低振动的滚筒洗衣机驱动系统控制分析
摘 要：近年来，滚筒洗衣机凭借其优越的洗涤性能以及用水少的优势，逐渐受到消费者的青睐。但一直以来，人们认为滚筒洗衣机其系统功能比较简单，常常忽视滚筒洗衣机的控制系统的开发与研究。其实不然，滚筒洗衣机不论是在其硬件以及其软件上，其组成结构是非常复杂的，倘若不能科学的进行设置，极易导致各种故障的发生。为此，笔者结合自己的工作实践，针对低震动的滚筒洗衣机驱动系统的控制展开相应的探讨，分别对其硬件及软件等方面进行阐述，希望能够进一步提升，人们对滚筒洗衣机控制系统的认识，为其持续发展奠定良好的基础。
关键词：低振动；滚筒洗衣机；驱动系统；控制分析
近年来滚筒洗衣机以其强大的洗涤优势，逐渐取代波轮洗衣机，成为行业的主导产品，而且其销量还在逐年的增加，市场消费趋势良好。这也给滚筒洗衣机的发展带来了良好的契机。与此同时也导致目前的洗衣机市场鱼龙混杂，市场上出现了质量不一的洗衣机产品，对滚筒洗衣机市场的健康发展形成很大阻碍。随着人们生活水平的日益提高，对洗衣机产品的要求也越来越高，人们在选择洗衣机产品的过程中，不经关注产品是否洁净，节能效果如何，同时对产品的噪音情况的要求也越来越高。滚筒洗衣机发生噪音的因素有很多种，不仅包括自身天然控制结构方面的影响，而且还包括运行控制系统的影响。为此，文中针对低振动的滚筒洗衣机驱动系统控制展开分析，从其软件与其硬件方面展开论述，希望能够进一步提升人们对滚筒洗衣机驱动控制系统的认识，更加充分的了解造成洗衣机振动发生的原因。
一、滚筒洗衣机振动分析
滚筒洗衣机结构如图1，振动振动产生的原因主要有：
（1）电机作为振动源，不仅可以直接的产生震动，而且由于激励还可以使结构板产生震动，也可以因为电机振动详细以及支撑系统、外壳等部位传递，使外壳箱体振动。（2）电机通过皮带轮、齿轮箱等带动波轮旋转，运转部件的不平衡产生激励力，引起系统产生振动。
（3）脱水时，由于结构件的质量不平衡和衣物在滚筒内的分布不平衡，引起系统振动。（4）进水阀、排水阀牵引器或排水电磁铁等产生的振动。
二、洗衣机传统减震策略
通常控制振动系统的传统手段有三个途径：控制振源，切断振动传播途径以及减振。针对洗衣机产生振动的原因，其常规控制对策主要有：（1）控制振动源，其关键是降低电机自身的振动，如采用塑封等低振动电机。同时在电机与安装支架之间采用优化设计的隔振装置，也可以取得较好的效果。（2）在外筒上加装配重块。使外筒的中心向轴心和中心平面焦点移动。同时通过增加配重的方式增加外筒的重量，可以一定程度上增加外筒的稳定性，以减少和抵消内筒旋转时产生的振动及外筒的影响。（3）采取阻尼减振橡胶做密封圈以吸收轴振动；采用阻尼吊杆隔振系统隔离系统振动。（4）采用阻尼软垫增大箱体阻尼，起到阻尼减振作用。（5）采用液体自动平衡器抑制高速脱水时的系统振动。（6）通过先进滚筒设计和白屏水流控制方式，减少衣物在贯通内的分布不均衡程度。
三、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產厂家所淘汰。所以，本文研究的设备类型，将采取直接驱动的系统模式。
四、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。
五、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。
六、结语
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]张国良.滚筒洗衣机驱动控制系统分析[J].控制自动化，2016，（05）.
[2]郭强东.滚筒洗衣机洗衣机驱动装置的发展趋势及研发策略[J].振动与冲击，2016，（15）.
（作者单位：中国电器科学研究院有限公司）