一種洗衣機磁性變阻尼減振控制方法與流程

本發明涉及振動控制領域，尤其是一種洗衣機磁性變阻尼減振控制方法。

背景技術：

現在已有的控制方法一般是在低速時通入大的電流，提供大的阻尼，高速時不通入電流提供小的阻尼。在不同的程序階段通入不同的電流，實行了整個洗衣過程的變阻尼。

申請號201180022691.X的專利公開了一種磁流變液減震器的控制方法，脫水程序只是進行了兩段控制，V＜400rpm，通入1A電流，其他段不通電流。

申請號201110052337.3的專利公開了一種變阻尼減震器及使用這種減震器的滾筒洗衣機，該減震器包括：由阻尼腔和緩沖腔組成的減震器筒體；插入筒體內的活塞桿；固定設置在阻尼腔內活塞桿上的活塞，緩沖腔與外界相通；阻尼腔內裝滿磁流體，活塞內設有電磁鐵以及可供磁流體流通的節流孔，所述的電磁鐵通過活塞桿內的導線與主控制器連接，主控制器通過控制電流的大小，利用電磁鐵磁性的強弱變化改變磁流體的流動性從而起到實時調整阻尼的目的。根據轉速不同設置了四個檔位，分別對應不同的控制電流。

但是對于每個檔位時間段而言阻尼仍然是固定不變的，并且未考慮到減震器的移動速度對阻尼力的影響。經試驗測得阻尼力隨著電流和減震器移動速度的增大而增大。比如在共振階段，原設定通入1.0A電流可產生120N的阻尼力，但是在偏心量大于原標量后，滾筒的實際轉速偏小，在輸入1.0A電流輸出的阻尼力此時就小于120N。所以對于每個檔位時間段而言輸入電流設置成固定不變的仍不能得到預想得到的阻尼力。

鑒于此提出本發明。

技術實現要素：

本發明的目的為克服現有技術的不足，提供一種洗衣機磁性變阻尼減振控制方法，實時調節輸入電流的大小，得到需要的阻尼力。

為了實現該目的，本發明采用如下技術方案：一種洗衣機磁性變阻尼減振控制方法，洗衣機外筒底部設置變阻尼減震器，所述變阻尼減震器一端與外筒連接，另一端與洗衣機殼體連接，不同轉速階段，給變阻尼減震器輸入不同的電流，變阻尼減震器產生相應的阻尼力，以減小振動，減振過程中，實時檢測振動的大小和電機的實際轉速，計算實際轉速和目標轉速的差值，并根據振動的大小和實際轉速與目標轉速的差值，實時調節輸入電流的大小。

所述振動的大小為振幅A，所述實時檢測振動的大小可通過設置傳感器單元實現，傳感器單元實時檢測振動信號并確定振幅A。

所述控制方法的步驟如下：

步驟一：傳感器單元檢測振動信號，確定振幅A，比較檢測振幅A和預設振幅A＇的大小，若A＜A＇，維持當前狀態，若A≥A＇，進入下一步；

步驟二：主控板檢測電機的實時轉速n，同時調取程序設定的目標轉速N，計算速度差值ΔN，比較檢測并計算得到的速度差值ΔN和預設速度差值ΔN＇的大小，若ΔN＜ΔN＇，維持當前狀態，若ΔN≥ΔN＇，進入下一步；

步驟三：根據檢測的振幅A和檢測并計算得到的速度差值ΔN，確定變阻尼減震器應具有的阻尼力F，根據檢測的振幅A和檢測的實際速度n，確定變阻尼減震器的移動速度V，根據應具有的阻尼力F和移動速度V確定變阻尼減震器需要的電流，并調節變阻尼減震器的輸入電流。

步驟三中，主控板內預設有所述變阻尼減震器應具有的阻尼力F與所述振幅A和速度差值ΔN的一一對應關系，確定振幅A和速度差值ΔN后，調取對應的變阻尼減震器應具有的阻尼力F。

步驟三中，主控板內預設有所述變阻尼減震器的移動速度V與振幅A和實際速度n的對應關系：V＝2πnAK/60，其中K為糾偏系數，優選所述糾偏系數K的取值在0.2-0.5，確定振幅A和實際速度n后，計算得到對應的變阻尼減震器的移動速度V。

