一种洗衣机磁性变阻尼减振控制方法与流程

本发明涉及振动控制领域，尤其是一种洗衣机磁性变阻尼减振控制方法。

背景技术：

现在已有的控制方法一般是在低速时通入大的电流，提供大的阻尼，高速时不通入电流提供小的阻尼。在不同的程序阶段通入不同的电流，实行了整个洗衣过程的变阻尼。

申请号201180022691.X的专利公开了一种磁流变液减震器的控制方法，脱水程序只是进行了两段控制，V＜400rpm，通入1A电流，其他段不通电流。

申请号201110052337.3的专利公开了一种变阻尼减震器及使用这种减震器的滚筒洗衣机，该减震器包括：由阻尼腔和缓冲腔组成的减震器筒体；插入筒体内的活塞杆；固定设置在阻尼腔内活塞杆上的活塞，缓冲腔与外界相通；阻尼腔内装满磁流体，活塞内设有电磁铁以及可供磁流体流通的节流孔，所述的电磁铁通过活塞杆内的导线与主控制器连接，主控制器通过控制电流的大小，利用电磁铁磁性的强弱变化改变磁流体的流动性从而起到实时调整阻尼的目的。根据转速不同设置了四个档位，分别对应不同的控制电流。

但是对于每个档位时间段而言阻尼仍然是固定不变的，并且未考虑到减震器的移动速度对阻尼力的影响。经试验测得阻尼力随着电流和减震器移动速度的增大而增大。比如在共振阶段，原设定通入1.0A电流可产生120N的阻尼力，但是在偏心量大于原标量后，滚筒的实际转速偏小，在输入1.0A电流输出的阻尼力此时就小于120N。所以对于每个档位时间段而言输入电流设置成固定不变的仍不能得到预想得到的阻尼力。

鉴于此提出本发明。

技术实现要素：

本发明的目的为克服现有技术的不足，提供一种洗衣机磁性变阻尼减振控制方法，实时调节输入电流的大小，得到需要的阻尼力。

为了实现该目的，本发明采用如下技术方案：一种洗衣机磁性变阻尼减振控制方法，洗衣机外筒底部设置变阻尼减震器，所述变阻尼减震器一端与外筒连接，另一端与洗衣机壳体连接，不同转速阶段，给变阻尼减震器输入不同的电流，变阻尼减震器产生相应的阻尼力，以减小振动，减振过程中，实时检测振动的大小和电机的实际转速，计算实际转速和目标转速的差值，并根据振动的大小和实际转速与目标转速的差值，实时调节输入电流的大小。

所述振动的大小为振幅A，所述实时检测振动的大小可通过设置传感器单元实现，传感器单元实时检测振动信号并确定振幅A。

所述控制方法的步骤如下：

步骤一：传感器单元检测振动信号，确定振幅A，比较检测振幅A和预设振幅A＇的大小，若A＜A＇，维持当前状态，若A≥A＇，进入下一步；

步骤二：主控板检测电机的实时转速n，同时调取程序设定的目标转速N，计算速度差值ΔN，比较检测并计算得到的速度差值ΔN和预设速度差值ΔN＇的大小，若ΔN＜ΔN＇，维持当前状态，若ΔN≥ΔN＇，进入下一步；

步骤三：根据检测的振幅A和检测并计算得到的速度差值ΔN，确定变阻尼减震器应具有的阻尼力F，根据检测的振幅A和检测的实际速度n，确定变阻尼减震器的移动速度V，根据应具有的阻尼力F和移动速度V确定变阻尼减震器需要的电流，并调节变阻尼减震器的输入电流。

步骤三中，主控板内预设有所述变阻尼减震器应具有的阻尼力F与所述振幅A和速度差值ΔN的一一对应关系，确定振幅A和速度差值ΔN后，调取对应的变阻尼减震器应具有的阻尼力F。

步骤三中，主控板内预设有所述变阻尼减震器的移动速度V与振幅A和实际速度n的对应关系：V＝2πnAK/60，其中K为纠偏系数，优选所述纠偏系数K的取值在0.2-0.5，确定振幅A和实际速度n后，计算得到对应的变阻尼减震器的移动速度V。

