專利名稱：滾筒偏心程度檢測方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種滾筒式洗衣機及類似離心脫水裝置的滾筒中物料偏心程度的檢測方法。
背景技術：
滾筒式洗衣機、脫水機以及類似設備，其共同特點是有一個繞水平中心軸旋轉的近似圓柱形、鼓形的容器——滾筒，內裝物料(如衣物等)，通過繞其軸高速旋轉，實現(xiàn)離心脫水等功能。也有的設備的旋轉容器的旋轉軸不水平，與水平面呈一較小夾角，通常小于30°，這種情況屬于近似水平，它與旋轉軸水平的情況在本專利中沒有區(qū)別，視為等同。其共同困難是由于重力與容器呈非對稱關系，其中的物料易于偏向一邊，不易分布均勻，高速旋轉時產生較大的偏心力，產生強烈的振動、噪音。
LG電子株式會社的中國專利申請03103407.1為代表的專利提供了一系列測量偏心的方法，是在兩個以上轉速段測量轉速波動，通過比較波動大小測量偏心，測量時間長。樂金電子(天津)電器有限公司的中國專利申請CN03129726.9則通過開環(huán)控制電機，通過測量加速度測量偏心，由于電機在加速度過程中電樞反應變化，力矩有波動，會影響測量。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種靈敏、可靠、快速的滾筒偏心程度檢測方法。
本發(fā)明提供的偏心程度檢測的方法是以一定的轉速——檢測轉速——旋轉滾筒2圈以上，其間以固定的周期對電機進行開關控制，每個周期開始時，若滾筒轉速低于檢測轉速，則電機通電一周期，否則斷電一周期；同時記錄每個周期的開關狀況及轉速。
上述偏心檢測的原理實際上是測量偏心時重力勢能釋放引起滾筒轉速增加的程度，當偏心物料上升時，重力勢能增加，滾筒減速，當?shù)陀跈z測轉速時，電機通電一周期，以維持滾筒轉速；當偏心物料下降時，重力勢能減少，滾筒加速，電機將連續(xù)多個周期斷電。偏心越嚴重，重力勢能越大，轉速增加越大。根據所記錄的開關狀態(tài)序列及轉速序列，就可以判定偏心程度的大小。
由于轉速增加期間電機斷電，避免了電樞反應變化的影響，檢測結果靈敏、可靠；由于只需記錄一個完整的上升、下降過程，所需時間短。顯然，由于測量開始時偏心的位置是隨機的，需要記錄2圈的數(shù)據，才能保證記錄一個完整的上升、下降過程。
通斷電的周期一定要短，通常少于30毫秒，最大不超過50毫秒，否則在一個通電周期中轉速增加太多，同時測量點少，影響測量效果。對交流電機，通常取交流電的周期或半周期。
檢測轉速不低于分離轉速的1.2倍，通常(優(yōu)選)不高于1.42倍。以較低的轉速進行檢測有更好的效果，可以增加檢測靈敏度。偏心檢測的原理是測量偏心時重力勢能釋放引起滾筒轉速增加的程度，轉速增量越大，檢測越靈敏。設偏心的重力勢能為E，釋放前后滾筒轉速分別為ω1、ω2，滾筒轉動慣量為I，根據能量守恒12Iω22=12Iω12+E⇒ω2=ω12+2E/I]]>Δω=ω2-ω1=ω11+2EIω12-ω1≈EIω1]]>即在一級近似下，轉速增量與初始轉速ω1成反比，轉速越低，靈敏度越高。本發(fā)明在優(yōu)選情況將檢測轉速控制在72～85轉/分(對半徑0.25左右的滾筒)，靈敏度高于現(xiàn)有技術。
上述分離轉速NF是滾筒的一個特征量，其定義為NF=602πg/R0,]]>單位為轉/分(RPM，慣用工程單位)。其中R0為滾筒內壁半徑，g為重力加速度，π為圓周率。
分離轉速的物理含義為當轉速小于分離轉速時，物料在頂端將因重力下落而與滾筒分離；反之，則不分離，即使在滾筒的最高點。實際上，轉速需不小于1.2倍分離轉速，物料才能有效固定在滾筒內壁。
對于常用的家用滾筒洗衣機，R0≈0.25米，分離轉速NF≈60轉/分。此時，1.2倍分離轉速約為72轉/分，1.42倍約為85轉/分。通常，偏心檢測是在洗衣機進行物料均勻化操作之后進行，均勻化操作結束時的終點轉速通常就在72～85RPM之間，可將檢測轉速與該終點轉速設為相同，在均勻化操作結束時立刻進行偏心檢測。
根據記錄的開關序列和速度序列，可以判定滾筒的偏心程度，并設立從0級到K級的偏心程度依次增加的多個偏心程度等級，0級偏心為不偏心，K級偏心程度最大，其中K為自然數(shù)，K≥2。