步驟三中，主控板內預設有變阻尼減震器需要的電流I與變阻尼減震器應具有的阻尼力F和移動速度V的一一對應關系，確定變阻尼減震器應具有的阻尼力F和移動速度V后，調取對應的變阻尼減震器需要的電流I，并將變阻尼減震器的輸入電流調整至I。

步驟一中，預設振幅A＇分別對應低速洗滌階段：轉速0-80rpm，分布階段：轉速80-150rpm，加速階段：轉速150-400rpm，高速甩干階段：轉速400rpm以上的四個轉速范圍設有四個預設范圍：0-20mm，0-4mm，0-8mm，0-2mm，分別優選2-10mm，1-2mm，0.5-1.5mm，0.25-1.0mm。

步驟三中，預設速度差值ΔN＇取值0-30rpm，優選5-10rpm。

所述主控板將變阻尼減震器的輸入電流設置4個檔位，分別對應低速洗滌階段：轉速0-80rpm，分布階段：轉速80-150rpm，加速階段：轉速150-400rpm，高速甩干階段：轉速400rpm以上的四個轉速范圍，各檔位對應的輸入電流分別為0.1-0.5A，0.5A-1.0A，1.0-1.5A，0A。

所述主控板將變阻尼減震器的輸入電流設置4個檔位，分別對應低速洗滌階段：轉速0-80rpm，分布階段：轉速80-150rpm，加速階段：轉速150-400rpm，高速甩干階段：轉速400rpm以上的四個轉速范圍，各檔位對應的輸入電流分別為0.2-0.4A，0.5A-0.6A，1.2-1.3A，0A。

采用本發明所述的技術方案后，帶來以下有益效果：

1、本發明所述控制方法增加實時檢測的過程，對輸入電流值實時優化，使實際產生的阻尼力最大程度上接近所需要的阻尼力，最大程度消弱振動的同時又避免了振動部件引起整個系統的共振。

2、本發明所述控制方法以電流大小確定阻尼力大小的基礎上，增加考慮電機的轉速大小(即減震器的移動速度)對阻尼力的影響，整體按轉速分為多個階段，每個階段內實時檢測并對電流的進行微調，使實際產生的阻尼力最大程度上接近所需要的阻尼力。

下面結合附圖對本發明的具體實施方式作進一步詳細的描述。

附圖說明

圖1：本發明實施例所述控制方法流程圖

圖2：本發明實施例所述分段控制示意圖

圖3：本發明實施例所述洗衣機連接結構示意圖

圖4：本發明實施例所述減震器結構圖

其中，1、外殼，2、活塞，3、電磁鐵，4、活塞桿，5、密封圈，6、導線，7、緩沖彈簧，8、緩沖腔，9、緩沖隔板，10、阻尼腔，11、懸掛彈簧，22、外筒，33、變阻尼減震器，44、殼體。

具體實施方式

本發明所述一種洗衣機磁性變阻尼減振控制方法，如圖3所示，洗衣機外筒22底部設置變阻尼減震器33，所述變阻尼減震器33一端與外筒22連接，另一端與洗衣機殼體44連接，不同轉速階段，給變阻尼減震器輸入不同的電流，變阻尼減震器產生相應的阻尼力，以減小振動，減振過程中，實時檢測振動的大小和電機的實際轉速，計算實際轉速和目標轉速的差值，并根據振動的大小和實際轉速與目標轉速的差值，實時調節輸入電流的大小。外筒22上部通過懸掛彈簧11掛在洗衣機殼體44上。

磁性變阻尼減震器的阻尼力的大小與電流相關，二者成正比例關系。因此一般是確定需要的阻尼力后，確定減震器需要輸入的電流的大小，但是減震器的輸入的電流一定的情況下，有時候產生的阻尼力是不同的，因為阻尼力除與輸入電流有關外還與減震器移動速度有關，阻尼力隨著電流和減震器移動速度的增大而增大。而洗衣機的洗滌時的轉速和甩干時的轉速相差很大，導致減震器的移動速度相差很大，所以只根據輸入的電流得到預想的阻尼力是不準確的，還有由于負載的偏心等原因，洗衣機的實際轉速和設定轉速之間還有差值，導致減震器的實際移動速度與預設的移動速度有差值，比如原設定通入1.0A電流可產生120N的阻尼力，但是在偏心量大于原標量后，滾筒的實際轉速偏小，減震器移動速度變小，在輸入1.0A電流輸出的阻尼力此時就小于120N。一般變阻尼減震器的標定的阻尼力規格是在0.1min/s的線速度下測量的。

