控制滚筒式洗衣机脱水操作的方法 【技术领域】
本发明涉及一种控制滚筒式洗衣机脱水操作的方法，特别是涉及一种在旋转步骤中将驱动滚筒的马达转速控制到最优以减少洗涤衣物荷载重心的偏移以及预旋转时间的方法。
背景技术
通常，洗衣机要进行洗涤、漂清以及旋转操作以便通过洗涤剂和水的作用将粘附在衣物上的污垢除去。现有技术的洗衣机包括水循环式(振动器式)，搅拌式(洗涤棒式)，以及滚筒式洗衣机。
在滚筒式洗衣机中，将洗涤剂、洗涤用水以及衣物放到设有多个拉钩的滚筒中。当滚筒缓慢地围绕水平轴转动时，滚筒式洗衣机中的洗涤方法包括由于拉钩将衣物抬起并落下产生的冲击、衣物和洗涤用水之间的摩擦、以及洗涤剂的化学反应。
由于滚筒式洗衣机具有一些优势，所以在现有技术中更多的使用滚筒式洗衣机。比如，洗涤的衣物很少有或者没有损伤、洗涤的衣物不会缠绕在一起、具有敲打和摩擦的洗涤效果，而且滚筒式洗衣机中使用的水量相对较小。
参考图1，滚筒式洗衣机的马达在滚筒式洗衣机的旋转操作步骤中首先加速到目标转速。一旦马达达到目标转速，马达将在一个预设的时间段内以恒定的速度进行驱动。从滚筒重心的偏移造成的转速变化来检测衣物的重量偏移，从而确定强力旋转周期地起始点。在这种情况下，如果重心偏移在预设的范围内，则进行强力旋转。如果偏移不在预设的范围内，则马达停止转动，然后在开始强力旋转之前重新启动马达将偏移降到预设的范围内。
然而，以上述方式控制马达时，马达的速度会急剧增加，因为在马达加速到目标转速时没有提供特别的速度控制。由于滚筒中衣物重心的偏移以及衣物在滚筒中的落下，马达加速步骤中的加速度没有规律。当衣物堆积在滚筒内壁的一边时偏移会显著增加。因此，预旋转周期需要马达重复和频繁的停止及重启，这就造成预旋转时间延长。
现有技术的旋转控制方法需要较长的预旋转时间，例如，从预旋转的起点到强力旋转的起点，因为在开始强力旋转之前，马达要在预设的时间内以恒定的速度运行来确定重心的偏移，从而确定强力循环周期的起点。
发明概述
本发明克服了与现有技术有关的缺点并且取得了其它在现有技术中不可能实现的优势。本发明针对一种控制滚筒式洗衣机脱水操作的方法，从根本上消除现有技术中的一个或多个上述问题。
本发明的目的是要提供一种用于控制滚筒式洗衣机脱水操作的方法，该方法在旋转步骤中将滚筒马达的速度控制到最优。
本发明的目的是要提供一种用于控制滚筒式洗衣机脱水操作的方法，该方法能够防止马达在加速步骤中速度剧烈增加。
本发明的另一个目的是要提供一种用于控制滚筒洗衣机脱水操作的方法，该方法能够在旋转和预旋转操作步骤中减少衣物荷载重心的偏移。
利用控制滚筒式洗衣机脱水操作的方法，就可以实现这些目的中的一个或多个目的，还可以实现其它的目的。上述方法包括：在预加速步骤中将驱动洗衣机滚筒的马达加速到预定的控制启动速度；然后在强力加速步骤中，沿着具有预定加速度斜率的线性轨迹将马达从控制启动速度加速到目标速度。
控制滚筒式洗衣机脱水操作的方法包括一个预加速步骤，该步骤将用于驱动滚筒的马达加速到一个预定的控制启动速度，一个强力加速步骤，该步骤沿着具有预定加速度斜率的线性轨迹将马达从控制启动速度加速到目标速度。在强力加速步骤中马达由PID(比例-积分-微分)控制方法进行控制。控制启动速度为40±5转/分(rpm)，而目标速度为110±20转/分。
控制滚筒式洗衣机脱水操作的方法还包括恒速运行步骤，以便在马达速度达到目标速度时以恒定速度运行一段时间来确定强力旋转步骤的起点。在恒速运行步骤中，根据速度变化来测量滚筒的偏移，从而确定强力旋转步骤的起点。如果恒速运行步骤中测量的偏移值在预定值范围内，则强力旋转步骤开始起动。如果在恒速运行步骤中测量的偏移值大于预定值，则暂时关闭马达并重新起动。
