DE19629359A1 - Verfahren zur Steuerung einer Waschmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Waschmaschine, umfassend einen Motor, der eine die Wäsche aufnehmende Trommel rotierend antreibt, und der von einem Regelelement, dessen Übertragungsfunktion einen I-Anteil aufweist, insbesondere einem PI-Regler gesteuert wird.

Ein Regelkreis besteht bekanntermaßen aus einem Regelelement, einem Stellglied, einer Regelstrecke und einem Meßglied. Das Regelverhalten innerhalb eines solchen Regelkreises ist derart, daß innerhalb der Regelstrecke ein Störverhalten gegeben ist, das in seiner Auswirkung mittels des Meßgliedes ermittelt wird. Die über das Meßglied gemessene Regelgröße ist Grundlage für das Verhalten des Reglers, der basierend auf einem Vergleich der Regelgröße mit der Führungsgröße, also dem Soll- Wert, die Stellgröße ermittelt, basierend auf welcher das Stellglied gesteuert wird, um dem Störverhalten entgegenzuwirken. Ein solcher Regelkreis ist auch in einer Waschmaschine gegeben und umfaßt hier als Komponenten den Trommelantriebsmotor, dessen Regelelement, und ein entsprechendes, die Arbeit des Motores bezüglich der Trommelrotation messendes Meßglied.

Das Störverhalten wird in diesem Fall im wesentlichen durch die Drehzahl, die Wassermenge und insbesondere die Wäschemenge innerhalb der Trommel verursacht, da vor allem die Wäschemenge sich auf das Gesamtverhalten des Regelkreises auswirkt infolge des hervorgerufenen Trägheitsmoments und Drehmoments bei Rotation der Trommel.

Dieses durch die Wäsche beim Betrieb der Waschmaschine erzeugte Störmoment besitzt einen Gleichanteil, welcher abhängig von verschiedenen Parametern ist, wozu im wesentlichen die Drehzahl, die Wassermenge, und eben die Wäschemenge zählen. Bekanntermaßen steht die Übertragungsfunktion des Regelelements mit dem Störmoment beziehungsweise der Störgröße im Zusammenhang, wobei der I-Anteil des Regelelements, also der Integral-Anteil, ein Maß für den Gleichanteil einer Störgröße darstellt. Das heißt, zwischen dem vom Regelelement ausgegebenen I-Anteil und dem Gleichanteil des Störmoments besteht ein direkter Zusammenhang.

Bei Waschmaschinen beruht die Steuerung des Betriebs, beispielsweise im Hinblick auf die Wassermengendosierung, die Einstellung der Schleuderdrehzahl, etc. im wesentlichen darauf, die in der Trommel befindliche Wäschemenge möglichst exakt zu bestimmen, um basierend auf dem Ermittlungsergebnis, also der Kenntnis der Wäschemenge, den Betrieb entsprechend zu steuern. Zu diesem Zweck sind unterschiedliche Bestimmungsverfahren bekannt, die jedoch in der Regel den Einsatz zusätzlicher Mittel erfordern.

Der Erfindung liegt somit das Problem zugrunde, ein einfaches Verfahren zu Steuerung einer Waschmaschine anzugeben, das auf der Bestimmung der Wäschemenge basiert und ohne aufwendiger Einbindung weiterer Mittel möglich ist.

Zur Lösung dieses Problems ist bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, daß zunächst der I-Anteil des Regelelements bestimmt und basierend auf dem I-Anteil anschließend die Menge der in der Trommel aufgenommenen Wäsche ermittelt wird, wobei die Steuerung anschließend in Abhängigkeit des Ermittlungsergebnisses erfolgt.

