文档介绍：滚筒洗衣机的最佳洗涤时间控制算法
摘要
一般来说,滚筒洗衣机的洗涤效率受洗涤时间的影响。然而,洗涤时间由衣物的质量和类型确定。虽然用户很容易输入衣物的类型,但是衣物的数量和质量是不容易辨别的。因此,本文建议通过使用能估计衣物数量和质量的惯性估计器来调节洗涤时间。在实际洗衣机中应用的惯性计算器所使用的算法是在PMSM驱动上使用低成本位移传感器实现的,并且实验是由滚筒洗衣机的电机在实际负载条件下进行的。
关键词:滚筒洗衣机惯性估计器惯性力矩识别
一、介绍
首先,确定洗涤时间的最重要因素是衣物的数量和质量。一般来说,常规的洗涤时间的方法是由衣物的数量和质量的三个时间阶段所确定的,因为洗涤过程中会存在估计质量的误差和实际质量的误差。在所描述的常规衣物的数量和质量的估计方法中,洗衣供水被衣物吸收,因此,供水量受到衣物数量和质量的影响。这种来自负载建模为滚筒洗衣机系统仿真的方法,需要时间来提供一定的供水量。并且洗衣的性能和效率受到衣物种类非常大的影响。在用于电动机的高性能速度控制的惯性识别算法描述的另一种估算方法,电动机的速度达到某一“自愿”的固定点,观察用于数量和质量估计的施加电压的占空比。这个电机的负载也受衣物数量和质量的影响,因此,可以通过实验建立的查找表来估计衣物的数量和质量。然而,该方法需要另一个存储器设备用于查找表。
另一方面,使用状态观测器的常规惯性估计方法不能避免内部控制器的时间延迟,然而,洗涤负荷在洗涤模式中连续地改变,并且瞬态时间开启估计器的结果有一定的误差。
为了解决这个问题,本文建议通过测量的惯性估计衣物的数量和质量保持快速的转速,进而保持惯性,并且深入阐述了惯性估计的计算方法。最后,提出了能量效率的最佳洗涤时间的计算方法。
恒定惯量的速度计算
滚筒洗衣机在衣物通过挡板提升之后,借助在使衣物下落时产生的力来洗涤衣物。因此,在洗涤模式下连续地改变衣物的惯性。
图1滚筒旋转时施加在衣物上的力
当洗衣机滚筒旋转时,滚筒接收的衣物内部的力如上图所示。如果洗衣机的滚筒旋转起来时,衣物将上下翻滚。此时,衣物承受重力和离心力。当衣物位于顶部时,衣物受到的重力最大。如果离心力大于重力,衣物将会挂在滚筒上,此时,计算公式:
(1)
由公式(1)和公式(2),可以获得挂在滚筒上的衣物的最小速度。
(2)
从(2)计算的角速度可以通过(3)变成机械角速度
(3)
惯性估计方法
如果电机以第二章计算的100 [rpm]旋转,则衣物由于离心力悬挂在滚筒上,图2(b)示出了惯性估计方法,惯性矩来自公式(4)处的电机的机械方程,并且所提出的算法由图2-(a)中描述的三个部分分类。
(4)
图2(b)示出了模式1的控制框图。此时,q轴电流变为,电动机电转矩在(6)中表示为倍增q轴电流和转矩系数。由于使用PMSM,扭矩系数为公式(5)。负载转矩由公式(7)表示,因为电动机的速度不变。
(5)
(6)
(7)
图2 -(c)表示模式2的控制框图,如果大于的特定转矩命令施加到电动机,则在t2处电动机速度改变。
在图2-(d)中,由于由变化的速度引起的q轴电流变化,电动机的电转矩由公式(8)决确定。并假设速度控制在,处的液压扭矩可通过公式(9)确定。
(8)
(9)
(a)每个模式的速度图,(b)模式1,(c)模式2,(d)模式3

在模式2中通过公式(10)计算平均负载转矩:
(10)
如果模式3完成,可以通过(4)和(10)估计惯性矩,假设磨料系数B为零,公式(11)可以改变为公式(13)
(11)
(12)
(13)
估计惯性矩换入质量
物体的惯性矩由其旋转轴的质量分布的形状确定。如果质量远离旋转轴,则转动惯量增加。如果电机以100 [rpm]旋转,则由于固定的衣物,转动惯量具有恒定值。简化的洗衣分布模型在图3上表示:
图3是在100 [rpm]下衣物的体积(a)假定的衣物在100 [rpm]的体积,(b)衣物的展开体积
估计的转动惯量J可以被描述为滚筒的惯性和衣物的惯性的和。假设衣物分布在滚筒上,并且衣物的厚度不在挡板上方。
(14)
通常,围绕已知轴旋转的点质量的惯性矩定义为:
(15)
中间的力矩是可加性的。因此,对于由N个点质量组成的刚性体,距旋转轴线的距离为,总的转动惯量等于点的质量矩。因此,这由公式(16)、(17)确定。
(16)
(17)
在公式(17)中,dm可以由极坐标系(r,)表示,并且该等式定义为:
(18)
如果用公式(17)代替公式(18),则估计转动惯量由公式(19)表示,此时,负载的形状类似于气缸
(19)
图