控制滚筒式洗衣机脱水操作的方法还包括在强力加速时的偏移预测步骤。偏移预测步骤包括下述多个步骤：在强力加速步骤过程中，预定时间段内多次检测线性轨迹之速度与实际测量速度之差的监控步骤，以及计算监控到的线性轨迹速度与实际测量速度之差的平均值以测量偏移。
控制滚筒式洗衣机脱水操作的方法还包括恒速运行步骤的起点的确定步骤，根据偏移预测步骤中预测的偏移来测量实际的精确偏移。如果预测偏移值比设定值大，则确定恒速运行步骤的起点的步骤包括马达的停止和重新加速步骤；或者，如果预测偏移值比设定值小，则包括恒速运行步骤，当马达达到目标速度后使马达在一个设定的时间内以固定的速度运行。
控制滚筒式洗衣机脱水操作的方法还包括根据偏移测量步骤中测得的偏移来确定强力旋转周期起点的步骤。如果预测偏移值大于设定值，强力旋转周期起点的确定步骤包括马达的停止和重新加速步骤，或者，如果预测偏移小于设定值，则包括达到目标速度后强力旋转步骤的直接起动步骤。
下面给出的详细描述，使本发明的适用范围变得更加显而易见。显然可以理解，详细描述和特殊实例都只以说明的方式给出，对本发明优选实施例进行说明。因为本领域一般技术人员显然能够理解，可以对本发明做出修改、变化而不脱离本发明的范围和精神。
附图简述
根据下面给出的详细描述和以说明方式给出的附图，本发明将变得更加显而易见，而且本发明并不限制于此，其中：
图1是现有技术滚筒式洗衣机马达速度控制方法的图解视图。
图2是根据本发明优选实施例控制脱水操作方法的各个步骤的流程图。
图3是本发明优选实施例无荷载情况下马达速度控制方法的图解视图。
图4是本发明优选实施例在预定载荷情况下马达速度控制方法的图解视图。
图5是根据本发明第一优选实施例控制脱水操作方法的各个步骤的流程图。
图6是一张表格，该表格比较了图5所示第一实施例的操作控制方法以及现有技术的操作控制方法，显示了预旋转时间以及尝试进行强力旋转的次数。
图7是一个流程图，显示了根据本发明第二实施例控制脱水操作方法的各个步骤。
图8是根据本发明第三实施例控制脱水操作方法的各个步骤的流程图。
优选实施例详述
下面将参考附图对本发明进行描述。图2是根据本发明优选实施例控制脱水操作方法的各个步骤的流程图。图3是本发明优选实施例无荷载情况下马达速度控制方法的图解视图。图4是本发明优选实施例在预定载荷情况下马达速度控制方法的图解视图。图5是根据本发明第一优选实施例控制脱水操作方法的各个步骤的流程图。图6是一张表格，该表格比较了图5所示第一实施例的操作控制方法以及现有技术的操作控制方法，显示了预旋转时间以及尝试进行强力旋转的次数。图7是一个流程图，显示了根据本发明第二实施例控制脱水操作方法的各个步骤。图8是根据本发明第三实施例控制脱水操作方法的各个步骤的流程图。
图2是一个流程图，显示了根据本发明优选实施例控制脱水操作方法的各个步骤，其中可以注意到，该方法包括一个预加速步骤和一个强力加速步骤。驱动滚筒的马达起动后，在控制器的控制下开始循环周期时，预加速步骤包括将马达加速到预定速度，即控制起动速度。一旦马达速度达到控制起动速度，控制器就将控制马达进行强力加速步骤，从而将马达加速到一个预定的目标速度，例如，马达速度沿着具有预定加速斜率(a)的线性轨迹缓慢增加。
图3和图4显示了本发明优选实施例在旋转周期开始时的马达控制状态。为了便于参考，图3是本发明优选实施例无荷载情况下马达速度控制方法的图解视图。图4是本发明优选实施例在预定载荷情况下马达速度控制方法的图解视图。如图3和图4所示，如果在旋转周期的初始步骤中利用本发明的方法对马达速度进行控制，就可以有效的避免如图1中所示的现有技术中马达速度的急剧增加，因为在本发明中，马达的速度将按照具有预定加速斜率(a)的线性轨迹缓慢增长。