判定的方法有多種，一種簡單的方法是檢測轉速的最大值，但這種單點檢測易受干擾信號影響。用平均值代替最大值，是抗干擾的有效方法，與開關序列配合效果更佳。具體為當檢測期間連續(xù)斷電次數(shù)始終小于一定的次數(shù)時，判定滾筒0級偏心，即不偏心；大于或等于上述次數(shù)時，將斷電期間的速度累加，其和除以次數(shù)得到平均值，根據平均值的大小判斷偏心程度，平均值越大偏心越大。
另一種相似的基于波形識別的方法效果更好，具體為當檢測期間連續(xù)斷電次數(shù)始終小于一定的次數(shù)時，判定滾筒0級偏心，即不偏心；否則，初步判定滾筒偏心，進一步根據該組采樣點的轉速序列判定偏心程度設定K-1個大于終點轉速NYZ且遞增的判定轉速NP2、NP3、…、NPk，和K-1個判定次數(shù)C2、C3、…、Ck，從高到底進行判斷當該轉速序列中大于判定轉速NPi的次數(shù)大于判定次數(shù)Ci，判定為i級偏心；其余為1級偏心。其中i為自然數(shù)，i≤K。
本發(fā)明提供的方法，由于在轉速增加期間電機斷電，避免了電樞反應變化的影響，檢測結果可靠；采用低速檢測，提高了靈敏度；由于只需記錄一個完整的上升、下降過程，所需時間短。


圖1是無偏心的典型波形圖2是輕微偏心的典型波形圖3是嚴重偏心的典型波形具體實施方式
下面結合附圖，通過實施例，進一步說明本發(fā)明提出的偏心檢測方法。
本發(fā)明提出的優(yōu)選實施例1，是波形識別算法的實例，下面結合附圖1、2、3詳細說明。本例中滾筒的半徑0.25米，洗衣機脫水的簡略流程如下(一)進行均勻化操作，結束時滾筒轉速為83(轉/分)。
(二)以83(轉/分)為檢測轉速，進行偏心程度檢測(三)根據檢測的偏心程度，決定進行主脫水或重新均勻化操作。
步驟(二)就是偏心檢測，本例采用的通斷電周期為民用50Hz交流電的周期20毫秒，即每20毫秒檢測一次滾筒轉速，若此時轉速低于83RPM，則電機通電20毫秒，若轉速大于或等于83RPM，則電機斷電20毫秒。同時記錄每次的通斷電情況及轉速。
附圖1、2、3時實際測得的典型數(shù)據情況。圖形中部曲線代表轉速，下部曲線的小三角形代表電機通電，無三角形代表電機斷電，縱坐標是轉速，橫坐標是測量次數(shù)。
根據控制規(guī)則，轉速一旦低于83轉/分就通電一周期，實際平均轉速約在85～86轉/分，滾筒旋轉一圈的測量次數(shù)約為34～35次。
圖1是無偏心的典型波形，從中可看出電機通電的周期基本均勻分布，連續(xù)斷電的周期數(shù)約為7～9次，小于滾筒旋轉半圈的測量次數(shù)17次。轉速波動幅度也基本均勻。
圖2是輕度偏心的典型波形，可看出電機通電的周期分布不均勻，連續(xù)斷電的周期數(shù)約為16～23次，接近或超過滾筒旋轉半圈的測量次數(shù)17次。但在斷電期間轉速波動幅度還不高。
圖3是嚴重偏心的典型波形，不僅連續(xù)斷電的周期數(shù)接近或超過17次，而且在斷電期間轉速明顯大幅度增加。因此，對在斷電期間轉速增加情況進行分類，可以確定偏心程度。
本例的實際判定算法是整個測量期間連續(xù)斷電的周期數(shù)都不超過15次，為0級偏心(不偏心)；超過15次，初步判定有偏心。再根據該組超過期間的速度進一步判定若大于90RPM的次數(shù)大于12次，為4級偏心；大于89RPM的次數(shù)大于12次，為3級偏心；轉速大于87RPM的次數(shù)大于11次，為2級偏心；其余1級偏心。顯然，1級偏心實際上是轉速大于87RPM的次數(shù)小于11次。
根據本發(fā)明提出的優(yōu)選實施例2，與實施例1大致相同，區(qū)別在于偏心判定用平均值法。本例中滾筒的半徑也為0.25米，洗衣機的簡略脫水流程基本相同，如下(一)進行均勻化操作，結束時滾筒轉速為75(轉/分)。
(二)以75(轉/分)為檢測轉速，進行偏心程度檢測(三)根據檢測的偏心程度，決定進行主脫水或重新均勻化操作。