Grundlegend für das erfindungsgemäße Verfahren ist die Erkenntnis, daß der I-Anteil des Regelelements dem Gleichanteil der Störgröße entspricht. Da die Störgröße durch die eingebrachte Wäschemenge bestimmt wird, ist es folglich möglich, diese infolge der direkten Abhängigkeit des I-Anteils von der Wäschemenge zu bestimmen. Es wird also mit besonderem Vorteil der am Regelelement ausgegebenen I-Anteil aufgenommen und verarbeitet, um hieraus die Wäschemenge zu ermitteln. Ist diese bekannt, kann die weitere Steuerung der Waschmaschine erfolgen, da die Kenntnis der Wäschemenge einer der wichtigsten Steuerparameter ist.

Im Rahmen der Erfindung kann ferner vorgesehen sein, daß im Rahmen der Steuerung die Wasserbedarfsmenge gesteuert wird. Dies ist infolge der einfachen Bestimmung der Wäschemenge möglich, so daß basierend auf der konkreten Wäschemenge die hierfür erforderliche Wassermenge optimal dosiert werden kann und lediglich soviel zugeführt wird, wie tatsächlich benötigt wird, was zu einer beachtlichen Wassereinsparung führt.

Ferner kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, daß im Rahmen der Steuerung der Verstärkungsfaktor des Regelelements, insbesondere des PI-Reglers gesteuert wird. Denn jede Übertragungsfunktion, die sich formelmäßig darstellen läßt, besitzt einen Verstärkungsfaktor, der direkt in die Übertragungsfunktion eingeht. Dieser ist letztlich ein Maß für das Übertragungsverhalten und damit das Regelverhalten selbst. Bei einer Waschmaschine sind die Parameter des zu regelnden Systems, also des eingangs genannten, die Trommelrotation betreffenden Systems, abhängig von zahlreichen Einflüssen. Hierunter sind zum Beispiel das Massenträgheitsmoment des Motors und der Trommel, die Spannung des Antriebsriemens und im großen Maße das Trägheitsmoment und das Drehmoment, welches durch die Wäsche hervorgerufen wird, zu nennen. Zwischen dem Trägheitsmoment und dem Drehmoment der Wäsche besteht hierbei eine direkter Zusammenhang. Da insbesondere die von der Wäschemenge abhängigen Parameter das Systemverhalten sehr stark beeinflussen, ist es sehr schwierig, das Regelelement, also beispielsweise den PI-Regler, so auszulegen, daß für jede Wäschemenge eine gute Regelung erzielt wird. Da aber eine exakte und genaue Regelung unter Anpassung an die tatsächlich herrschenden Gegebenheiten vorteilhaft ist, insbesondere im Hinblick auf die mechanische Beanspruchung der Antriebskomponenten, die dann lediglich so eingesetzt werden, wie tatsächlich benötigt, kann im Rahmen der Erfindung vorgesehen sein, daß im Rahmen der Steuerung der Verstärkungsfaktor des Regelelements, insbesondere des PI-Reglers, gesteuert wird. Denn infolge der Kenntnis der tatsächlich eingebrachten Wäschemenge ist es ohne weiteres möglich, den Verstärkungsfaktor des Regelelements so einzustellen, daß das Regelelement optimal an die Dynamik des Systems, mithin also an die tatsächliche Wäschemenge und die dadurch hervorgerufene Störgröße angepaßt ist. Der Verstärkungsfaktor und damit die Übertragungsfunktion werden somit vorteilhaft entsprechend der tatsächlichen Gegebenheiten eingestellt, so daß sich ein optimiertes Übertragungsverhalten zur Ermöglichung eines genauen und schnellen Regelns der Störgröße realisiert ist.

Daneben betrifft die Erfindung eine Waschmaschine zur Durchführung des Verfahrens, umfassend einen Motor, der eine die Wäsche aufnehmende Trommel rotierend antreibt, und der von einem Regelelement, dessen Übertragungsfunktion einen I-Anteil aufweist, insbesondere einem PI-Regler gesteuert wird, und eine den Betrieb der Waschmaschine steuernde Steuerungseinrichtung, insbesondere eine Programmsteuerung. Diese Waschmaschine zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, daß die mit dem Regelelement kommunizierende Steuerungseinrichtung derart ausgebildet ist, daß basierend auf dem vom Regelelement erhaltenen I-Anteil die Wäschemenge ermittelbar ist, wobei die Steuerung anschließend in Abhängigkeit des Ermittlungsergebnisses erfolgt.

