CN102888736B - 一种滚筒洗衣机脱水不平衡检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种滚筒洗衣机脱水不平衡检测装置及方法。它解决了现有的检测技术通过速度差的方法计算偏心量，因间接检测而导致偏心量误差大、精准度差的问题。本发明的微机控制器内设有控制单元、滤波单元和计算单元，方法步骤为：（1）PID控制系统输出控制信号，中值平滑滤波系统处理控制信号，对信号整形并提取，而后计算出最大偏差幅度值，并与设定值比较是否符合要求；（2）符合要求则进入低速脱水步骤，不符合则进行偏心修正；（3）进入低速脱水步骤后，判断实际的偏心量是否符合预定提高脱水转速的设定值；（4）若符合要求则按等级逐步提高脱水转速直至预定最高转速。本发明显著提高了偏心量测算的有效和精准性。

Description

一种滚筒洗衣机脱水不平衡检测装置及方法

技术领域

本发明属于洗衣机技术领域，涉及一种滚筒洗衣机，特别是一种滚筒洗衣机脱水不平衡检测装置及方法。

背景技术

随着白色家电产品的发展，滚筒洗衣机作为一种新型洗衣机形式被许多制造商看好，其具有的洗净比高、节水、节电的优点，也被更多消费者的认可和喜爱。

滚筒洗衣机脱水不平衡检测能力是确定洗衣机非常重要的一项技术性能，其是衡量各个滚筒洗衣机制造商产品品质的一个重要指标。

现有的脱水不平衡检测方法普遍采用速度差的方法计算洗衣机内筒偏心量判断和检测不平衡，此方法不是通过检测导致偏心的直接影响参数，而是通过检测速度变化的这种间接参数，由于洗衣机采用PID控制技术控制内筒转速以确保转速的恒定，因此部分抵消了偏心量对速度参数的影响，使这种检测方法的准确率降低。这种不平衡检测技术采用，在低速时依据检测偏心量的大小确定脱水时最高转速，无法实现在高速脱水过程中准备检测偏心量，因此不能依据衣物中水量的减少，进而偏心量的变化调整转速。

另一种不平衡检测技术是增加一个平衡检测传感器，此方法会增加洗衣机的成本和控制系统的复杂程度。

发明内容

本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种通过取用控制信号而直接判断出偏心量，从而实现准确、有效获取偏心量数值的滚筒洗衣机脱水不平衡检测装置及方法。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种滚筒洗衣机脱水不平衡检测装置，包括用于驱动滚筒旋转的电机和连接电机的微机控制器，所述的电机上安装有一测速传感器，且所述测速传感器反馈连接于上述微机控制器，其特征在于，所述的微机控制器内设有能够接收上述测速传感器的反馈信号的控制单元，所述的控制单元经由连通电路输出用于保持上述电机按照设定值运转的控制信号，所述控制单元还将上述控制信号传递至与其连接的滤波单元，所述滤波单元将提取所得的整形信号输出至其连接的计算单元。

本装置所应用的洗衣机中的滚筒可直立设置或倾斜设置，微机控制器、电机连接滚筒均设置在洗衣机壳体内，微机控制器内具有集成电板，控制单元、滤波单元和计算单元均通过芯片载体集中设置于集成电板上。测速传感器能够检测电机传动轴的瞬时速度，并将该瞬时速度以电信号的形式反馈传输至微机控制器的集成电板内。控制单元内存设有各个阶段脱水转速的预定标准值，即为设定值。微机控制器内部系统程序通过直接取用控制信号，进行滤波、取值、计算等方法的操作步骤得出实际偏心量，将实际偏心量与设定值（预定偏心量）进行大小比较得出是否满足所处脱水阶段的条件要求。

在上述的滚筒洗衣机脱水不平衡检测装置中，所述的微机控制器具有输出轴端，所述的电机具有输入轴端，且上述输出轴端与输入轴端固连。集成电板内的控制单元发出控制信号经由连通电路操控微机控制器的输出轴端动作，并同步驱动与输出轴端一体连接的电机输入轴端动作，由此实现调控电机转速的作用。

在上述的滚筒洗衣机脱水不平衡检测装置中，所述的电机具有传动轴，且所述传动轴与上述滚筒之间通过传动装置连接。电机的输入轴端与传动轴一体固连，故两者形成同一轴线的相连轴体。测速传感器安装于传动轴上。传动装置可为皮带轮及皮带组成的传动带组件，或者由齿轮、链条组成的传动链组件，该传动装置为现有技术，故在本专利中不进行详细描述。

