低振动的滚筒洗衣机驱动系统控制研究

王波涛

摘要：滚筒洗衣机由于系统功能简单，所以，控制系统一直被开发者所忽视。事实上，洗衣机的控制系统，无论在软件，还是硬件层面上，都有着相对复杂的组成结构，若设置不合理，便会发生一系列故障。因此，本文将对低震动的滚筒洗衣机驱动系统控制进行研究，通过软件和硬件两个层面的介绍，提升洗衣机生产者和使用者，对洗衣机控制系统的客观认识，并由此为洗衣机的发展略尽绵力。

关键词：滚筒洗衣机；低震动；驱动系统

中图分类号：TM925.33 文献识别码：A 文章编号：1001-828X（2016）007-000-01

滚筒洗衣机已经在市场中，完全占据了主导性地位。但是，由于市场需求巨大，导致了洗衣机市场复杂化，参差不齐的产品，将严重影响健康洗衣机市场的秩序。而在现代洗衣机的需求中，除了洁净、节能的基本需求外，其噪音也是影响销售的重要因素。噪音的产生因素较多，除了控制结构存在的天然问题外，洗衣机运行系统的控制，也是主要的问题之一。因此，本文将对低震动的驱动控制进行研究，希望能够借助硬件和软件的分析，使生产者更加深刻的认识到振动发生原因。

一、低震动滚筒洗衣机驱动方式

目前市场上所销售的滚筒洗衣机，主要有两种驱动方式。以下具体来看：

1.直接驱动。是指通过轴实现驱动的方式，在轴的帮助下，电机能够直接作用于滚筒，进而实现驱动的功能。该体系可以减少中间环节，降低错误发生对驱动结果的影响。同时结合材料特性，有效的降低噪音。

2.间接驱动。是指以皮带等方式，通过电机实现对滚筒间接的操作。不过该形式的问题在于噪音较大，而且中间环节过长，严重浪费驱动能源。同时，皮带的物理特性，导致其容易老化，即较长时间使用后，会出现断裂等问题，整体降低机械使用寿命。

根据上述两种驱动方式来看，间接驱动已经渐渐被生产厂家所淘汰。所以，本文研究的设备类型，将采取直接驱动的系统模式。

二、驱动系统主要硬件组成部分研究

洗衣机的硬件驱动系统共有三个部分组成，一是输入驱动系统，是指通过用户需求，调动驱动主机实现相关指令；二是信号处理系统，即对用户指令的处理，以确保指令信息合理；三是实现系统，是将指令实现的环节。另外，由于系统硬件组成过于复杂，本文仅对下述主要内容进行阐述。

（一）驱动电机

目前市场上所采用的驱动电机种类较多，以下具体来看：

第一，双速单相电容运行感应电机。其工作特性在于启动时，会采取双电容接入，由此保证电机为滚筒提供的动力。而在电机进入到稳定的运转速度后，自动管理机制，会切断电路，使电机处于被保护状态。但是，此类电机的缺陷明显，仅能够提供两种速度变化，无法满足消费者多样化的需求。

第二，单相串激电机。该电机的显著特点，在于拥有换向器，使电机可以在更小的体积中实现，并且有效的提升转速。不过，该电机在技术上仍旧不够完善，其电刷的应用，会降低使用寿命。

第三，永磁同步电机。顾名思义，在电机中安装了永磁环，以磁力的形式，节约驱动的能源消耗，并合理的提升电机效率。更为重要的是，该电机无论在功效、维护便利性、使用寿命等所有方面上，均具有较为卓越的表现。因此，永磁同步电机正在被广泛的应用在洗衣机领域。

（二）旋转式编码器

该硬件的功能在于提供信号转换，可以为相对应的环节，提供准确的信息指令，使洗衣机正常运作。目前编码器主要为两种形式，其一是绝对式，即固定的数字码对应交换，以保证实现信号的准确性；其二是增量式，以计数脉冲进行信息的交换。而两种编码器最为显著的区别，在于后者具备三路信号，可以在TTL电平的帮助下，实现对更加灵活的电机控制。

（三）驱动控制系统

该系统是指完整的终端系统，可以理解为精密却因实现功能较少，最终在体积上缩小的电脑主机。主要有DSP板、PE板等构成。由此也可以说明，控制系统的核心功能在于控制性。根据市场中洗衣机类型来看，DSP主要用于实现PWM的输出，即以速度为基础的准确性控制。但是，该功能受限于洗衣机种类，对于非智能的洗衣机，PWM所采取的是固定输出，而智能化的滚筒洗衣机，则需要FPCA辅助控制。另外，洗衣机需要在有水的情况下作业，必须要保证相对封闭以及绝缘性，故此，一般主机是以光耦实现相关通信功能。

三、驱动控制软件研究

洗衣机驱动系统的控制软件，多是由PE-View实现相关功能。该软件的编写方式是由C#实现。原因在于驱动软件并不需要过于复杂的操作，同时又有着准确传达指令的基本需求。而随着洗衣机的发展，软件控制的功能逐渐丰富，除了基本的编辑、编译、写入，以及程序中运行、停止指令的实现外，还增添了显示、数据留存、参数实时调节等功能。

因此，此类软件在算法上，形成了相对独立的体系。以下具体来看：

第一，数据采样和转换。在数据采样的过程中，首先需要借助传感器和编码器两个基本软件，获取的发出指令的位置和转速，并将其转化为数据形式；其次，需要通过Speed Controller（SC）的功能，对所获得数据进行计算；最后，数据将以可对比形式进行再次转化，并由电流形式向下一步骤发送。

第二，数据对比。在数据对比之前，首要是采样工作，即通过上述转化中所发送的电流中信息，或缺相对独立的采样结果。获取信息之后，Clarke将实现数据的定位，并将其暂时留存在固定位置上。最后，将在Park在获取数据和转化后，对比SC得出的计算成果。若数据经过对比后，发生了非常规性变化，则由控制端直接向主机反馈错误信息，并停止数据继续使用。反之则将数据递交到下一环节。

第三，数据逆转变和实现指令。数据在进入到该环节后，将进行逆转变的复原工作，使其能够以信号形式进行使用，而具体的指令实现，则是需要借助其他功能实现，例如 等计算出来参数特征，最终由SVPWM的信号，确定电机所要提供的转速。

四、结束语

低震动的滚筒洗衣机是现代洗衣机领域中，较为受到欢迎的种类。但是，无论在生产领域，还是在应用领域，对于洗衣机的驱动控制，都缺乏合理的认知。所以，本文以驱动系统作为研究核心，充分展示其硬件和软件，希望能够帮助读者更好的认识到洗衣机的驱动结构。

参考文献：

[1]胡效东，闵迎亚，刘学亮.滚筒洗衣机箱体振动特性及模态分析[J].制造业自动化，2014（14）.

[2]陈海卫，张秋菊.滚筒洗衣机瞬态脱水振动的分析与控制[J].振动与冲击，2013（15）.