所述振動的大小用振幅A衡量，所述實時檢測振動的大小可通過設置傳感器單元實現，傳感器單元實時檢測振動信號并確定振幅A。或者可以通過位移傳感器檢測位移來獲取振幅A。但并不限于上述檢測方式，所有能實時檢測振幅大小的方式都可以。

實施例一

如圖1所示，本實施例增加實時檢測的過程，對輸入電流值實時優化，使實際產生的阻尼力最大程度上接近所需要的阻尼力，最大程度消弱振動的同時又避免了振動部件引起整個系統的共振，所述控制方法的步驟如下：

步驟一：傳感器單元檢測振動信號，確定振幅A，比較檢測振幅A和預設振幅A＇的大小，若A＜A＇，維持當前狀態，若A≥A＇，進入下一步；

步驟二：主控板檢測電機的實時轉速n，同時調取程序設定的目標轉速N，計算速度差值ΔN，比較檢測并計算得到的速度差值ΔN和預設速度差值ΔN＇的大小，若ΔN＜ΔN＇，維持當前狀態，若ΔN≥ΔN＇，進入下一步；

步驟三：根據檢測的振幅A和檢測并計算得到的速度差值ΔN，確定變阻尼減震器應具有的阻尼力F，根據檢測的振幅A和檢測的實際速度n，確定變阻尼減震器的移動速度V，根據應具有的阻尼力F和移動速度V確定變阻尼減震器需要的電流I，并調節變阻尼減震器的輸入電流。

步驟三中，主控板內預設有所述變阻尼減震器應具有的阻尼力F與所述振幅A和速度差值ΔN的一一對應關系，確定振幅A和速度差值ΔN后，調取對應的變阻尼減震器應具有的阻尼力F。上述變阻尼減震器應具有的阻尼力F與所述振幅A和速度差值ΔN的一一對應關系為表格對應關系，即某一振幅A和某一速度差值ΔN對應相應的變阻尼減震器應具有的阻尼力F，該對應關系為研發人員通過大量實驗或者經驗得到的對應關系，該對應關系為好多相接近但又離散的點的對應關系，如果確定的振幅A和速度差值ΔN在預設的對應關系中沒有完全相同的點，可以找相接近的點確定對應的變阻尼減震器應具有的阻尼力F。

步驟三中，主控板內預設有所述變阻尼減震器的移動速度V與振幅A和實際速度n的對應關系：V＝2πnAK/60，其中K為糾偏系數，優選所述糾偏系數K的取值在0.2-0.5，確定振幅A和實際速度n后，計算得到對應的變阻尼減震器的移動速度V。減震器與洗衣機的外筒相連，兩者的振動頻率相同。減震器安裝時與豎直方向存在一定的夾角，但是在洗衣機運動過程中該夾角在會有輕微變化，因此引入糾偏系數K。減震器的移動速度V可以近似的用以下公式進行計算：V＝KωA＝2πfAK＝2πnAK/60，其中：ω為滾筒轉動角速度，n為滾筒的轉速，單位rpm，若為直驅電機，電機的轉速和滾筒的轉速相同，電機和滾筒之間設有減速離合器，滾筒的轉速為電機轉速乘以減速比，K為糾偏系數，優選K的取值在0.2-0.5，優選取值在0.3-0.4。

步驟三中，主控板內預設有變阻尼減震器需要的電流I與變阻尼減震器應具有的阻尼力F和移動速度V的一一對應關系，確定變阻尼減震器應具有的阻尼力F和移動速度V后，調取對應的變阻尼減震器需要的電流I，并將變阻尼減震器的輸入電流調整至I，上述變阻尼減震器需要的電流I與變阻尼減震器應具有的阻尼力F和移動速度V的一一對應關系為表格對應關系，即某一變阻尼減震器應具有的阻尼力F和某一移動速度 V對應相應的變阻尼減震器需要的電流I，該對應關系為研發人員通過大量實驗或者經驗得到的對應關系，該對應關系為好多相接近但又離散的點的對應關系，如果確定的變阻尼減震器應具有的阻尼力F和移動速度V在預設的對應關系中沒有完全相同的點，可以找相接近的點確定對應的變阻尼減震器應具有的阻尼力F。

