第一偏心检测速度，返回第四步骤；

第七步骤，正常脱水，结束； 

第八步骤，降低目标转速脱水，在400转/分的转速下脱水3--5分钟，加速到800转/分的转速下脱水30秒，结束。

2.按照权利要求1所述的识别不同负载的脱水控制方法，其特征在于：在第二偏心检测速度下的偏心量通过下式计算： 

式中：ω₂为第二偏心检测速度，h为滚筒直径，g为重力加速度，J为转动惯量，Δω为滚筒转动一圈的滚筒角速度变化量。

3.按照权利要求1所述的识别不同负载的脱水控制方法，其特征在于：所述长加速时间为12-18秒。

4.按照权利要求3所述的识别不同负载的脱水控制方法，其特征在于：所述长加速时间的优选值为15秒。

5.按照权利要求1所述的识别不同负载的脱水控制方法，其特征在于：所述短加速时间为3-7秒。

6.按照权利要求5所述的识别不同负载的脱水控制方法，其特征在于：所述短加速时间的优选值为5秒。 

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