在上述的滚筒洗衣机脱水不平衡检测装置中，所述的电机为串激电机或者三相变频电机。当使用串激电机时，微机控制器的控制单元所发出的控制信号为电压信号；当使用三相变频电机时，微机控制器的控制单元所发出的控制信号为频率信号。

一种滚筒洗衣机脱水不平衡检测方法，洗衣机内设置有用于控制滚筒转速的微机控制器，所述微机控制器内设有存储PID控制系统程序的控制单元，存储中值平滑滤波系统程序的滤波单元和存储计算取值程序的计算单元，其特征在于，该方法包括以下顺序的步骤：

（1）当洗衣机滚筒转速达到低速检测速度时，由偏心量导致电机转速产生微小偏差，PID控制系统对应输出用于消除转速偏差的控制信号，中值平滑滤波系统对该控制信号进行提取后形成整形信号，而后根据上述整形信号中的最大值和最小值计算出最大偏差幅度值，利用最大偏差幅度值与设定值比较得出偏心量是否符合要求；

（2）若检测出偏心量符合要求，则进入低速脱水步骤，不符合则进行偏心修正，进入下一次偏心检测；

（3）当进入低速脱水步骤后，同时重复上述方法进行偏心量检测，并判断偏心量是否符合预定提高脱水转速的设定值，若符合则进入高速脱水步骤；若不符合则维持当前低速脱水步骤，继续进行偏心量检测；

（4）若在高速脱水步骤中偏心量符合要求，则按等极逐步提高脱水转速直至达到预定最高转速；若偏心量不符合要求，则维持当前级别脱水转速，或者降低至相应级别脱水转速。

本滚筒洗衣机脱水不平衡检测方法利用偏心量会影响转速发生微小偏差的原理，且该微小偏差的量值由偏心量的组成参数决定，由此获取速度偏差的量值便可检测到瞬时的偏心量，而PID控制系统作用消除转速偏差，故无法通过直接检测转速变化获取准确的偏心量所影响产生的数据信息。由PID控制系统程序检测转速偏差后施加的控制信号包含能反映转速偏差量值的数据信息，故通过获取并处理控制信号即能得出实际瞬时的偏心量。再通过实际偏心量与设定值（预定的标准偏心量）的比较结果进行设定程序中的按级脱水步骤，从而实现在不产生移位的情况下，振动较少并最大限度提高脱水转速，进一步优化衣物的脱水质量。

在上述的滚筒洗衣机脱水不平衡检测方法中，根据所述PID控制系统输出的控制信号判断偏心量的方法，其判断次数与脱水转速成正比关系，且判断次数为5～80次。该判断方法依次由滤波整形、计算取值两步骤实现获取实际偏心量，且若获取一较为准确的偏心量数值，并选取其中最大值作为偏心量的确定值进行比较,应在规定范围内进行多次判断。同时遵循转速低判断次数少，转数高判断次数多。

在上述的滚筒洗衣机脱水不平衡检测方法中，所述的PID控制系统输出的控制信号为电压信号或者频率信号。当使用串激电机时，微机控制器的控制单元所发出的控制信号为电压信号；当使用三相变频电机时，微机控制器的控制单元所发出的控制信号为频率信号。

在上述的滚筒洗衣机脱水不平衡检测方法中，所述的低速检测速度为50～90rpm。

与现有技术相比，本滚筒洗衣机脱水不平衡检测装置及方法摒除了传统技术因提取修正后的转速而产生偏差的弊端。又另辟思路，因偏心导致变速，而PID控制技术直接消除并修正该因由变速的差量，由此利用PID控制技术输出的控制信号对速度和转矩的高敏感度特性，通过直接对控制信号提取获得出的偏心量为实际真实值，从而显著提高了偏心量测算的直接性和精准性；同时本装置为在现有结构及技术中增设滤波等处理系统，由此实施方案简易，便于推广，有利提高整体洗衣机的市场竞争力。

附图说明

图1是本滚筒洗衣机脱水不平衡检测装置及方法的结构示意图。

图2是本滚筒洗衣机脱水不平衡检测装置及方法中脱水步骤的流程示意图。

图3是本滚筒洗衣机脱水不平衡检测装置及方法中偏心量测量的流程示意图。

图中，1、滚筒；2、传动装置；3、电机；4、测速传感器；5、微机控制器。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

