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01波輪洗衣機(jī)不平衡控制方法
以往波輪洗衣機(jī)的不平衡(out of balance)控制方法:機(jī)械式開(kāi)關(guān)安裝在工作臺(tái)上,此機(jī)械式開(kāi)關(guān)距離盛水桶部裝設(shè)有一定距離,其具有一定的斷開(kāi)行程。洗滌過(guò)程中衣物發(fā)生纏繞會(huì)使得衣物在桶內(nèi)分布不均勻,由此產(chǎn)生的不平衡會(huì)導(dǎo)致脫水桶偏向一側(cè),使得盛水桶有較大的振動(dòng),當(dāng)盛水桶觸碰到機(jī)械式開(kāi)關(guān),并且達(dá)到機(jī)械式開(kāi)關(guān)的斷開(kāi)行程,則機(jī)械開(kāi)關(guān)斷開(kāi),脫水過(guò)程終止,繼續(xù)進(jìn)行補(bǔ)水,再把衣物抖散后繼續(xù)脫水[1]。機(jī)械式開(kāi)關(guān)成本較低,而且應(yīng)用較為廣泛,但是其精度較低;多數(shù)情況下,脫桶內(nèi)衣物纏繞厲害時(shí),產(chǎn)生較大的不平衡,脫水啟動(dòng)狀態(tài)不同又會(huì)出現(xiàn)不規(guī)律脫水運(yùn)動(dòng),即使產(chǎn)生較大偏心量也可能未觸碰到機(jī)械開(kāi)關(guān),無(wú)法及時(shí)切斷脫水狀態(tài),導(dǎo)致感應(yīng)失效。從而引起撞擊箱體產(chǎn)生較大噪音,甚至出現(xiàn)洗衣機(jī)移動(dòng)等現(xiàn)象[2]。
新型不平衡控制方法使用加速度傳感器來(lái)代替機(jī)械式開(kāi)關(guān)來(lái)感應(yīng)脫水振動(dòng)量大小,脫水時(shí)檢測(cè)的加速度能夠高精度實(shí)時(shí)檢測(cè)偏心量大小,通過(guò)對(duì)偏心量判斷選擇脫水模式和最高脫水轉(zhuǎn)速,有效避免脫水失控狀態(tài),保證脫水過(guò)程安全穩(wěn)定。
02原理解析
根據(jù)檢測(cè)位移量原理方式,常用的加速度傳感器可分為應(yīng)變式、電磁式、壓電式、光纖式和MEMS等。本文使用插件式MEMS傳感器,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、質(zhì)量輕、低功耗及可靠性高等諸多特點(diǎn)[2]。如圖1所示。插件式MEMS加速度傳感器采用線性慣性原理,其力平衡公式為:F=ma。圖2為MEMS加速度傳感器簡(jiǎn)化圖。從表達(dá)式可看出,脫水離心力可以反應(yīng)出離心力大小,離心力越大,振動(dòng)量就越大。從圖3可以看出脫水過(guò)程中的振動(dòng)量可以簡(jiǎn)化為簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。
圖1 插件式傳感器
圖2 MEMS加速度傳感器簡(jiǎn)化圖
圖3 不同偏心狀態(tài)下的加速度
簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)方程:
加速度:
在同一機(jī)型,相同速度控制的情況下,ω相同,相位相同;則加速度a與振幅A正相關(guān),即:
因此,加速度可直接反應(yīng)洗衣機(jī)脫水桶的振動(dòng)量大小。波輪洗衣機(jī)脫水時(shí),衣服纏繞導(dǎo)致的不平衡使得脫水桶產(chǎn)生振動(dòng),振動(dòng)量大小與加速度正相關(guān),因此檢測(cè)到的加速度反映了振動(dòng)量大小。若振動(dòng)量大于設(shè)定參數(shù)值,則進(jìn)行補(bǔ)水,擺平抖散衣物后重新脫水。
03應(yīng)用實(shí)例
我們?cè)诓ㄝ喯匆聶C(jī)上使用了MEMS加速度傳感器,此傳感器集成在主控板上。脫水過(guò)程實(shí)時(shí)檢測(cè)加速度大小來(lái)反應(yīng)振動(dòng)量大小。
如圖4所示,橫坐標(biāo)是表示脫水時(shí)間,縱坐標(biāo)表示系統(tǒng)檢測(cè)振動(dòng)量大小參考值。系列1代表前后方向,系列2代表左右方向,系列3代表上下方向,三個(gè)維度全方位測(cè)量振動(dòng)量大小。
圖4 脫水過(guò)程中振動(dòng)量檢測(cè)圖
在檢測(cè)過(guò)程中,我們發(fā)現(xiàn)脫水啟動(dòng)時(shí)振動(dòng)量出現(xiàn)異常,系統(tǒng)檢測(cè)偏心量過(guò)大,此時(shí)判定脫水終止,進(jìn)行補(bǔ)水進(jìn)水,重新擺平衣物,減少衣物纏繞,最終使得偏心量得以降低,再繼續(xù)進(jìn)行脫水。
隨著脫水轉(zhuǎn)速的不斷提升,振動(dòng)量越來(lái)越大,振動(dòng)量過(guò)大情況下有可能產(chǎn)生較大噪音、甚至出現(xiàn)撞擊箱體和內(nèi)外桶碰撞等現(xiàn)象。因此需要在系統(tǒng)中設(shè)定振動(dòng)量臨界值,在脫水啟動(dòng)階段,若振動(dòng)量超過(guò)閾值,就進(jìn)入補(bǔ)水?dāng)[平模式;為了防止多次補(bǔ)水后,仍然無(wú)法完成脫水過(guò)程,系統(tǒng)設(shè)定補(bǔ)水3次后進(jìn)行E4報(bào)警。E4報(bào)警時(shí),洗衣機(jī)發(fā)出蜂鳴聲,提醒用戶手動(dòng)處理調(diào)整衣物,使其分布均勻,以便正常完成脫水過(guò)程。