步骤三中，主控板内预设有变阻尼减震器需要的电流I与变阻尼减震器应具有的阻尼力F和移动速度V的一一对应关系，确定变阻尼减震器应具有的阻尼力F和移动速度V后，调取对应的变阻尼减震器需要的电流I，并将变阻尼减震器的输入电流调整至I。

步骤一中，预设振幅A＇分别对应低速洗涤阶段：转速0-80rpm，分布阶段：转速80-150rpm，加速阶段：转速150-400rpm，高速甩干阶段：转速400rpm以上的四个转速范围设有四个预设范围：0-20mm，0-4mm，0-8mm，0-2mm，分别优选2-10mm，1-2mm，0.5-1.5mm，0.25-1.0mm。

步骤三中，预设速度差值ΔN＇取值0-30rpm，优选5-10rpm。

所述主控板将变阻尼减震器的输入电流设置4个档位，分别对应低速洗涤阶段：转速0-80rpm，分布阶段：转速80-150rpm，加速阶段：转速150-400rpm，高速甩干阶段：转速400rpm以上的四个转速范围，各档位对应的输入电流分别为0.1-0.5A，0.5A-1.0A，1.0-1.5A，0A。

所述主控板将变阻尼减震器的输入电流设置4个档位，分别对应低速洗涤阶段：转速0-80rpm，分布阶段：转速80-150rpm，加速阶段：转速150-400rpm，高速甩干阶段：转速400rpm以上的四个转速范围，各档位对应的输入电流分别为0.2-0.4A，0.5A-0.6A，1.2-1.3A，0A。

采用本发明所述的技术方案后，带来以下有益效果：

1、本发明所述控制方法增加实时检测的过程，对输入电流值实时优化，使实际产生的阻尼力最大程度上接近所需要的阻尼力，最大程度消弱振动的同时又避免了振动部件引起整个系统的共振。

2、本发明所述控制方法以电流大小确定阻尼力大小的基础上，增加考虑电机的转速大小(即减震器的移动速度)对阻尼力的影响，整体按转速分为多个阶段，每个阶段内实时检测并对电流的进行微调，使实际产生的阻尼力最大程度上接近所需要的阻尼力。

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。

附图说明

图1：本发明实施例所述控制方法流程图

图2：本发明实施例所述分段控制示意图

图3：本发明实施例所述洗衣机连接结构示意图

图4：本发明实施例所述减震器结构图

其中，1、外壳，2、活塞，3、电磁铁，4、活塞杆，5、密封圈，6、导线，7、缓冲弹簧，8、缓冲腔，9、缓冲隔板，10、阻尼腔，11、悬挂弹簧，22、外筒，33、变阻尼减震器，44、壳体。

具体实施方式

本发明所述一种洗衣机磁性变阻尼减振控制方法，如图3所示，洗衣机外筒22底部设置变阻尼减震器33，所述变阻尼减震器33一端与外筒22连接，另一端与洗衣机壳体44连接，不同转速阶段，给变阻尼减震器输入不同的电流，变阻尼减震器产生相应的阻尼力，以减小振动，减振过程中，实时检测振动的大小和电机的实际转速，计算实际转速和目标转速的差值，并根据振动的大小和实际转速与目标转速的差值，实时调节输入电流的大小。外筒22上部通过悬挂弹簧11挂在洗衣机壳体44上。

磁性变阻尼减震器的阻尼力的大小与电流相关，二者成正比例关系。因此一般是确定需要的阻尼力后，确定减震器需要输入的电流的大小，但是减震器的输入的电流一定的情况下，有时候产生的阻尼力是不同的，因为阻尼力除与输入电流有关外还与减震器移动速度有关，阻尼力随着电流和减震器移动速度的增大而增大。而洗衣机的洗涤时的转速和甩干时的转速相差很大，导致减震器的移动速度相差很大，所以只根据输入的电流得到预想的阻尼力是不准确的，还有由于负载的偏心等原因，洗衣机的实际转速和设定转速之间还有差值，导致减震器的实际移动速度与预设的移动速度有差值，比如原设定通入1.0A电流可产生120N的阻尼力，但是在偏心量大于原标量后，滚筒的实际转速偏小，减震器移动速度变小，在输入1.0A电流输出的阻尼力此时就小于120N。一般变阻尼减震器的标定的阻尼力规格是在0.1min/s的线速度下测量的。