当滚筒式洗衣机转速达到40转/分左右时，衣物就会沿着滚筒内壁出现升起和落下的现象。当速度达到90转/分左右时，由于离心力作用衣物就将紧贴在滚筒内壁上。通常，当衣物不再落下，也就是偏移不再变化时，以定速驱动滚筒同时对偏移进行测量，这时的速度通常设定为110转/分。优选地，应当在一个适当的速度范围内测量偏移，因为当偏移过大时，偏移的测量将给从驱动马达开始的各个机械元件施加额外的荷载。
因此，在本发明中为了驱动滚筒而对马达加速进行控制时，优选地，将起动速度限定在35-45转/分的范围内，而将目标速度限定在90-130转/分的范围内。虽然可以使用比例控制(P)、比例积分控制(PI)、以及比例微分控制(PD)方法来控制马达速度，使之沿着预定加速斜率从控制起动速度增加到目标速度，但是，优选地使用比例积分微分控制方法(PID控制方法)来进行控制，该方法是上述三种方法的综合。
下面将更为详细地描述一个典型案例，案例中滚筒加速的控制参数为：控制起动速度设定为40转/分、目标速度设定为95转/分、滚筒从控制起动速度达到目标速度的时间设定为10秒。
如果将达到目标速度的时间设定为15秒，而将控制起动速度和目标速度设定得和上面一样，则计算得到的加速斜率(a)为3.67。如果时间设定为20秒，则计算的加速斜率(a)为2.75。
利用比例积分微分(PID)控制方法，控制器能够控制马达速度按照轨迹上的速度来增加，使得误差为零。轨迹上的速度等于加速的斜率乘以加速的时间然后加上控制起动速度。速度误差等于轨迹上的速度减去测量的速度。同时，在滚筒式洗衣机旋转周期的初始阶段用于控制马达的方法，根据随后的旋转周期的不同将有各种不同的实施例，下面将参考附图对此进行解释。
图5是一个流程图，显示了根据本发明第一优选实施例控制脱水操作方法的各个步骤。第一实施例包括一个预加速步骤，一个强力加速步骤以及一个恒速运行步骤。因为预加速步骤和强力加速步骤在上文中已经进行了解释，所以下文中将对恒速运行步骤进行解释。
当马达速度达到目标速度后就要进行恒速运行步骤。在预定的时间以恒定的速度运行步骤中，恒速运行步骤决定了强力旋转周期的起点，在恒速运行步骤中，强力旋转周期开始的起点要根据滚筒偏移来决定，滚筒的偏移则通过马达速度的变化来测量。如果偏移在预定范围之内，则开始强力旋转周期。如果偏移大于预定范围，暂时关闭马达并重新起动。因此，马达关闭后如果偏移大于预定值，马达速度通过预加速步骤和强力加速步骤然后进入恒速运行步骤，再确定强力旋转步骤的起点。
图6是一张表格，该表格比较了图5所示第一实施例的操作控制方法以及现有技术的操作控制方法，显示了预旋转时间以及尝试进行强力旋转的次数。参考图6，图中对现有技术操作控制方法和第一实施例操作控制方法的结果进行了比较，比较结果显示，第一实施例操作控制方法的平均预旋转时间为65-118秒。这比现有技术操作控制方法的平均预旋转时间减少了大约80-90％。而且，本发明中尝试进行强力旋转的平均次数为2.8-4.0次，比现有技术尝试进行强力旋转的平均次数降低了大约10％。取得这个有利的结果，是因为本发明中的旋转控制方法消除了马达速度的急剧增长期，而且还防止了一般由于马达速度急剧增加而引起的偏移增加。因此，在本发明中降低了偏移。
图7是一个流程图，显示了根据本发明第二实施例控制脱水操作方法的各个步骤。除了预加速步骤和强力加速步骤，第二实施例还包括强力加速步骤中进行的偏移预测步骤，以及恒速运行步骤的起点的确定步骤。下文中将不再重复预加速和强力加速的详细解释。因为这些步骤已经在上文中进行了描述，但是，下文中将对偏移预测步骤和恒速运行步骤起点的确定步骤进行详细的解释。
参考图7，偏移预测步骤包括一个监控步骤和一个偏移测量步骤，这两个步骤都在强力加速步骤中进行。在监控步骤中，在强力加速期间按照预定的时间对轨迹上的速度与实际测量速度之差进行几次监控。在偏移测量步骤中，对轨迹的监控速度和测量速度之差的平均值进行计算以测量偏移，下面将结合图3和图4将对偏移进行详细的解释。
