低振動的滾筒洗衣機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)控制研究

王波濤

摘要：滾筒洗衣機(jī)由于系統(tǒng)功能簡單，所以，控制系統(tǒng)一直被開發(fā)者所忽視。事實(shí)上，洗衣機(jī)的控制系統(tǒng)，無論在軟件，還是硬件層面上，都有著相對復(fù)雜的組成結(jié)構(gòu)，若設(shè)置不合理，便會發(fā)生一系列故障。因此，本文將對低震動的滾筒洗衣機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)控制進(jìn)行研究，通過軟件和硬件兩個層面的介紹，提升洗衣機(jī)生產(chǎn)者和使用者，對洗衣機(jī)控制系統(tǒng)的客觀認(rèn)識，并由此為洗衣機(jī)的發(fā)展略盡綿力。

關(guān)鍵詞：滾筒洗衣機(jī)；低震動；驅(qū)動系統(tǒng)

中圖分類號：TM925.33 文獻(xiàn)識別碼：A 文章編號：1001-828X（2016）007-000-01

滾筒洗衣機(jī)已經(jīng)在市場中，完全占據(jù)了主導(dǎo)性地位。但是，由于市場需求巨大，導(dǎo)致了洗衣機(jī)市場復(fù)雜化，參差不齊的產(chǎn)品，將嚴(yán)重影響健康洗衣機(jī)市場的秩序。而在現(xiàn)代洗衣機(jī)的需求中，除了潔凈、節(jié)能的基本需求外，其噪音也是影響銷售的重要因素。噪音的產(chǎn)生因素較多，除了控制結(jié)構(gòu)存在的天然問題外，洗衣機(jī)運(yùn)行系統(tǒng)的控制，也是主要的問題之一。因此，本文將對低震動的驅(qū)動控制進(jìn)行研究，希望能夠借助硬件和軟件的分析，使生產(chǎn)者更加深刻的認(rèn)識到振動發(fā)生原因。

一、低震動滾筒洗衣機(jī)驅(qū)動方式

目前市場上所銷售的滾筒洗衣機(jī)，主要有兩種驅(qū)動方式。以下具體來看：

1.直接驅(qū)動。是指通過軸實(shí)現(xiàn)驅(qū)動的方式，在軸的幫助下，電機(jī)能夠直接作用于滾筒，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)驅(qū)動的功能。該體系可以減少中間環(huán)節(jié)，降低錯誤發(fā)生對驅(qū)動結(jié)果的影響。同時結(jié)合材料特性，有效的降低噪音。

2.間接驅(qū)動。是指以皮帶等方式，通過電機(jī)實(shí)現(xiàn)對滾筒間接的操作。不過該形式的問題在于噪音較大，而且中間環(huán)節(jié)過長，嚴(yán)重浪費(fèi)驅(qū)動能源。同時，皮帶的物理特性，導(dǎo)致其容易老化，即較長時間使用后，會出現(xiàn)斷裂等問題，整體降低機(jī)械使用壽命。

根據(jù)上述兩種驅(qū)動方式來看，間接驅(qū)動已經(jīng)漸漸被生產(chǎn)廠家所淘汰。所以，本文研究的設(shè)備類型，將采取直接驅(qū)動的系統(tǒng)模式。

二、驅(qū)動系統(tǒng)主要硬件組成部分研究

洗衣機(jī)的硬件驅(qū)動系統(tǒng)共有三個部分組成，一是輸入驅(qū)動系統(tǒng)，是指通過用戶需求，調(diào)動驅(qū)動主機(jī)實(shí)現(xiàn)相關(guān)指令；二是信號處理系統(tǒng)，即對用戶指令的處理，以確保指令信息合理；三是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)，是將指令實(shí)現(xiàn)的環(huán)節(jié)。另外，由于系統(tǒng)硬件組成過于復(fù)雜，本文僅對下述主要內(nèi)容進(jìn)行闡述。

（一）驅(qū)動電機(jī)

目前市場上所采用的驅(qū)動電機(jī)種類較多，以下具體來看：

第一，雙速單相電容運(yùn)行感應(yīng)電機(jī)。其工作特性在于啟動時，會采取雙電容接入，由此保證電機(jī)為滾筒提供的動力。而在電機(jī)進(jìn)入到穩(wěn)定的運(yùn)轉(zhuǎn)速度后，自動管理機(jī)制，會切斷電路，使電機(jī)處于被保護(hù)狀態(tài)。但是，此類電機(jī)的缺陷明顯，僅能夠提供兩種速度變化，無法滿足消費(fèi)者多樣化的需求。

第二，單相串激電機(jī)。該電機(jī)的顯著特點(diǎn)，在于擁有換向器，使電機(jī)可以在更小的體積中實(shí)現(xiàn)，并且有效的提升轉(zhuǎn)速。不過，該電機(jī)在技術(shù)上仍舊不夠完善，其電刷的應(yīng)用，會降低使用壽命。

第三，永磁同步電機(jī)。顧名思義，在電機(jī)中安裝了永磁環(huán)，以磁力的形式，節(jié)約驅(qū)動的能源消耗，并合理的提升電機(jī)效率。更為重要的是，該電機(jī)無論在功效、維護(hù)便利性、使用壽命等所有方面上，均具有較為卓越的表現(xiàn)。因此，永磁同步電機(jī)正在被廣泛的應(yīng)用在洗衣機(jī)領(lǐng)域。

