洗衣机及其的惯量检测方法和装置与流程

本发明涉及家用电器技术领域，特别涉及一种洗衣机的惯量检测方法、一种洗衣机的惯量检测装置以及一种具有该惯量检测装置的洗衣机。

背景技术：

用户在使用洗衣机时，希望洗衣机能够根据衣物的重量自动给出合适的水位和洗涤剂量，从而避免盲目选择带来的衣物清洗不干净，或者浪费水电资源的问题。

目前，测量衣物重量的主要方法有两大类：一类是采用称重传感器直接测量衣物的重量；另一类是利用检测洗衣机中的电机在不同负载条件下加速或者减速到另一转速所需的时间、电流等参数，来测量洗衣桶中衣物的惯量，由于重量与惯量基本上是成比例的，因而根据两者之间的比例关系即可获得衣物的重量。

其中，采用称重传感器来检测衣物的重量，需要在洗衣机中安装称重传感器，不仅会增加成本，而且安装不便，且检测精度受安装工艺影响很大。而利用洗衣机中的电机来测量衣物惯量，无需专门的传感器，因此不存在安装问题，在洗衣机领域应用较为广泛，尤其是在滚筒洗衣机中。例如，在滚筒洗衣机中，通过加减速检测负载惯量，来对洗衣机中的衣物进行称重。但是，通过加减速检测负载惯量时，没有考虑到洗衣机滚筒摩擦的差异性，导致检测精度偏差较大，并且也没考虑负载不平衡对于惯量检测的影响，大大影响检测精度，造成洗衣机的称重误差，无法满足用户实际需求。

技术实现要素：

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种洗衣机的惯量检测方法，能够考虑负载不平衡和滚筒摩擦的影响而提高惯量检测的精度。

本发明的另一个目的在于提出一种洗衣机的惯量检测装置。

本发明的又一个目的在于提出一种洗衣机。

为实现上述目的，本发明一方面实施例提出了一种洗衣机的惯量检测方法，所述洗衣机包括洗衣桶和用于驱动所述洗衣桶运转的电机，所述方法包括以下步骤：在所述洗衣桶以第一预设转速运转的过程中，获取所述洗衣机在不平衡负载下速度波动的反向过零点对应的所述洗衣桶的位置，并在所述速度波动的反向过零点对应的所述洗衣桶的位置控制所述电机减速运行；延时第一预设时间后，对所述电机的电磁转矩进行积分以获得第一积分值，并对所述电机的反馈速度进行积分以获得电机的平均速度指令；根据所述平均速度指令控制所述电机匀速运行，并在所述电机匀速运行的过程中，对所述电机的电磁转矩进行积分以获得第二积分值；以及根据所述第一积分值和所述第二积分值计算所述洗衣机的惯量。

根据本发明实施例的洗衣机的惯量检测方法，在洗衣桶以第一预设转速运转的过程中，首先，获取洗衣机在不平衡负载下速度波动的反向过零点对应的洗衣桶的位置，并在速度波动的反向过零点对应的洗衣桶的位置控制电机减速运行，延时第一预设时间后，对电机的电磁转矩进行积分以获得第一积分值，并对电机的反馈速度进行积分以获得电机的平均速度指令，然后，根据平均速度指令控制电机匀速运行，并在电机匀速运行的过程中，对电机的电磁转矩进行积分以获得第二积分值，最后，根据第一积分值和第二积分值计算洗衣机的惯量。该方法能够考虑负载不平衡和滚筒摩擦的影响而提高惯量检测的精度。

根据本发明的一个实施例，所述获取所述洗衣机在负载不平衡时速度波动的反向过零点对应的所述洗衣桶的位置，包括：获取所述电机的转子位置；根据所述电机的转子位置计算所述电机的反馈速度；根据所述电机的转子位置和所述电机的反馈速度通过不平衡位置估算方法获取所述洗衣机在负载不平衡时速度波动的反向过零点对应的所述洗衣桶的位置。

根据本发明的一个实施例，所述根据所述第一积分值和所述第二积分值计算所述洗衣机的惯量，包括：通过将所述第二积分值与所述第一积分值相减以计算所述洗衣机的惯量。

根据本发明的一个实施例，对所述电机的电磁转矩进行积分以获得第一积分值的积分时间、对所述电机的反馈速度进行积分以获得电机的平均速度指令的积分时间、对所述电机的电磁转矩进行积分以获得第二积分值的积分时间均为所述洗衣桶的机械周期的整数倍，且对应所述洗衣桶运转的圈数相同。