如图1、图2和图3，滚筒洗衣机包括用于洗涤或脱水衣物的滚筒1，本滚筒洗衣机脱水不平衡检测装置包括连接并驱动滚筒1的电机3，电机3连接有微机控制器5，电机3上安装有测速传感器4，并且测速传感器4反馈连接微机控制器5。

微机控制器5、电机3及滚筒1均设置在洗衣机壳体内，本装置中的电机3为串激电机3或者三相变频电机3。电机3一端伸出有输入轴端，另一端伸出有传动轴，且电机3的输入轴端与传动轴一体固连，故两者形成同一轴线的相连轴体。微机控制器5具有伸出的输出轴端，且该输出轴端与电机3的输入轴端固连。本装置所应用的洗衣机中的滚筒1可直立设置或倾斜设置，电机3的传动轴与滚筒1之间通过传动装置2连接，该传动装置2可为皮带轮及皮带组成的传动带组件，或者由齿轮、链条组成的传动链组件，因该传动装置2为现有技术，故在本专利中不再进行详细描述。测速传感器4安装在电机3的传动轴上，并能随时监控检测出传动轴的瞬时转速及转矩。

微机控制器5内设有集成电板，集成电板上分布有控制单元的芯片。测速传感器4通过反馈电路连接控制单元，控制单元依次连接滤波单元和计算单元。控制单元内存储PID控制系统程序，且其还存设有各个阶段脱水转速的预定标准值，即为设定值；滤波单元内存储中值平滑滤波系统程序；计算单元内存储计算取值程序。

滚筒洗衣机在对衣物等进行洗涤或脱水过程时，由衣物在旋转的滚筒1内的位置存在偏心量，该偏心量导致滚筒1的转速发生微小偏差，且该种变速与偏心量的组成参数之间具有特定规律的应对关联。由偏心量导致的滚筒1变速传递至电机3的传动轴，传动轴上安装的测速传感器4检测出传动轴的瞬时转速，并将该瞬时速度以电信号的形式反馈传输至微机控制器5的集成电板上的控制单元内。控制单元中的PID控制系统程序分析出实际转速与其内存设的设定值（所处该操作阶段预定出的标准值）之间具有的差量，继后PID控制系统程序迅速输出用于弥补差量的控制信号，该控制信号经由连通电路操控微机控制器5的输出轴端动作，并同步驱动与输出轴端一体连接的电机3输入轴端动作，由此消除因偏心量导致的实际与预订转速的差值，使滚筒1在运作中能够严格按照微机控制器5内预定标准值的速度旋转。当使用串激电机3时，微机控制器5的控制单元所发出的控制信号为电压信号；当使用三相变频电机3时，微机控制器5的控制单元所发出的为频率控制信号。

因PID控制系统程序随时跟踪调控滚筒1的工作转速，即其能够即时、强效消除滚筒1因偏心量等因素造成的偏离设定值的转速差量。由此直接检测滚筒1的工作转速所得为经过PID控制系统程序修正后的转速值，故无法由该值判断获取精准的偏心量。

本滚筒洗衣机脱水不平衡检测方法，该方法包括以下顺序的步骤：

（1）当洗衣机的滚筒1转速达到低速检测速度时，由偏心量导致电机3转速产生微小偏差，PID控制系统对应输出用于消除转速偏差的控制信号，中值平滑滤波系统对该控制信号进行提取后形成整形信号，而后根据上述整形信号中的最大值和最小值计算出最大偏差幅度值，利用最大偏差幅度值与设定值比较得出偏心量是否符合要求；

（2）若检测出偏心量符合要求，则进入低速脱水步骤，不符合则进行偏心修正，进入下一次偏心检测；

（3）当进入低速脱水步骤后，同时重复上述方法进行偏心量检测，并判断偏心量是否符合预定提高脱水转速的设定值，若符合则进入高速脱水步骤；若不符合则维持当前低速脱水步骤，继续进行偏心量检测；

（4）若在高速脱水步骤中偏心量符合要求，则按等极逐步提高脱水转速直至达到预定最高转速；若偏心量不符合要求，则维持当前级别脱水转速，或者降低至相应级别脱水转速。

滚筒洗衣机进入脱水步骤的低速检测速度为50～90rpm。在该不平衡检测方法中的偏心量判断依次由滤波整形、计算取值两步骤实现，对于进入每等级脱水步骤前，选取其中最大值作为偏心量的确定值进行比较，为获取一较为准确的偏心量数值，应在规定范围内进行多次判断。且判断次数与脱水转速成正比关系，即转速低判断次数少，转数高判断次数多，并该判断次数为5～80次。