步驟三中，預設速度差值ΔN＇取值0-30rpm，優選5-10rpm。

步驟一中，預設振幅A＇分別對應低速洗滌階段：轉速0-80rpm，分布階段：轉速80-150rpm，加速階段：轉速150-400rpm，高速甩干階段：轉速400rpm以上的四個轉速范圍設有四個預設范圍：0-20mm，0-4mm，0-8mm，0-2mm，分別優選2-10mm，1-2mm，0.5-1.5mm，0.25-1.0mm。

通過上述控制方法，可以實時檢測當時輸入的電流是否能夠產生當時所需要的阻尼力，并對輸入的電流實時的優化調整，使實際產生的阻尼力最大程度上接近所需要的阻尼力，同時考慮電流大小確定阻尼力大小的基礎上，增加考慮電機的轉速大小(即減震器的移動速度)對阻尼力的影響。

在整個洗衣過程中實時檢測的洗衣機的運動參數，并根據檢測到的運動參數輸入合適的阻尼力，阻尼力的大小通過電流值控制。該控制方法不受洗滌階段的限制，只要達到設置的控制參數，即輸入相應的電流值。此處的運動參數可以是轉速或者反饋的電流，但是反饋的電流信號為間歇性、非連續的，因此選擇轉速作為檢測量。

在實際測試中發現脫水操作時洗衣機的實際轉速n與目標轉速N的差值ΔN受負載量的多少影響很小，主要與偏心的大小有關，偏心量越大，實際轉速越小，反之亦然。因此，可以通過檢測洗衣機的實時轉速確定偏心量的值。洗衣機運轉時，電機的運轉情況會實時的反饋到主控制板內，因此電機可以作為檢測電機轉速的功能元件。主控制板根據電機的運轉狀況，調整電流的大小，從而改變電磁鐵的磁性強弱，控制磁流體的流動性以實現減震器阻尼力的調整。

實施例二

本實施例在以電流大小確定阻尼力大小的基礎上，增加考慮電機的轉速大小(即減震器的移動速度)對阻尼力的影響，對電流的優化，使實際產生的阻尼力最大程度上接近所需要的阻尼力，對洗衣機按轉速整體分段，在分段式控制的基礎上，針對分段式控制的每個工作狀態段進行實時控制。在實時控制時，可根據檢測到的電機的轉速差值ΔN和振動的大小，確定阻尼力的大小，根據實際轉速N確定需加電流的大小。對電流進 行實時優化調節。

如圖2所示，按照洗衣機的工作流程和電機轉速，將洗衣機工作狀態分為如下4個階段，并按照經驗值設置最優電流值。

S1：洗滌階段，此時轉速較低，優選轉速0-80rpm，不會產生很大的振幅，給減震器施加一個較小的阻尼力，優選80-100N，此時通的電流在0.1-0.5A，優選0.2-0.4A。

S2：分布階段，此時轉速80-150rpm，該階段洗滌結束，并排水完畢，內筒以某一加速度增加轉速至93rpm，讓洗衣機內的衣物均勻的分布在筒壁上，這時候轉速較大，內外筒總成會產生一個較小的振幅，此時減震器需要產生一個較大的阻尼力，根據不同洗衣機，此階段阻尼力可設為100-150N。此時通的電流在0.5A-1.0A，最優0.6A

S3：加速階段，此時轉速150-400rpm，洗衣機分布完成，需要逐步的起高速運行，這個時候轉速增加，且筒內衣服含有大量水，極易產生共振。需要將阻尼力提高到最大值，以防止外筒撞到外殼。此階段阻尼力可設為150-300N。此時通的電流在電流1.0-1.5A，優選1.2A。

S4：高速甩干階段，此時轉速400rpm以上，該階段內筒已經以較高速度運行一段時間，衣服所含的水分也甩出來一部分，隨著洗衣機轉速的提高，振幅會逐步衰減，但振動的能量會增加，因此，需要斷開內外筒總成與殼體的聯系，以盡量減少內外筒總成的振動傳遞到殼體，此階段減震器阻尼力可設為0-60N，此時不通電流。