为实现上述目的，本发明另一方面实施例提出了一种洗衣机的惯量检测装置，所述洗衣机包括洗衣桶和用于驱动所述洗衣桶运转的电机，所述装置包括：第一获取单元，用于在所述洗衣桶以第一预设转速运转的过程中，获取所述洗衣机在不平衡负载下速度波动的反向过零点对应的所述洗衣桶的位置；减速单元，用于在所述速度波动的反向过零点对应的所述洗衣桶的位置控制所述电机减速运行；第一积分单元，用于在控制所述电机减速运行的第一预设时间后，对所述电机的电磁转矩进行积分以获得第一积分值，并对所述电机的反馈速度进行积分以获得电机的平均速度指令；控制单元，用于根据所述平均速度指令控制所述电机匀速运行，并在所述电机匀速运行的过程中，对所述电机的电磁转矩进行积分以获得第二积分值，并根据所述第一积分值和所述第二积分值计算所述洗衣机的惯量。

根据本发明实施例的洗衣机的惯量检测装置，在洗衣桶以第一预设转速运转的过程中，通过第一获取单元获取洗衣机在不平衡负载下速度波动的反向过零点对应的洗衣桶的位置，减速单元在速度波动的反向过零点对应的洗衣桶的位置控制电机减速运行，在控制电机减速运行的第一预设时间后，第一积分单元对电机的电磁转矩进行积分以获得第一积分值，并对电机的反馈速度进行积分以获得电机的平均速度指令，控制单元，用于根据所述平均速度指令控制所述电机匀速运行，并在电机匀速运行的过程中，对电机的电磁转矩进行积分以获得第二积分值，并根据第一积分值和第二积分值计算洗衣机的惯量。该装置能够考虑负载不平衡和滚筒摩擦的影响而提高惯量检测的精度。

根据本发明的一个实施例，所述第一获取单元包括：第一位置获取单元，用于获取所述电机的转子位置；速度计算单元，用于根据所述电机的转子位置计算所述电机的反馈速度；第二位置获取单元，用于根据所述电机的转子位置和所述电机的反馈速度通过不平衡位置估算方法获取所述洗衣机在负载不平衡时速度波动的反向过零点对应的所述洗衣桶的位置。

根据本发明的一个实施例，所述控制单元根据所述第一积分值和所述第二积分值计算所述洗衣机的惯量时，其中，所述控制单元通过将所述第二积分值与所述第一积分值相减以计算所述洗衣机的惯量。

根据本发明的一个实施例，对所述电机的电磁转矩进行积分以获得第一积分值的积分时间、对所述电机的反馈速度进行积分以获得电机的平均速度指令的积分时间、对所述电机的电磁转矩进行积分以获得第二积分值的积分时间均为所述洗衣桶的机械周期的整数倍，且对应所述洗衣桶运转的圈数相同。

为实现上述目的，本发明又一方面实施例提出了一种洗衣机，包括：洗衣桶；用于驱动所述洗衣桶运转的电机；上述的洗衣机的惯量检测装置。

根据本发明实施例的洗衣机，通过上述的洗衣机的惯量检测装置，能够考虑负载不平衡和滚筒摩擦的影响而提高惯量检测的精度。

附图说明

图1是根据本发明实施例的洗衣机的惯量检测方法的流程图；

图2是洗衣机在斜坡减速速度指令时惯量检测结果的曲线示意图；

图3是根据本发明一个实施例的洗衣机的惯量检测方法的流程图；

图4是根据本发明实施例的洗衣机的惯量检测装置的方框示意图；

图5是根据本发明一个实施例的洗衣机的惯量检测装置的方框示意图；

图6是根据本发明一个实施例的洗衣机的控制系统的结构示意图；以及

图7是根据本发明一个实施例的洗衣机的方框示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参照附图来描述根据本发明实施例提出的洗衣机的惯量检测方法、洗衣机的惯量检测装置以及具有该惯量检测装置的洗衣机。

图1是根据本发明实施例的洗衣机的惯量检测方法的流程图。在本发明的实施例中，洗衣机可包括洗衣桶和用于驱动洗衣桶运转的电机。

如图1所示，该洗衣机的惯量检测方法可包括以下步骤：

S1，在洗衣桶以第一预设转速运转的过程中，获取洗衣机在不平衡负载下速度波动的反向过零点对应的洗衣桶的位置，并在速度波动的反向过零点对应的洗衣桶的位置控制电机减速运行。