在脫水階段末期,就進(jìn)入慣脫模式,不再繼續(xù)提速,有效避免脫水異響等情況發(fā)生。
如圖5所示,從啟動(dòng)階段開(kāi)始,脫水偏心量在閾值以內(nèi),脫水過(guò)程正常進(jìn)行。接著進(jìn)入脫水穩(wěn)定階段,此時(shí)系統(tǒng)檢測(cè)振動(dòng)量在閾值范圍內(nèi),此情況下可繼續(xù)提升至最高速 1000rpm,系統(tǒng)執(zhí)行提速指令。達(dá)到系統(tǒng)最高度后停止加速,進(jìn)入慣脫模式,速度逐步下降直至脫水結(jié)束。
圖5 脫水曲線圖
在實(shí)際使用過(guò)程中,我們發(fā)現(xiàn)洗衣機(jī)底腳不平時(shí),在空桶脫水啟動(dòng)階段,洗衣機(jī)可以有效完成此過(guò)程,但是隨著脫水轉(zhuǎn)速進(jìn)入高速階段,特別是從500rpm提升至700rpm這段區(qū)間內(nèi),振動(dòng)量越來(lái)越大,會(huì)超值設(shè)定閾值,系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)降速補(bǔ)水,無(wú)法有效完成脫水過(guò)程。因此,洗衣機(jī)使用前必須要調(diào)整底腳高度,使其與底面貼合,不能出現(xiàn)晃動(dòng)現(xiàn)象。在實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證時(shí),調(diào)平洗衣機(jī)后,使用空桶狀態(tài)進(jìn)行脫水,若能夠一次性完成脫水過(guò)程,初步可以說(shuō)明閾值參數(shù)設(shè)定有效。除此之外,洗滌衣物量大小也直接決定了脫水時(shí)振動(dòng)量大小。脫水轉(zhuǎn)速越高,振動(dòng)量越大,脫水噪音也大,因此有必要進(jìn)行進(jìn)一步細(xì)化處理。一種脫水振動(dòng)量閾值控制無(wú)法滿足不同洗滌量條件脫水轉(zhuǎn)速要求。因此,我們?cè)谶壿嬌嫌孟礈焖粰n位來(lái)設(shè)定不同閾值。一般洗衣機(jī)水位設(shè)置為1~8檔,因此我們將1~4檔設(shè)定一個(gè)閾 值,5~8檔設(shè)置一個(gè)閾值。
以實(shí)際開(kāi)發(fā)產(chǎn)品為例:
(1)在脫水起步階段閾值設(shè)定。常規(guī)洗衣機(jī)用撞桶開(kāi)關(guān)阻斷偏心量過(guò)大時(shí)脫水過(guò)程。我們用偏心塊來(lái)模擬洗衣機(jī)衣物偏心量,參照常規(guī)洗衣機(jī)脫水偏心塊測(cè)試要求, 1.0kg偏心量能夠順利完成脫水,2.0kg偏心量時(shí)需要補(bǔ)水?dāng)[平重新脫水。我們分別采集了1.0kg和2.0kg偏心塊脫水時(shí)的振動(dòng)值,用采集到的振動(dòng)值作為脫水啟動(dòng)階段的閾值,以保證啟動(dòng)階段脫水穩(wěn)定性。
(2)脫水最高轉(zhuǎn)速spec如下:根據(jù)水位選擇,如果水位超過(guò)5檔,設(shè)定最高轉(zhuǎn)速750rpm。
如果在1~4檔:根據(jù)振動(dòng)量來(lái)判定:在750~800轉(zhuǎn)速檢測(cè)(Δx、Δy,Δz)值以及在大于800rpm轉(zhuǎn)速時(shí)也實(shí)時(shí)檢測(cè)(Δx、Δy,Δz),根據(jù)兩個(gè)區(qū)域值確定最終最高轉(zhuǎn)速。具體spec如下:
當(dāng)脫水轉(zhuǎn)速在750~800rpm之間時(shí),振動(dòng)量閾值為400。假如系統(tǒng)檢測(cè)的振動(dòng)量大小超過(guò)400,則停止加速,進(jìn)入慣性脫水模式;假如系統(tǒng)檢測(cè)的振動(dòng)量小于400,則繼續(xù)加速,當(dāng)速度達(dá)到800rpm時(shí),系統(tǒng)再次檢測(cè)振動(dòng)量大小,假如振動(dòng)量大于800,則停止加速,進(jìn)入慣性脫水模式,假如振動(dòng)量小于800,則繼續(xù)加速,直至速度達(dá)到1000rpm。
04結(jié)論
加速度傳感器的應(yīng)用在波輪洗衣機(jī)脫水過(guò)程中,有效地實(shí)時(shí)檢測(cè)振動(dòng)量大小,根據(jù)振動(dòng)量大小系統(tǒng)實(shí)時(shí)決定脫水模式,以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定地完成脫水過(guò)程,提升了脫水穩(wěn)定性,優(yōu)化洗衣機(jī)使用性能。
參考文獻(xiàn)
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