专利名称：滚筒偏心程度检测方法
技术领域：
本发明涉及一种滚筒式洗衣机及类似离心脱水装置的滚筒中物料偏心程度的检测方法。
背景技术：
滚筒式洗衣机、脱水机以及类似设备，其共同特点是有一个绕水平中心轴旋转的近似圆柱形、鼓形的容器——滚筒，内装物料(如衣物等)，通过绕其轴高速旋转，实现离心脱水等功能。也有的设备的旋转容器的旋转轴不水平，与水平面呈一较小夹角，通常小于30°，这种情况属于近似水平，它与旋转轴水平的情况在本专利中没有区别，视为等同。其共同困难是由于重力与容器呈非对称关系，其中的物料易于偏向一边，不易分布均匀，高速旋转时产生较大的偏心力，产生强烈的振动、噪音。
LG电子株式会社的中国专利申请03103407.1为代表的专利提供了一系列测量偏心的方法，是在两个以上转速段测量转速波动，通过比较波动大小测量偏心，测量时间长。乐金电子(天津)电器有限公司的中国专利申请CN03129726.9则通过开环控制电机，通过测量加速度测量偏心，由于电机在加速度过程中电枢反应变化，力矩有波动，会影响测量。
发明内容
本发明的目的是提供一种灵敏、可靠、快速的滚筒偏心程度检测方法。
本发明提供的偏心程度检测的方法是以一定的转速——检测转速——旋转滚筒2圈以上，其间以固定的周期对电机进行开关控制，每个周期开始时，若滚筒转速低于检测转速，则电机通电一周期，否则断电一周期；同时记录每个周期的开关状况及转速。
上述偏心检测的原理实际上是测量偏心时重力势能释放引起滚筒转速增加的程度，当偏心物料上升时，重力势能增加，滚筒减速，当低于检测转速时，电机通电一周期，以维持滚筒转速；当偏心物料下降时，重力势能减少，滚筒加速，电机将连续多个周期断电。偏心越严重，重力势能越大，转速增加越大。根据所记录的开关状态序列及转速序列，就可以判定偏心程度的大小。
由于转速增加期间电机断电，避免了电枢反应变化的影响，检测结果灵敏、可靠；由于只需记录一个完整的上升、下降过程，所需时间短。显然，由于测量开始时偏心的位置是随机的，需要记录2圈的数据，才能保证记录一个完整的上升、下降过程。
通断电的周期一定要短，通常少于30毫秒，最大不超过50毫秒，否则在一个通电周期中转速增加太多，同时测量点少，影响测量效果。对交流电机，通常取交流电的周期或半周期。
检测转速不低于分离转速的1.2倍，通常(优选)不高于1.42倍。以较低的转速进行检测有更好的效果，可以增加检测灵敏度。偏心检测的原理是测量偏心时重力势能释放引起滚筒转速增加的程度，转速增量越大，检测越灵敏。设偏心的重力势能为E，释放前后滚筒转速分别为ω1、ω2，滚筒转动惯量为I，根据能量守恒12Iω22=12Iω12+E⇒ω2=ω12+2E/I]]>Δω=ω2-ω1=ω11+2EIω12-ω1≈EIω1]]>即在一级近似下，转速增量与初始转速ω1成反比，转速越低，灵敏度越高。本发明在优选情况将检测转速控制在72～85转/分(对半径0.25左右的滚筒)，灵敏度高于现有技术。
上述分离转速NF是滚筒的一个特征量，其定义为NF=602πg/R0,]]>单位为转/分(RPM，惯用工程单位)。其中R0为滚筒内壁半径，g为重力加速度，π为圆周率。
分离转速的物理含义为当转速小于分离转速时，物料在顶端将因重力下落而与滚筒分离；反之，则不分离，即使在滚筒的最高点。实际上，转速需不小于1.2倍分离转速，物料才能有效固定在滚筒内壁。
对于常用的家用滚筒洗衣机，R0≈0.25米，分离转速NF≈60转/分。此时，1.2倍分离转速约为72转/分，1.42倍约为85转/分。通常，偏心检测是在洗衣机进行物料均匀化操作之后进行，均匀化操作结束时的终点转速通常就在72～85RPM之间，可将检测转速与该终点转速设为相同，在均匀化操作结束时立刻进行偏心检测。
根据记录的开关序列和速度序列，可以判定滚筒的偏心程度，并设立从0级到K级的偏心程度依次增加的多个偏心程度等级，0级偏心为不偏心，K级偏心程度最大，其中K为自然数，K≥2。