参考图3和图4，当马达速度在旋转周期中根据预定的加速斜率进行加速的时候，像图3所示的那样，轨迹上的监控速度和测量速度之间有很少有或者几乎没有速度差，例如，在无载荷操作的情况下就只有很少或者几乎没有速度差。像图4所示那样，轨迹上的监控速度和测量速度之间有很大的速度差，比如，在有载荷操作的情况下就有较大的偏移。因此，根据轨迹上速度与测量速度之间的速度差就可以在一定程度上预测偏移。
当马达速度根据预定的加速斜率“a”进行加速的时候，控制器在一个设定的时间内对轨迹上的速度与实际测量速度之差进行几次监控，然后计算出速度差的平均值并根据计算的平均值来预测偏移。平均值可以由下面的这个方程来表示。
参考图7，一旦可以根据计算的速度差的平均值在某种程度上对偏移进行预测，就可以进行恒速运行步骤的起点的确定步骤，以便参考在偏移预测步骤中预测的偏移来测量实际的准确偏移，如果在偏移预测步骤中预测的偏移值大于设定值，就关闭马达然后重新加速以确定恒速运行步骤的起点，如果预测偏移小于设定值，就开始恒速运行步骤，在这个步骤中测量准确的偏移，同时在马达达到目标速度后，在预定的时间内以恒定的速度驱动马达。
因此，与现有技术的控制方法相比较，本发明的第二实施例能够减少预旋转时间，在现有技术的控制方法中，在加速步骤以后的恒速运行步骤对偏移进行测量。在第二实施例中，如果预测到强力加速步骤中存在较小的偏移，就开始进行恒速运行步骤并测量实际的偏移以决定强力旋转周期的起点。如果预测到强力加速步骤存在很大的偏移，在不进行恒速运行步骤的情况下就关闭马达并重新起动。
图8是一个流程图，显示了根据本发明第三实施例控制脱水操作方法的各个步骤。第三实施例包括一个在强力加速步骤中进行的偏移预测步骤，以及强力旋转步骤起点的确定步骤。除此以外，第三实施例还包括预加速步骤、以及起动马达以后的强力加速步骤。预加速步骤、强力加速步骤以及偏移预测步骤已经在上文中进行了解释，所以将在下文中省略。但是，下文中将对强力旋转步骤起点的确定步骤进行更加详细的解释。
虽然本发明第三实施例与结合图7进行解释的本发明第二实施例相似，但是第三实施例的不同在于，该控制方法是在没有开始恒速运行步骤的情况下，直接确定强力旋转步骤的起点。在强力旋转步骤起点的确定步骤中，当预测偏移大于预定值，就决定关闭并重新起动马达。当预测偏移比预定值小，在马达达到目标速度以后不开始进行恒速运行步骤就开始强力旋转步骤。
因此，本发明第三实施例能够显著地降低预旋转时间，与现有技术的方法相比，使整个旋转周期缩短，降低电耗。在第三实施例中，强力旋转步骤直接根据在偏移预测步骤预测的偏移结果来进行起动，该偏移预测步骤在强力加速步骤当中进行。另外一个选择方案是，在不进行恒速运行步骤的情况下关闭马达并重新起动，该方法能够消除恒速运行步骤为预测偏移所占用的时间。
本发明中滚筒式洗衣机的控制脱水操作的方法具有以下优点。第一，滚筒马达的速度在旋转周期中沿着加速斜率缓慢加速，避免了在马达加速步骤中由于滚筒的偏移而造成的马达速度剧烈增加。第二，在旋转周期中滚筒内衣物重心偏心的减少能够降低开始旋转的尝试次数，从而减少了整个旋转周期。
第三，与现有技术的方法相比，强力加速步骤、偏移预测步骤、恒速运行步骤起点或者强力旋转步骤起点的确定步骤根据预测的偏移同时进行，能够显著地减少预旋转时间，在现有技术的方法中，恒速运行步骤是在没有任何前提条件的情况下进行。第四，由于旋转时间缩短所以电力消耗减少。
本发明进行了如上的描述，显而易见，同一个发明可以变化为很多种类型。而不应当认为这些变化脱离了本发明的范围和精神，本领域的技术人员显然能够理解所有这些修改，而且这些修改将包括在下面的权利要求书的范围中。