具体而言，在对洗衣桶的惯量进行检测时，无法保证负载处于完全平衡状态，而负载不平衡的存在会导致速度波动，那么在惯量检测时，预设的运动轨迹会随机的与速度波动叠加，最终出现不同测试之间的速度波形差异较大，进而导致检测结果波动大，检测精度低。因此，考虑到负载不平衡的情况，采用相同的减速起始点，例如，以速度波动的反向过零点(该值接近指令值)对应的滚筒位置作为电机减速运行的起始点，这样可以确保每次减速的运行轨迹一致，使得相同重量的衣物在不平衡负载与平衡负载的情况下称重结果相同，减小不平衡负载带来的检测误差，从而提高检测精度。

根据本发明的一个实施例，获取洗衣机在负载不平衡时速度波动的反向过零点对应的洗衣桶的位置，包括：获取电机的转子位置；根据电机的转子位置计算电机的反馈速度；根据电机的转子位置和电机的反馈速度通过不平衡位置估算方法获取洗衣机在负载不平衡时速度波动的反向过零点对应的洗衣桶的位置。

具体而言，在洗衣桶以第一预设转速运转的过程中，洗衣桶内物体受离心力作用就会紧贴洗衣桶，不平衡位置相对洗衣桶可认为是固定的。因此，不平衡产生的速度波动为定频率波动，通过不平衡位置估算方法可得到速度波动最大点对应的洗衣桶的位置和速度波动最小点对应的洗衣桶的位置，然后根据速度波动最大点对应的洗衣桶的位置和速度波动最小点对应的洗衣桶的位置，即可获得速度波动的反向过零点对应的滚筒位置。

S2，延时第一预设时间后，对电机的电磁转矩进行积分以获得第一积分值，并对电机的反馈速度进行积分以获得电机的平均速度指令。

其中，第一预设时间可根据实际情况进行标定。

S3，根据平均速度指令控制电机匀速运行，并在电机匀速运行的过程中，对电机的电磁转矩进行积分以获得第二积分值。

在本发明的一个实施例中，在电机减速运行第一预设时间后，对电机的电磁转矩进行积分以获得第一积分值的积分时间、对电机的反馈速度进行积分以获得电机的平均速度指令的积分时间、对电机的电磁转矩进行积分以获得第二积分值的积分时间均为洗衣桶的机械周期的整数倍，且对应洗衣桶运转的圈数相同。也就是说，三次积分的时间均相等，且为洗衣桶的机械周期的整数倍。

具体而言，可通过如图2所示的运动轨迹来对洗衣机的惯量进行检测。如图2所示，首先控制洗衣桶以第一预设转速(如150rpm)运转，然后获取速度波动的反向过零点对应的洗衣桶位置，并在获取到该位置后，以该位置作为电机减速运行的起始点，此时，给定一个斜坡减速速度指令来控制电机减速运行。在电机减速运行的第一预设时间后，对电机的电磁转矩进行积分以获得第一积分值，积分时间为洗衣桶的机械周期的整数倍，例如，可以为洗衣桶的一个机械周期(如AB段)，同时，对电机的反馈速度进行积分以获得电机的平均速度指令，其积分时间可以为AB段的时间。

当电机减速到一定速度时，控制电机以当前速度匀速运行，然后再根据平均速度指令控制电机增速至相应的平均速度，并控制电机以该平均速度匀速运行，并在电机均速运行的过程中，对电机的电磁转矩进行积分以获得第二积分值，其积分时间为CD段，且CD段的时间与AB段的时间相等。

S4，根据第一积分值和第二积分值计算洗衣机的惯量。

根据本发明的一个实施例，根据第一积分值和第二积分值计算洗衣机的惯量，包括：通过将第二积分值与第一积分值相减以计算洗衣机的惯量。

具体而言，电机的运动方程为：

其中，Te是电机的电磁转矩，Td为不平衡转矩，B是粘带系数，ω为电机的转速，J为转动惯量。

如图2所示，AB段与CD段均为一个洗衣桶的机械周期，那么CD段的速度指令，即电机的平均速度指令为：

其中，T＝T_AB(AB段的时间)＝T_CD(CD段的时间)。

当不考虑不平衡负载的影响时，在减速段AB段，电机输出的电磁转矩为：

在匀速段CD段，电机输出的电磁转矩为：

T_e＝Bω (4)