判定的方法有多种，一种简单的方法是检测转速的最大值，但这种单点检测易受干扰信号影响。用平均值代替最大值，是抗干扰的有效方法，与开关序列配合效果更佳。具体为当检测期间连续断电次数始终小于一定的次数时，判定滚筒0级偏心，即不偏心；大于或等于上述次数时，将断电期间的速度累加，其和除以次数得到平均值，根据平均值的大小判断偏心程度，平均值越大偏心越大。
另一种相似的基于波形识别的方法效果更好，具体为当检测期间连续断电次数始终小于一定的次数时，判定滚筒0级偏心，即不偏心；否则，初步判定滚筒偏心，进一步根据该组采样点的转速序列判定偏心程度设定K-1个大于终点转速NYZ且递增的判定转速NP2、NP3、…、NPk，和K-1个判定次数C2、C3、…、Ck，从高到底进行判断当该转速序列中大于判定转速NPi的次数大于判定次数Ci，判定为i级偏心；其余为1级偏心。其中i为自然数，i≤K。
本发明提供的方法，由于在转速增加期间电机断电，避免了电枢反应变化的影响，检测结果可靠；采用低速检测，提高了灵敏度；由于只需记录一个完整的上升、下降过程，所需时间短。
图1是无偏心的典型波形图2是轻微偏心的典型波形图3是严重偏心的典型波形具体实施方式
下面结合附图，通过实施例，进一步说明本发明提出的偏心检测方法。
本发明提出的优选实施例1，是波形识别算法的实例，下面结合附图1、2、3详细说明。本例中滚筒的半径0.25米，洗衣机脱水的简略流程如下(一)进行均匀化操作，结束时滚筒转速为83(转/分)。
(二)以83(转/分)为检测转速，进行偏心程度检测(三)根据检测的偏心程度，决定进行主脱水或重新均匀化操作。
步骤(二)就是偏心检测，本例采用的通断电周期为民用50Hz交流电的周期20毫秒，即每20毫秒检测一次滚筒转速，若此时转速低于83RPM，则电机通电20毫秒，若转速大于或等于83RPM，则电机断电20毫秒。同时记录每次的通断电情况及转速。
附图1、2、3时实际测得的典型数据情况。图形中部曲线代表转速，下部曲线的小三角形代表电机通电，无三角形代表电机断电，纵坐标是转速，横坐标是测量次数。
根据控制规则，转速一旦低于83转/分就通电一周期，实际平均转速约在85～86转/分，滚筒旋转一圈的测量次数约为34～35次。
图1是无偏心的典型波形，从中可看出电机通电的周期基本均匀分布，连续断电的周期数约为7～9次，小于滚筒旋转半圈的测量次数17次。转速波动幅度也基本均匀。
图2是轻度偏心的典型波形，可看出电机通电的周期分布不均匀，连续断电的周期数约为16～23次，接近或超过滚筒旋转半圈的测量次数17次。但在断电期间转速波动幅度还不高。
图3是严重偏心的典型波形，不仅连续断电的周期数接近或超过17次，而且在断电期间转速明显大幅度增加。因此，对在断电期间转速增加情况进行分类，可以确定偏心程度。
本例的实际判定算法是整个测量期间连续断电的周期数都不超过15次，为0级偏心(不偏心)；超过15次，初步判定有偏心。再根据该组超过期间的速度进一步判定若大于90RPM的次数大于12次，为4级偏心；大于89RPM的次数大于12次，为3级偏心；转速大于87RPM的次数大于11次，为2级偏心；其余1级偏心。显然，1级偏心实际上是转速大于87RPM的次数小于11次。
根据本发明提出的优选实施例2，与实施例1大致相同，区别在于偏心判定用平均值法。本例中滚筒的半径也为0.25米，洗衣机的简略脱水流程基本相同，如下(一)进行均匀化操作，结束时滚筒转速为75(转/分)。
(二)以75(转/分)为检测转速，进行偏心程度检测(三)根据检测的偏心程度，决定进行主脱水或重新均匀化操作。