所述振动的大小用振幅A衡量，所述实时检测振动的大小可通过设置传感器单元实现，传感器单元实时检测振动信号并确定振幅A。或者可以通过位移传感器检测位移来获取振幅A。但并不限于上述检测方式，所有能实时检测振幅大小的方式都可以。

实施例一

如图1所示，本实施例增加实时检测的过程，对输入电流值实时优化，使实际产生的阻尼力最大程度上接近所需要的阻尼力，最大程度消弱振动的同时又避免了振动部件引起整个系统的共振，所述控制方法的步骤如下：

步骤一：传感器单元检测振动信号，确定振幅A，比较检测振幅A和预设振幅A＇的大小，若A＜A＇，维持当前状态，若A≥A＇，进入下一步；

步骤二：主控板检测电机的实时转速n，同时调取程序设定的目标转速N，计算速度差值ΔN，比较检测并计算得到的速度差值ΔN和预设速度差值ΔN＇的大小，若ΔN＜ΔN＇，维持当前状态，若ΔN≥ΔN＇，进入下一步；

步骤三：根据检测的振幅A和检测并计算得到的速度差值ΔN，确定变阻尼减震器应具有的阻尼力F，根据检测的振幅A和检测的实际速度n，确定变阻尼减震器的移动速度V，根据应具有的阻尼力F和移动速度V确定变阻尼减震器需要的电流I，并调节变阻尼减震器的输入电流。

步骤三中，主控板内预设有所述变阻尼减震器应具有的阻尼力F与所述振幅A和速度差值ΔN的一一对应关系，确定振幅A和速度差值ΔN后，调取对应的变阻尼减震器应具有的阻尼力F。上述变阻尼减震器应具有的阻尼力F与所述振幅A和速度差值ΔN的一一对应关系为表格对应关系，即某一振幅A和某一速度差值ΔN对应相应的变阻尼减震器应具有的阻尼力F，该对应关系为研发人员通过大量实验或者经验得到的对应关系，该对应关系为好多相接近但又离散的点的对应关系，如果确定的振幅A和速度差值ΔN在预设的对应关系中没有完全相同的点，可以找相接近的点确定对应的变阻尼减震器应具有的阻尼力F。

步骤三中，主控板内预设有所述变阻尼减震器的移动速度V与振幅A和实际速度n的对应关系：V＝2πnAK/60，其中K为纠偏系数，优选所述纠偏系数K的取值在0.2-0.5，确定振幅A和实际速度n后，计算得到对应的变阻尼减震器的移动速度V。减震器与洗衣机的外筒相连，两者的振动频率相同。减震器安装时与竖直方向存在一定的夹角，但是在洗衣机运动过程中该夹角在会有轻微变化，因此引入纠偏系数K。减震器的移动速度V可以近似的用以下公式进行计算：V＝KωA＝2πfAK＝2πnAK/60，其中：ω为滚筒转动角速度，n为滚筒的转速，单位rpm，若为直驱电机，电机的转速和滚筒的转速相同，电机和滚筒之间设有减速离合器，滚筒的转速为电机转速乘以减速比，K为纠偏系数，优选K的取值在0.2-0.5，优选取值在0.3-0.4。

步骤三中，主控板内预设有变阻尼减震器需要的电流I与变阻尼减震器应具有的阻尼力F和移动速度V的一一对应关系，确定变阻尼减震器应具有的阻尼力F和移动速度V后，调取对应的变阻尼减震器需要的电流I，并将变阻尼减震器的输入电流调整至I，上述变阻尼减震器需要的电流I与变阻尼减震器应具有的阻尼力F和移动速度V的一一对应关系为表格对应关系，即某一变阻尼减震器应具有的阻尼力F和某一移动速度 V对应相应的变阻尼减震器需要的电流I，该对应关系为研发人员通过大量实验或者经验得到的对应关系，该对应关系为好多相接近但又离散的点的对应关系，如果确定的变阻尼减震器应具有的阻尼力F和移动速度V在预设的对应关系中没有完全相同的点，可以找相接近的点确定对应的变阻尼减震器应具有的阻尼力F。