步驟(二)就是偏心檢測，采用的通斷電周期為民用50Hz交流電的周期的一半10毫秒，即每10毫秒檢測一次滾筒轉速，若此時轉速低于75RPM，則電機通電10毫秒，若轉速大于或等于75RPM，則電機斷電10毫秒。同時記錄每次的通斷電情況及轉速。典型數(shù)據情況與附圖1、2、3相似，僅轉速與次數(shù)不同。
根據控制規(guī)則，轉速一旦低于75轉/分就通電一周期，實際平均轉速約在77～79轉/分，滾筒旋轉一圈的測量次數(shù)約為76～78次。
偏心檢測，采用平均值法，具體為當檢測期間連續(xù)斷電次數(shù)始終小于36次時，判定滾筒0級偏心，即不偏心；大于或等于36次時，將斷電期間的速度累加，其和除以次數(shù)得到平均值，根據平均值的大小，從高到低判斷偏心程度平均值大于84rpm為4級，大于82rpm為3級，大于79rpm為2級，小于等于79rpm為1級。本例中檢測通電的轉速為75rpm，不偏心時平均速度就在77～79rpm，因此1級偏心中重力勢能基本上剛好克服滾筒轉動的摩擦損耗，在電機斷電情況下旋轉約半圈。這也可以作為分級的原則。
以上各例中，都取滾筒的半徑為0.25米，對于其他半徑的滾筒，不難根據前述公式計算。
顯然，同一發(fā)明可以有多種實施方式，本發(fā)明不僅限于以上實施例，普通技術人員根據本發(fā)明的思想和方法，可以構造其它實施例；也不僅限于滾筒式洗衣機，也適用于類似離心脫水裝置。這不能認為是超出了本發(fā)明的范圍。
權利要求
1.一種用于控制滾筒式洗衣機及類似離心脫水裝置脫水過程中的偏心檢測方法，其所屬的脫水過程由依次進行均勻化操作、偏心檢測、高速主脫水操作等步驟構成，其宿主滾筒洗衣機或離心脫水裝置包含滾筒、控制器、驅動電機及相應的調速器、轉速檢測器、偏心程度檢測器等部件，其特征在于以檢測轉速旋轉滾筒2圈或以上，其間以固定的周期對電機進行開關控制，每個周期開始時，若滾筒轉速低于檢測轉速，則電機通電一周期，否則斷電一周期；同時記錄每個周期的開關狀況及轉速所述檢測轉速不低于1.2倍滾筒分離轉速，所述固定的周期不大于50毫秒。
2.根據權利要求1所述方法，其特征在于所述固定的周期不大于30毫秒。
3.根據權利要求1所述方法，其特征在于所述周定的周期等于驅動電機的交流電的周期。
4.根據權利要求1所述方法，其特征在于所述固定的周期等于驅動電機的交流電的周期的一半。
5.根據權利要求1、2、3或4所述方法，其特征在于所述檢測轉速在1.2～1.42倍分離轉速范圍。
6.根據權利要求5所述方法，其特征在于根據記錄的開關序列和轉速序列，判定滾筒的偏心程度當檢測期間連續(xù)斷電次數(shù)始終小于一定的次數(shù)時，判定滾筒不偏心；否則，根據該組連續(xù)斷電序列轉速的平均值的大小判斷偏心程度，平均值越大偏心越大。
7.根據權利要求5所述方法，其特征在于根據記錄的開關序列和轉速序列，判定滾筒的偏心程度，設立從0級到K級的偏心程度依次增加的K個偏心程度等級，0級偏心為不偏心，K級偏心程度最大當檢測期間連續(xù)斷電次數(shù)始終小于一定的次數(shù)時，判定滾筒0級偏心，即不偏心；否則，初步判定滾筒偏心，進一步根據該組連續(xù)斷電期間的轉速序列判定偏心程度設定K-1個大于終點轉速NYZ且遞增的判定轉速NP2、NP3、…、NPk，和K-1個判定次數(shù)C2、C3、…、Ck，從高到底進行判斷當該轉速序列中大于判定轉速NPi的次數(shù)大于判定次數(shù)Ci，判定為i級偏心；其余為1級偏心其中i、K均為自然數(shù)，i≤K，K≥2。
全文摘要
本發(fā)明采用短周期對電機通電斷電方法，通過采集滾筒以72～85RPM轉速旋轉一圈中因偏心引起的轉速變化，對滾筒偏心程度的進行檢測。由于在轉速增加期間電機斷電，避免了電樞反應變化的影響，檢測結果可靠；由于采用低速檢測，靈敏度高；由于只需記錄一個完整的偏心上升、下降過程，所需時間短。適用于滾筒洗衣機及類似離心脫水裝置中的物料偏心程度檢測。
文檔編號D06F49/00GK1760429SQ20051010613
公開日2006年4月19日 申請日期2005年10月4日 優(yōu)先權日2005年10月4日
發(fā)明者朱筱杰 申請人:朱筱杰