（二）旋轉(zhuǎn)式編碼器

該硬件的功能在于提供信號轉(zhuǎn)換，可以為相對應(yīng)的環(huán)節(jié)，提供準(zhǔn)確的信息指令，使洗衣機(jī)正常運(yùn)作。目前編碼器主要為兩種形式，其一是絕對式，即固定的數(shù)字碼對應(yīng)交換，以保證實(shí)現(xiàn)信號的準(zhǔn)確性；其二是增量式，以計數(shù)脈沖進(jìn)行信息的交換。而兩種編碼器最為顯著的區(qū)別，在于后者具備三路信號，可以在TTL電平的幫助下，實(shí)現(xiàn)對更加靈活的電機(jī)控制。

（三）驅(qū)動控制系統(tǒng)

該系統(tǒng)是指完整的終端系統(tǒng)，可以理解為精密卻因?qū)崿F(xiàn)功能較少，最終在體積上縮小的電腦主機(jī)。主要有DSP板、PE板等構(gòu)成。由此也可以說明，控制系統(tǒng)的核心功能在于控制性。根據(jù)市場中洗衣機(jī)類型來看，DSP主要用于實(shí)現(xiàn)PWM的輸出，即以速度為基礎(chǔ)的準(zhǔn)確性控制。但是，該功能受限于洗衣機(jī)種類，對于非智能的洗衣機(jī)，PWM所采取的是固定輸出，而智能化的滾筒洗衣機(jī)，則需要FPCA輔助控制。另外，洗衣機(jī)需要在有水的情況下作業(yè)，必須要保證相對封閉以及絕緣性，故此，一般主機(jī)是以光耦實(shí)現(xiàn)相關(guān)通信功能。

三、驅(qū)動控制軟件研究

洗衣機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的控制軟件，多是由PE-View實(shí)現(xiàn)相關(guān)功能。該軟件的編寫方式是由C#實(shí)現(xiàn)。原因在于驅(qū)動軟件并不需要過于復(fù)雜的操作，同時又有著準(zhǔn)確傳達(dá)指令的基本需求。而隨著洗衣機(jī)的發(fā)展，軟件控制的功能逐漸豐富，除了基本的編輯、編譯、寫入，以及程序中運(yùn)行、停止指令的實(shí)現(xiàn)外，還增添了顯示、數(shù)據(jù)留存、參數(shù)實(shí)時調(diào)節(jié)等功能。

因此，此類軟件在算法上，形成了相對獨(dú)立的體系。以下具體來看：

第一，數(shù)據(jù)采樣和轉(zhuǎn)換。在數(shù)據(jù)采樣的過程中，首先需要借助傳感器和編碼器兩個基本軟件，獲取的發(fā)出指令的位置和轉(zhuǎn)速，并將其轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)形式；其次，需要通過Speed Controller（SC）的功能，對所獲得數(shù)據(jù)進(jìn)行計算；最后，數(shù)據(jù)將以可對比形式進(jìn)行再次轉(zhuǎn)化，并由電流形式向下一步驟發(fā)送。

第二，數(shù)據(jù)對比。在數(shù)據(jù)對比之前，首要是采樣工作，即通過上述轉(zhuǎn)化中所發(fā)送的電流中信息，或缺相對獨(dú)立的采樣結(jié)果。獲取信息之后，Clarke將實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的定位，并將其暫時留存在固定位置上。最后，將在Park在獲取數(shù)據(jù)和轉(zhuǎn)化后，對比SC得出的計算成果。若數(shù)據(jù)經(jīng)過對比后，發(fā)生了非常規(guī)性變化，則由控制端直接向主機(jī)反饋錯誤信息，并停止數(shù)據(jù)繼續(xù)使用。反之則將數(shù)據(jù)遞交到下一環(huán)節(jié)。

第三，數(shù)據(jù)逆轉(zhuǎn)變和實(shí)現(xiàn)指令。數(shù)據(jù)在進(jìn)入到該環(huán)節(jié)后，將進(jìn)行逆轉(zhuǎn)變的復(fù)原工作，使其能夠以信號形式進(jìn)行使用，而具體的指令實(shí)現(xiàn)，則是需要借助其他功能實(shí)現(xiàn)，例如 等計算出來參數(shù)特征，最終由SVPWM的信號，確定電機(jī)所要提供的轉(zhuǎn)速。

四、結(jié)束語

低震動的滾筒洗衣機(jī)是現(xiàn)代洗衣機(jī)領(lǐng)域中，較為受到歡迎的種類。但是，無論在生產(chǎn)領(lǐng)域，還是在應(yīng)用領(lǐng)域，對于洗衣機(jī)的驅(qū)動控制，都缺乏合理的認(rèn)知。所以，本文以驅(qū)動系統(tǒng)作為研究核心，充分展示其硬件和軟件，希望能夠幫助讀者更好的認(rèn)識到洗衣機(jī)的驅(qū)動結(jié)構(gòu)。

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