步骤三中，预设速度差值ΔN＇取值0-30rpm，优选5-10rpm。

步骤一中，预设振幅A＇分别对应低速洗涤阶段：转速0-80rpm，分布阶段：转速80-150rpm，加速阶段：转速150-400rpm，高速甩干阶段：转速400rpm以上的四个转速范围设有四个预设范围：0-20mm，0-4mm，0-8mm，0-2mm，分别优选2-10mm，1-2mm，0.5-1.5mm，0.25-1.0mm。

通过上述控制方法，可以实时检测当时输入的电流是否能够产生当时所需要的阻尼力，并对输入的电流实时的优化调整，使实际产生的阻尼力最大程度上接近所需要的阻尼力，同时考虑电流大小确定阻尼力大小的基础上，增加考虑电机的转速大小(即减震器的移动速度)对阻尼力的影响。

在整个洗衣过程中实时检测的洗衣机的运动参数，并根据检测到的运动参数输入合适的阻尼力，阻尼力的大小通过电流值控制。该控制方法不受洗涤阶段的限制，只要达到设置的控制参数，即输入相应的电流值。此处的运动参数可以是转速或者反馈的电流，但是反馈的电流信号为间歇性、非连续的，因此选择转速作为检测量。

在实际测试中发现脱水操作时洗衣机的实际转速n与目标转速N的差值ΔN受负载量的多少影响很小，主要与偏心的大小有关，偏心量越大，实际转速越小，反之亦然。因此，可以通过检测洗衣机的实时转速确定偏心量的值。洗衣机运转时，电机的运转情况会实时的反馈到主控制板内，因此电机可以作为检测电机转速的功能元件。主控制板根据电机的运转状况，调整电流的大小，从而改变电磁铁的磁性强弱，控制磁流体的流动性以实现减震器阻尼力的调整。

实施例二

本实施例在以电流大小确定阻尼力大小的基础上，增加考虑电机的转速大小(即减震器的移动速度)对阻尼力的影响，对电流的优化，使实际产生的阻尼力最大程度上接近所需要的阻尼力，对洗衣机按转速整体分段，在分段式控制的基础上，针对分段式控制的每个工作状态段进行实时控制。在实时控制时，可根据检测到的电机的转速差值ΔN和振动的大小，确定阻尼力的大小，根据实际转速N确定需加电流的大小。对电流进 行实时优化调节。

如图2所示，按照洗衣机的工作流程和电机转速，将洗衣机工作状态分为如下4个阶段，并按照经验值设置最优电流值。

S1：洗涤阶段，此时转速较低，优选转速0-80rpm，不会产生很大的振幅，给减震器施加一个较小的阻尼力，优选80-100N，此时通的电流在0.1-0.5A，优选0.2-0.4A。

S2：分布阶段，此时转速80-150rpm，该阶段洗涤结束，并排水完毕，内筒以某一加速度增加转速至93rpm，让洗衣机内的衣物均匀的分布在筒壁上，这时候转速较大，内外筒总成会产生一个较小的振幅，此时减震器需要产生一个较大的阻尼力，根据不同洗衣机，此阶段阻尼力可设为100-150N。此时通的电流在0.5A-1.0A，最优0.6A

S3：加速阶段，此时转速150-400rpm，洗衣机分布完成，需要逐步的起高速运行，这个时候转速增加，且筒内衣服含有大量水，极易产生共振。需要将阻尼力提高到最大值，以防止外筒撞到外壳。此阶段阻尼力可设为150-300N。此时通的电流在电流1.0-1.5A，优选1.2A。

S4：高速甩干阶段，此时转速400rpm以上，该阶段内筒已经以较高速度运行一段时间，衣服所含的水分也甩出来一部分，随着洗衣机转速的提高，振幅会逐步衰减，但振动的能量会增加，因此，需要断开内外筒总成与壳体的联系，以尽量减少内外筒总成的振动传递到壳体，此阶段减震器阻尼力可设为0-60N，此时不通电流。