In weiterer Erfindungsausgestaltung kann vorgesehen sein, daß die Steuerungseinrichtung zur Ermittlung eines geeigneten, in die Übertragungsfunktion des Regelelements eingehenden Verstärkungsfaktors basierend auf der ermittelten Wäschemenge ausgebildet ist, welcher dem Regelelement gegeben wird.

Sowohl die Ermittlung der Wäschemenge als auch die des Verstärkungsfaktor erfolgt vorteilhaft in der ohnehin bereits vorhandenen Steuerungseinrichtung, die insbesondere als Programmsteuerung ausgebildet sein kann. Zu diesem Zweck können in der Steuerungseinrichtung beispielsweise entsprechende Tabellen oder Vergleichskurven oder ähnliches abgelegt sein, welche zur Ermittlung der genannten Parameter dienen. Die Steuerung der Waschmaschine′ erfolgt in Abhängigkeit der ermittelten Wäschemenge. Der ermittelte Verstärkungsfaktor dagegen, der direkt in die Übertragungsfunktion des Regelelements, die ein Maß für das Regelverhalten und das Ausregeln der Störgröße ist, wird von der Steuerungseinrichtung an das Regelelement übertragen, welches anschließend entsprechend des neu ermittelten Verstärkungsfaktors arbeitet.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus dem in folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiel sowie anhand der Zeichnungen.

Dabei zeigen:

Fig. 1 ein Diagramm, das den Verlauf des von der Wäschemenge hervorgerufenen Störmoments bei unterschiedlichen Trommelumdrehungszahlen zeigt,

Fig. 2 ein Diagramm, das den Verlauf des I-Anteils über die Wäschemenge zeigt, und

Fig. 3 ein Diagramm, das den Verlauf des Verstärkungsfaktors des Regelelements über die Wäschemenge der unterschiedlichen Drehzahlen zeigt.

In Fig. 1 ist längs der Abszisse die Wäschmenge in kg aufgetragen, längs der Ordinate das Störmoment in Mn. Gezeigt sind drei Kurven 1, 2, 3, die den Verlauf des Störmoments bei unterschiedlichen Drehzahlen wiedergeben. Die Kurve 1 wurde bei einer Drehzahl von 30 U/min aufgenommen, der Kurve 2 liegen 40 U/min zugrunde, der Kurve 3 schließlich 50 U/min. Wie dem Kurvenverlauf zu entnehmen ist, nimmt das im Regelkreis vorherrschende Störmoment mit zunehmender Wäschemenge zu und sinkt bei großer Wäschemenge etwas ab beziehungsweise pendelt sich auf einen im wesentlichen gleichbleibenden Wert ein. Dies ist dadurch bedingt, daß bei großen Wäschemengen ausreichend viel Wäsche in der Trommel ist, so daß sich diese weitgehend gleich verteilt, so daß das in Regel durch eine ungleichmäßige Wäscheverteilung hervorgerufene Moment etwas ausgeglichen wird.

Fig. 2 zeigt nun den Verlauf des längs der Ordinate aufgetragenen I-Anteils über die Wäschemenge. Auch den hier gezeigten Kurven 4, 5 liegen wieder unterschiedliche Drehzahlen zugrunde, die Kurve 4 wurde bei einer Drehzahl von 27 U/min aufgenommen, die Kurve 5 bei 53 U/min. Wie der Fig. zu entnehmen ist, nimmt der vom Regelelement, beispielsweise dem PI-Regler ausgegebene I-Anteil mit zunehmender Wäschemenge zu und sinkt im gezeigten Ausführungsbeispiel nach Durchlaufen eines Maximums zu größeren Wäschemengen hin etwas ab. Ist nun der I-Anteil, der vom Regelelement ja direkt ausgebbar ist, oder entsprechend bestimmbar ist, bekannt, so kann einfachst auf die in der Trommel befindliche Wäschemenge geschlossen werden. Beträgt der I-Anteil beispielsweise 180, so ist in beiden Fällen eine Wäschemenge von ca. 2,25 Kilogramm in der Trommel aufgenommen. Ist nun die Wäschemenge auf diese Weise ermittelt worden, kann basierend auf dem Ermittlungsergebnis die Waschmaschine entsprechend gesteuert werden.