当考虑负载不平衡转矩Td时，在减速段AB段，电机输出的电磁转矩为：

在匀速段CD段，电机输出的电磁转矩为：

然后，对公式(5)两边在AB段时间内进行积分，得到第一积分值：

对公式(6)两边在CD段时间内进行积分，得到第二积分值：

那么，对上述公式(7)与公式(8)取差值，可得到：

其中，CD段的速度在一个洗衣桶的机械周期内取倒数再进行积分为零，即那么上述公式(9)可以写为：

如果∫Bω_ABdt＝∫Bω_CDdt，那么上述公式(10)可以写成：

其中，为常数，因此，洗衣机的惯量正比于AB段与CD段的电磁转矩积分之差，从而可计算得到洗衣机的惯量。因此，通过对电机的平均速度的计算，抵消减速段洗衣桶摩擦阻力的影响，提高了惯量的检测精度。

为使本领域技术人员更清楚的了解本发明，图3是根据本发明一个实施例的洗衣机的惯量检测方法的流程图。如图3所示，该洗衣机的惯量检测方法可包括以下步骤：

S101，开始。

S102，判断是否负载使能。如果是，执行步骤S103；如果否，执行步骤S110。

S103，速度指令规划第一段：洗衣桶指令速度设定为150rpm。

S104，减速起始点计算，通过不平衡位置估算方法可计算出速度波动的反向过零点对应的洗衣桶位置，并将速度波动的反向零点作为减速起始点。

S105，速度指令规划第二段：给定斜坡减速指令，减速开始点为速度波动的反向过零点对应的洗衣桶位置。

S106，对AB段的电磁转矩进行积分以获得第一积分值。

S107，速度指令规划第三段：给定平均速度指令，控制电机以平均速度匀速运行。

S108，对匀速段CD的电磁转矩进行积分以获得第二积分值。

S109，洗衣机的惯量＝第一积分值-第二积分值。

S110，结束。

综上所述，根据本发明实施例的洗衣机的惯量检测方法，在洗衣桶以第一预设转速运转的过程中，首先，获取洗衣机在不平衡负载下速度波动的反向过零点对应的洗衣桶的位置，并在速度波动的反向过零点对应的洗衣桶的位置控制电机减速运行，延时第一预设时间后，对电机的电磁转矩进行积分以获得第一积分值，并对电机的反馈速度进行积分以获得电机的平均速度指令，然后，根据平均速度指令控制电机匀速运行，并在电机匀速运行的过程中，对电机的电磁转矩进行积分以获得第二积分值，最后，根据第一积分值和第二积分值计算洗衣机的惯量。该方法能够考虑到负载不平衡的影响，可以保证每次减速都在速度波动的反向过零点的位置开始，确保每次减速的运行轨迹一致，可使相同重量的衣物在不平衡负载与平衡负载的情况下称重结果相同，减小不平衡负载带来的检测误差，并且，采用减速段配合平均速度的运动轨迹，消除滚筒摩擦带来的影响，大大提高了检测精度，从而避免造成洗衣机的称重误差，充分满足用户的需要。

图4是根据本发明实施例的洗衣机的惯量检测装置的方框示意图。如图4所示，洗衣机可包括洗衣桶100、用于驱动洗衣桶运转的电机200。洗衣机的惯量检测装置可包括第一获取单元10、减速单元20、第一积分单元30和控制单元40。

其中，第一获取单元10用于在洗衣桶100以第一预设转速运转的过程中，获取洗衣机在不平衡负载下速度波动的反向过零点对应的洗衣桶100的位置。减速单元20用于在速度波动的反向过零点对应的洗衣桶100的位置控制电机200减速运行。第一积分单元30用于在控制电机200减速运行的第一预设时间后，对电机200的电磁转矩进行积分以获得第一积分值，并对电机200的反馈速度进行积分以获得电机的平均速度指令。控制单元40用于根据平均速度指令控制电机200匀速运行，并在电机200匀速运行的过程中，对电机200的电磁转矩进行积分以获得第二积分值，并根据第一积分值和第二积分值计算洗衣机的惯量。

图5是根据本发明一个实施例的洗衣机的惯量检测装置的方框示意图。如图5所示，第一获取单元10包括第一位置获取单元11、速度计算单元12和第二位置获取单元13。其中，第一位置获取单元11用于获取电机200的转子位置，速度计算单元12用于根据电机200的转子位置计算电机200的反馈速度，第二位置获取单元13用于根据电机200的转子位置和电机200的反馈速度通过不平衡位置估算方法获取洗衣机在负载不平衡时速度波动的反向过零点对应的洗衣桶100的位置。