多次判断所得结论：若偏心量符合要求，则进入更高一级脱水的步骤，并提高脱水转速同时进行下一阶段偏心检测，由此依次达到最高脱水转速；若偏心量不符合预定提高脱水转速的设定值时，保持现有的脱水转速继续脱水；若偏心量不符合当前预定脱水转速的设定值时，降低脱水转速进入更低一级的脱水状态，并继续检测偏心量，直至降低至低速检测速度状态。

该方法的判断原理为：实际运转的偏心量导致产生转速偏差量值的出现，而PID控制系统程序检测转速偏差后施加的控制信号中包含能反映转速偏差量值的数据信息，故通过获取并处理控制信号即能得出实际瞬时的偏心量。

及时掌握精准的瞬间偏心量，再通过其与设定值（预定的标准偏心量）的比较结果进行设定程序中的按级脱水步骤，从而实现在不产生移位的情况下，振动较少并最大限度提高脱水转速，进一步优化衣物的脱水质量。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了滚筒1；传动装置2；电机3；测速传感器4；微机控制器5等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (8)

1.一种滚筒洗衣机脱水不平衡检测装置，包括用于驱动滚筒旋转的电机和连接电机的微机控制器，所述的电机上安装有一测速传感器，且所述测速传感器反馈连接于上述微机控制器，其特征在于，所述的微机控制器内设有能够接收上述测速传感器的反馈信号的控制单元，所述的控制单元经由连通电路输出用于保持上述电机按照设定值运转的控制信号，所述控制单元还将上述控制信号传递至与其连接的滤波单元，所述滤波单元将提取所得的整形信号输出至其连接的计算单元。

2.根据权利要求1所述的滚筒洗衣机脱水不平衡检测装置，其特征在于，所述的微机控制器具有输出轴端，所述的电机具有输入轴端，且上述输出轴端与输入轴端固连。

3.根据权利要求1所述的滚筒洗衣机脱水不平衡检测装置，其特征在于，所述的电机具有传动轴，且所述传动轴与上述滚筒之间通过传动装置连接。

4.根据权利要求1或2或3所述的滚筒洗衣机脱水不平衡检测装置，其特征在于，所述的电机为串激电机或者三相变频电机。

5.一种滚筒洗衣机脱水不平衡检测方法，洗衣机内设置有用于控制滚筒转速的微机控制器，所述微机控制器内设有存储PID控制系统程序的控制单元，存储中值平滑滤波系统程序的滤波单元和存储计算取值程序的计算单元，其特征在于，该方法包括以下顺序的步骤：

（1）当洗衣机滚筒转速达到低速检测速度时，由偏心量导致电机转速产生微小偏差，PID控制系统对应输出用于消除转速偏差的控制信号，中值平滑滤波系统对该控制信号进行提取后形成整形信号，而后根据上述整形信号中的最大值和最小值计算出最大偏差幅度值，利用最大偏差幅度值与设定值比较得出偏心量是否符合要求；

（2）若检测出偏心量符合要求，则进入低速脱水步骤，不符合则进行偏心修正，进入下一次偏心检测；

（3）当进入低速脱水步骤后，同时重复上述方法进行偏心量检测，并判断偏心量是否符合预定提高脱水转速的设定值，若符合则进入高速脱水步骤；若不符合则维持当前低速脱水步骤，继续进行偏心量检测；

（4）若在高速脱水步骤中偏心量符合要求，则按等极逐步提高脱水转速直至达到预定最高转速；若偏心量不符合要求，则维持当前级别脱水转速，或者降低至相应级别脱水转速。

6.根据权利要求5所述的滚筒洗衣机脱水不平衡检测方法，其特征在于，根据所述PID控制系统输出的控制信号判断偏心量的方法，其判断次数与脱水转速成正比关系，且判断次数为5～80次。

7.根据权利要求6所述的滚筒洗衣机脱水不平衡检测方法，其特征在于，所述的PID控制系统输出的控制信号为电压信号或者频率信号。

8.根据权利要求5或6或7所述的滚筒洗衣机脱水不平衡检测方法，其特征在于，所述的低速检测速度为50～90rpm。