Fig. 3 zeigt schließlich die Abhängigkeit des Verstärkungsfaktors K, der längs der Ordinate aufgetragen ist, von der Wäschemenge, wobei auch hier wieder den gezeigten Kurven unterschiedliche Drehzahlen zugrundelagen. Gezeigt sind zehn verschiedene Kurven 6₁, . . ., 6₁₀, wobei die Drehzahl von der Kurve 6₁ zur Kurve 6₁₀ zunahm. Aus dem Diagramm läßt sich entnehmen, daß für unterschiedliche Wäschemengen und Drehzahlen auch unterschiedliche Verstärkungsfaktoren erforderlich sind, um eine optimierte Regelung erzielen zu können. Ausgehend von der in Fig. 2 exemplarisch ermittelten Wäschemenge von 2,25 Kilogramm würden sich, wie in Fig. 3 durch die gestrichelten Linien angedeutet, bei einer niedrigen Drehzahl entsprechend der Kurve 6₁ ein Verstärkungsfaktor von zirka 3,75 ergeben. Dieser Verstärkungsfaktor nimmt mit zunehmender Drehzahl zu, wie sich ohne weiteres aus den Kurvenverläufen ergibt, und beträgt schließlich gemäß der Kurve 6₁₀ ca. 5.25. Auf diese Weise ist es damit möglich, den zur Erzielung eines hinreichend den tatsächlichen Verhältnissen angepaßten und entsprechenden Regelverhaltens des Regelelements erforderlichen Verstärkungsfaktor zu bestimmen.

Claims (5)

1. Verfahren zur Steuerung einer Waschmaschine, umfassend einen Motor, der eine die Wäsche-aufnehmende Trommel rotierend antreibt, und der von einem Regelelement, dessen Übertragungsfunktion einen I-Anteil aufweist, insbesondere einem PI-Regler geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst der I-Anteil des Regelelements bestimmt und basierend auf dem I-Anteil anschließend die Menge der in der Trommel aufgenommenen Wäsche ermittelt wird, wobei die Steuerung anschließend in Abhängigkeit des Ermittlungsergebnisses erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Rahmen der Steuerung die Wasserbedarfsmenge gesteuert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Rahmen der Steuerung der Verstärkungsfaktor des Regelelements, insbesondere des PI-Regler gesteuert wird.

4. Waschmaschine zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, umfassend einen Motor, der eine die Wäsche aufnehmende Trommel rotierend antreibt, und der von einem Regelelement, dessen Übertragungsfunktion einen I-Anteil aufweist, insbesondere einem PI-Regler geregelt wird, und eine den Betrieb der Waschmaschine steuernde Steuerungseinrichtung, insbesondere eine Programmsteuerung, dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem Regelelement kommunizierende Steuerungseinrichtung derart ausgebildet ist, daß basierend auf dem vom Regelelement erhaltenen I-Anteil die Wäschemenge ermittelbar ist, wobei die Steuerung anschließend in Abhängigkeit des Ermittlungsergebnisses erfolgt.

5. Waschmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerungseinrichtung zur Ermittlung eines geeigneten, in die Übertragungsfunktion des Regelelements eingehenden Verstärkungsfaktors basierend auf der ermittelten Wäschemenge ausgebildet ist, welcher dem Regelelement gegeben wird.