根据本发明的一个实施例，控制单元40根据第一积分值和第二积分值计算洗衣机的惯量时，其中，控制单元40通过将第二积分值与第一积分值相减以计算洗衣机的惯量。

根据本发明的一个实施例，对电机200的电磁转矩进行积分以获得第一积分值的积分时间、对电机200的反馈速度进行积分以获得电机的平均速度指令的积分时间、对电机200的电磁转矩进行积分以获得第二积分值的积分时间均为洗衣桶100的机械周期的整数倍，且对应洗衣桶100运转的圈数相同。

作为一个具体示例，如图6所示，洗衣机的惯量检测装置可包括位置检测单元101、速度运算器102、减速起始点计算单元103、指令生成单元104、惯量计算模块105、转矩计算模块106、速度控制器107和电流控制器108。其中，位置检测单元101用以检测电机200的转子位置θ；速度运算器102用以根据电机200的转子位置θ获取电机200的反馈速度Vfdb；减速起始点计算单元103用于根据电机200的转子位置θ和电机200的反馈速度Vfdb通过不平衡位置估算以获取洗衣机在不平衡负载时速度波动的反向过零点对应的洗衣桶100位置；指令生成模块104用于在速度波动的反向过零点对应的洗衣桶100位置生成减速指令以控制电机200减速运行，还用于对电机200减速运行预设时间后的反馈速度进行积分以生成电机200的平均速度指令；惯量计算模块105在电机200减速运行预设时间后对电机200的电磁转矩进行积分以获得第一积分结果，还用于对电机200在匀速运行时的电磁转矩进行积分以获得第二积分结果；转矩计算模块106根据电机200的反馈电流Ifdb计算电机200电磁转矩，然后将计算得到的电磁转矩输出至惯量计算模块105；速度控制器107根据指令生成模块104输出的速度指令Vref与速度运算器102输出的反馈速度Vfdb之间的误差Verr生成转矩指令Tasr；电流控制器108根据速度控制器107输出的转矩指令Tasr和反馈电流Ifdb生成电流指令I以对电机200进行控制。

需要说明的是，本发明实施例的洗衣机的惯量检测装置中未披露的细节，请参照本发明实施例的洗衣机的惯量检测方法中所披露的细节，具体这里不再赘述。

根据本发明实施例的洗衣机的惯量检测装置，在洗衣桶以第一预设转速运转的过程中，通过第一获取单元获取洗衣机在不平衡负载下速度波动的反向过零点对应的洗衣桶的位置，减速单元在速度波动的反向过零点对应的洗衣桶的位置控制电机减速运行，在控制电机减速运行的第一预设时间后，第一积分单元对电机的电磁转矩进行积分以获得第一积分值，并对电机的反馈速度进行积分以获得电机的平均速度指令，控制单元，用于根据所述平均速度指令控制所述电机匀速运行，并在电机匀速运行的过程中，对电机的电磁转矩进行积分以获得第二积分值，并根据第一积分值和第二积分值计算洗衣机的惯量。该装置能够考虑到负载不平衡的影响，可以保证每次减速都在速度波动的反向过零点的位置开始，确保每次减速的运行轨迹一致，可使相同重量的衣物在不平衡负载与平衡负载的情况下称重结果相同，减小不平衡负载带来的检测误差，并且，采用减速段配合平均速度的运动轨迹，消除滚筒摩擦带来的影响，大大提高了检测精度，从而避免造成洗衣机的称重误差，充分满足用户的需要。

图7是根据本发明一个实施例的洗衣机的方框示意图。如图7所示，该洗衣机1000可包括洗衣桶100、驱动洗衣桶100运转的电机200和上述的洗衣机的惯量检测装置300。

根据本发明实施例的洗衣机，通过上述的洗衣机的惯量检测装置，能够考虑到负载不平衡的影响，可以保证每次减速都在速度波动的反向过零点的位置开始，确保每次减速的运行轨迹一致，可使相同重量的衣物在不平衡负载与平衡负载的情况下称重结果相同，减小不平衡负载带来的检测误差，并且，采用减速段配合平均速度的运动轨迹，消除滚筒摩擦带来的影响，大大提高了检测精度，从而避免造成洗衣机的称重误差，充分满足用户的需要。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。