分段控制的同时，增加实时检测的过程，对输入电流值实时优化，使实际产生的阻尼力最大程度上接近所需要的阻尼力，针对振动系统低速运行时有针对性的增加或者减小阻尼，从而在大幅度消弱振动的同时又避免了振动部件的共振。在高速运行时则消除减震器阻尼，防止振动部件的能量传递到壳体，避免了壳体的共振。

即在上述每个阶段都增加实时检测的过程，对输入电流值实时优化，使实际产生的阻尼力最大程度上接近所需要的阻尼力，所述实时优化的控制方法的步骤如下：

步骤一：传感器单元检测振动信号，确定振幅A，比较检测振幅A和预设振幅A＇的大小，若A＜A＇，维持当前状态，若A≥A＇，进入下一步；

步骤二：主控板检测电机的实时转速n，同时调取程序设定的目标转速N，计算速度差值ΔN，比较检测并计算得到的速度差值ΔN和预设速度差值ΔN＇的大小，若ΔN＜ΔN＇，维持当前状态，若ΔN≥ΔN＇，进入下一步；

步骤三：根据检测的振幅A和检测并计算得到的速度差值ΔN，确定变阻尼减震器应具有的阻尼力F，根据检测的振幅A和检测的实际速度n，确定变阻尼减震器的移动速度V，根据应具有的阻尼力F和移动速度V确定变阻尼减震器需要的电流，并调节变阻尼减震器的输入电流。

上述各步骤中的具体细节描述与实施例一相同。

所述主控板将变阻尼减震器的输入电流设置4个档位，分别对应低速洗涤阶段：转速0-80rpm，分布阶段：转速80-150rpm，加速阶段：转速150-400rpm，高速甩干阶段：转速400rpm以上的四个转速范围，各档位对应的输入电流分别为0.1-0.5A，0.5A-1.0A，1.0-1.5A，0A。

进一步优选所述主控板将变阻尼减震器的输入电流设置4个档位，分别对应低速洗涤阶段：转速0-80rpm，分布阶段：转速80-150rpm，加速阶段：转速150-400rpm，高速甩干阶段：转速400rpm以上的四个转速范围，各档位对应的输入电流分别为0.2-0.4A，0.5A-0.6A，1.2-1.3A，0A。

同时主控板记录变阻尼减震器的输入电流的调节过程，可以定期输出到客户端，帮助研发人员对该机器的研发，同时优化输入电流的最优值。

实施例三

如图4所示，本实施例所述磁性变阻尼减震器包括：外壳1、活塞2、电磁铁3等零部件组成。其中阻尼腔10和缓冲腔8组成了减震器筒体。缓冲腔8与外界相通，阻尼腔10内装满磁流体。磁流体由铁磁性固体颗粒、母液油和稳定剂三种物质构成。在活塞内设有电磁铁以及可供磁流体流通的节流孔，电磁铁3通过活塞杆4内的导线6与主控板连接，主控板通过控制电流的大小，利用电磁铁磁性的强弱变化改变磁流体的流动性从而起到实时调整阻尼的目的。

同时主控板与功能元件相连，通过功能元件的需求相适应的改变电流的大小，当主控板改变电流大小时，电磁体3的磁性就会发生变化，此时在节流孔位置就产生了磁力控制，磁流体内的铁分子(纳米级颗粒)在磁力作用下形成横向的粒子链，粒子链的强弱随磁力的强弱而变化，影响磁流体在节流孔处的流动性，阻碍磁流体在阻尼腔上下室之间的流通。磁流体若要通过节流孔则需冲破铁分子组成的粒子链，从而形成阻尼力。当电流变大时，电磁铁3的磁性变大，磁流体的流动性降低，阻尼力增大；当电流变小时，电磁铁的磁性变小，磁流体的流动性增强，阻尼力减小。当电磁力达到足够大时， 可以让减震器变为刚性体，完全限制住振动部件的振动。在高速运行时则消除减震器阻尼，此时电磁力足够小，防止振动部件的能量传递到壳体，避免了壳体的共振。有针对性的增加或者减小阻尼，从而在大幅度消弱振动的同时又避免了振动部件引起整个系统的共振。

以上所述仅为本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员而言，在不脱离本发明原理前提下，还可以做出多种变形和改进，这也应该视为本发明的保护范围。