步骤(二)就是偏心检测，采用的通断电周期为民用50Hz交流电的周期的一半10毫秒，即每10毫秒检测一次滚筒转速，若此时转速低于75RPM，则电机通电10毫秒，若转速大于或等于75RPM，则电机断电10毫秒。同时记录每次的通断电情况及转速。典型数据情况与附图1、2、3相似，仅转速与次数不同。
根据控制规则，转速一旦低于75转/分就通电一周期，实际平均转速约在77～79转/分，滚筒旋转一圈的测量次数约为76～78次。
偏心检测，采用平均值法，具体为当检测期间连续断电次数始终小于36次时，判定滚筒0级偏心，即不偏心；大于或等于36次时，将断电期间的速度累加，其和除以次数得到平均值，根据平均值的大小，从高到低判断偏心程度平均值大于84rpm为4级，大于82rpm为3级，大于79rpm为2级，小于等于79rpm为1级。本例中检测通电的转速为75rpm，不偏心时平均速度就在77～79rpm，因此1级偏心中重力势能基本上刚好克服滚筒转动的摩擦损耗，在电机断电情况下旋转约半圈。这也可以作为分级的原则。
以上各例中，都取滚筒的半径为0.25米，对于其他半径的滚筒，不难根据前述公式计算。
显然，同一发明可以有多种实施方式，本发明不仅限于以上实施例，普通技术人员根据本发明的思想和方法，可以构造其它实施例；也不仅限于滚筒式洗衣机，也适用于类似离心脱水装置。这不能认为是超出了本发明的范围。
权利要求
1.一种用于控制滚筒式洗衣机及类似离心脱水装置脱水过程中的偏心检测方法，其所属的脱水过程由依次进行均匀化操作、偏心检测、高速主脱水操作等步骤构成，其宿主滚筒洗衣机或离心脱水装置包含滚筒、控制器、驱动电机及相应的调速器、转速检测器、偏心程度检测器等部件，其特征在于以检测转速旋转滚筒2圈或以上，其间以固定的周期对电机进行开关控制，每个周期开始时，若滚筒转速低于检测转速，则电机通电一周期，否则断电一周期；同时记录每个周期的开关状况及转速所述检测转速不低于1.2倍滚筒分离转速，所述固定的周期不大于50毫秒。
2.根据权利要求1所述方法，其特征在于所述固定的周期不大于30毫秒。
3.根据权利要求1所述方法，其特征在于所述周定的周期等于驱动电机的交流电的周期。
4.根据权利要求1所述方法，其特征在于所述固定的周期等于驱动电机的交流电的周期的一半。
5.根据权利要求1、2、3或4所述方法，其特征在于所述检测转速在1.2～1.42倍分离转速范围。
6.根据权利要求5所述方法，其特征在于根据记录的开关序列和转速序列，判定滚筒的偏心程度当检测期间连续断电次数始终小于一定的次数时，判定滚筒不偏心；否则，根据该组连续断电序列转速的平均值的大小判断偏心程度，平均值越大偏心越大。
7.根据权利要求5所述方法，其特征在于根据记录的开关序列和转速序列，判定滚筒的偏心程度，设立从0级到K级的偏心程度依次增加的K个偏心程度等级，0级偏心为不偏心，K级偏心程度最大当检测期间连续断电次数始终小于一定的次数时，判定滚筒0级偏心，即不偏心；否则，初步判定滚筒偏心，进一步根据该组连续断电期间的转速序列判定偏心程度设定K-1个大于终点转速NYZ且递增的判定转速NP2、NP3、…、NPk，和K-1个判定次数C2、C3、…、Ck，从高到底进行判断当该转速序列中大于判定转速NPi的次数大于判定次数Ci，判定为i级偏心；其余为1级偏心其中i、K均为自然数，i≤K，K≥2。
全文摘要
本发明采用短周期对电机通电断电方法，通过采集滚筒以72～85RPM转速旋转一圈中因偏心引起的转速变化，对滚筒偏心程度的进行检测。由于在转速增加期间电机断电，避免了电枢反应变化的影响，检测结果可靠；由于采用低速检测，灵敏度高；由于只需记录一个完整的偏心上升、下降过程，所需时间短。适用于滚筒洗衣机及类似离心脱水装置中的物料偏心程度检测。
文档编号D06F49/00GK1760429SQ20051010613
公开日2006年4月19日 申请日期2005年10月4日 优先权日2005年10月4日
发明者朱筱杰 申请人:朱筱杰