分段控制的同時，增加實時檢測的過程，對輸入電流值實時優化，使實際產生的阻尼力最大程度上接近所需要的阻尼力，針對振動系統低速運行時有針對性的增加或者減小阻尼，從而在大幅度消弱振動的同時又避免了振動部件的共振。在高速運行時則消除減震器阻尼，防止振動部件的能量傳遞到殼體，避免了殼體的共振。

即在上述每個階段都增加實時檢測的過程，對輸入電流值實時優化，使實際產生的阻尼力最大程度上接近所需要的阻尼力，所述實時優化的控制方法的步驟如下：

步驟一：傳感器單元檢測振動信號，確定振幅A，比較檢測振幅A和預設振幅A＇的大小，若A＜A＇，維持當前狀態，若A≥A＇，進入下一步；

步驟二：主控板檢測電機的實時轉速n，同時調取程序設定的目標轉速N，計算速度差值ΔN，比較檢測并計算得到的速度差值ΔN和預設速度差值ΔN＇的大小，若ΔN＜ΔN＇，維持當前狀態，若ΔN≥ΔN＇，進入下一步；

步驟三：根據檢測的振幅A和檢測并計算得到的速度差值ΔN，確定變阻尼減震器應具有的阻尼力F，根據檢測的振幅A和檢測的實際速度n，確定變阻尼減震器的移動速度V，根據應具有的阻尼力F和移動速度V確定變阻尼減震器需要的電流，并調節變阻尼減震器的輸入電流。

上述各步驟中的具體細節描述與實施例一相同。

所述主控板將變阻尼減震器的輸入電流設置4個檔位，分別對應低速洗滌階段：轉速0-80rpm，分布階段：轉速80-150rpm，加速階段：轉速150-400rpm，高速甩干階段：轉速400rpm以上的四個轉速范圍，各檔位對應的輸入電流分別為0.1-0.5A，0.5A-1.0A，1.0-1.5A，0A。

進一步優選所述主控板將變阻尼減震器的輸入電流設置4個檔位，分別對應低速洗滌階段：轉速0-80rpm，分布階段：轉速80-150rpm，加速階段：轉速150-400rpm，高速甩干階段：轉速400rpm以上的四個轉速范圍，各檔位對應的輸入電流分別為0.2-0.4A，0.5A-0.6A，1.2-1.3A，0A。

同時主控板記錄變阻尼減震器的輸入電流的調節過程，可以定期輸出到客戶端，幫助研發人員對該機器的研發，同時優化輸入電流的最優值。

實施例三

如圖4所示，本實施例所述磁性變阻尼減震器包括：外殼1、活塞2、電磁鐵3等零部件組成。其中阻尼腔10和緩沖腔8組成了減震器筒體。緩沖腔8與外界相通，阻尼腔10內裝滿磁流體。磁流體由鐵磁性固體顆粒、母液油和穩定劑三種物質構成。在活塞內設有電磁鐵以及可供磁流體流通的節流孔，電磁鐵3通過活塞桿4內的導線6與主控板連接，主控板通過控制電流的大小，利用電磁鐵磁性的強弱變化改變磁流體的流動性從而起到實時調整阻尼的目的。

同時主控板與功能元件相連，通過功能元件的需求相適應的改變電流的大小，當主控板改變電流大小時，電磁體3的磁性就會發生變化，此時在節流孔位置就產生了磁力控制，磁流體內的鐵分子(納米級顆粒)在磁力作用下形成橫向的粒子鏈，粒子鏈的強弱隨磁力的強弱而變化，影響磁流體在節流孔處的流動性，阻礙磁流體在阻尼腔上下室之間的流通。磁流體若要通過節流孔則需沖破鐵分子組成的粒子鏈，從而形成阻尼力。當電流變大時，電磁鐵3的磁性變大，磁流體的流動性降低，阻尼力增大；當電流變小時，電磁鐵的磁性變小，磁流體的流動性增強，阻尼力減小。當電磁力達到足夠大時， 可以讓減震器變為剛性體，完全限制住振動部件的振動。在高速運行時則消除減震器阻尼，此時電磁力足夠小，防止振動部件的能量傳遞到殼體，避免了殼體的共振。有針對性的增加或者減小阻尼，從而在大幅度消弱振動的同時又避免了振動部件引起整個系統的共振。

以上所述僅為本發明的優選實施方式，應當指出，對于本領域的普通技術人員而言，在不脫離本發明原理前提下，還可以做出多種變形和改進，這也應該視為本發明的保護范圍。