專利名稱：在檢測(cè)功率輸出的系統(tǒng)中用于校準(zhǔn)電流偏移和濾除不良數(shù)據(jù)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在檢測(cè)功率輸出的系統(tǒng)中，用于校準(zhǔn)電流偏移和濾除不良數(shù)據(jù)的方法。本發(fā)明在用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的電器中具有適用性，該電器具有利用功率輸出用于諸如在洗衣機(jī)中檢測(cè)和校正非平衡條件的更多目的的控制器或處理器。
背景技術(shù)：
一般來(lái)說(shuō)，洗衣機(jī)采用圓柱形打孔的，用來(lái)放待洗滌的衣服和其它物品的洗衣筐，把它可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝在無(wú)孔的、裝來(lái)用于盛放通常包括水、洗滌劑或肥皂和或其它組成物的洗滌液體的洗衣桶中。在某些機(jī)器中，該筐與該桶不相關(guān)的轉(zhuǎn)動(dòng)，而在另一些機(jī)器中，該筐與該桶兩者都轉(zhuǎn)動(dòng)。在本發(fā)明中，可轉(zhuǎn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)，從種屬上說(shuō)，被稱之為“圓筒”，僅包括該筐，或該筐和桶，或任何其它放和轉(zhuǎn)動(dòng)衣服負(fù)載的結(jié)構(gòu)。一般，電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)該圓筒。各種洗滌操作過(guò)程用于衣服，并從衣服脫去洗滌液體，通常用一次或多閃旋轉(zhuǎn)操作過(guò)程來(lái)結(jié)束，在這些過(guò)程中通過(guò)旋轉(zhuǎn)這圓筒，把最后漂清的水從衣服中脫除。
通過(guò)筐的方位來(lái)對(duì)洗衣機(jī)分類是常用的。垂直軸洗衣機(jī)具有放在繞相對(duì)于重力的垂直軸來(lái)旋轉(zhuǎn)的筐。水平軸洗衣機(jī)具有繞定位于基本水平的軸，相對(duì)于重力旋轉(zhuǎn)的筐。
垂直和水平軸的這兩種洗衣機(jī)，都是通過(guò)繞它們各自的軸旋轉(zhuǎn)圓筒從衣服中脫水的的，這樣，離心力把水從衣服中脫除。為了在最短的可能時(shí)間內(nèi)從衣服中脫除最大量的水，一般來(lái)說(shuō)，旋轉(zhuǎn)速度是高的，這樣可節(jié)省時(shí)間和能量。但是衣服和水并不是繞圓筒的軸均勻分布的話，則則出不穩(wěn)定的情況。典型的旋轉(zhuǎn)速度在垂直軸洗衣機(jī)中為600-700RPM，而在水平軸洗衣機(jī)中則為1100或1200RPM。況且，為較大負(fù)載容量的需要，激起對(duì)較大圓筒的需要。在洗衣機(jī)中，與較大容量圓筒配合的較高的旋轉(zhuǎn)速度，使不穩(wěn)定的問(wèn)題更趨嚴(yán)重，尤其是在水平軸洗機(jī)中，不穩(wěn)定的條件成為較難準(zhǔn)確地檢測(cè)和校正。
當(dāng)洗衣機(jī)圓筒繞它的軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，通?？赡軙?huì)顯出兩類不穩(wěn)定靜力不穩(wěn)定和動(dòng)力不穩(wěn)定。

圖1-4用圖示在包括具有水平幾何軸12的圓筒10的水平軸洗衣機(jī)中不穩(wěn)定的各種結(jié)構(gòu)。為了轉(zhuǎn)動(dòng)，把圓筒10懸掛在具有前部16(此處通常提供到圓筒內(nèi)部的入口處)和背部18的艙室14之內(nèi)。一般，把驅(qū)動(dòng)點(diǎn)19(通常是電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)軸)放在背部18處。
圖1(a)和(b)示出由靜力失去平衡的負(fù)載產(chǎn)生的靜力不穩(wěn)定情況。設(shè)想在圓筒10一側(cè)的負(fù)載20，但放在前部16和背部18之間的中央處。凈轉(zhuǎn)矩t造成幾何軸12繞圓筒10和負(fù)載20的組合質(zhì)量的轉(zhuǎn)動(dòng)22轉(zhuǎn)動(dòng)，導(dǎo)致圓筒10的位移d。這種位移如果是小的，則往往作為在較高速率時(shí)覺(jué)察到的振動(dòng)。這懸掛系統(tǒng)被設(shè)計(jì)得在正常條件下來(lái)對(duì)付這種振動(dòng)。靜力不穩(wěn)定可在諸如85或90RPM的相對(duì)慢的速度下被檢測(cè)到。
動(dòng)力不穩(wěn)定是較復(fù)雜的，并可與任何靜力不穩(wěn)定的存在無(wú)關(guān)而出現(xiàn)。圖2-4示出幾個(gè)存在動(dòng)力不穩(wěn)定的各種情況。在圖2(a)和(b)中，想象兩件相同的物件30，一個(gè)在靠近前部16的圓筒110一側(cè)，而另一個(gè)則靠近背部18。換句話說(shuō)，兩塊物件30是在相對(duì)于幾何軸12的歪斜線32上。關(guān)于幾何軸12的凈轉(zhuǎn)短tI為零，所以沒(méi)有靜力不穩(wěn)定。但是，沿幾何軸12有一凈轉(zhuǎn)矩t2，使該圓筒傾向于繞某根與該幾何軸不同的軸擺動(dòng)。如果該力短足夠大，則這擺動(dòng)可以是不能接受的。
圖3(a)和(b)示出由前部失去平衡的負(fù)載造成組合的靜力和動(dòng)力不穩(wěn)定。想象在圓筒10中向著前部16的單一負(fù)載40。關(guān)于幾何軸12，有導(dǎo)致靜力不穩(wěn)定的凈轉(zhuǎn)矩tI。沿著幾何軸12還有導(dǎo)致動(dòng)力不穩(wěn)定的轉(zhuǎn)矩t2。該圓筒最后得到的運(yùn)動(dòng)是位移和擺動(dòng)的組合。
圖4(a)和(b)示出由背部失去平衡的負(fù)載造成組合的靜力和動(dòng)力不穩(wěn)定。想象在圓筒10中，向著背部18的單一負(fù)載50。并于幾何軸12，有導(dǎo)致靜力不穩(wěn)定的凈轉(zhuǎn)短tI，沿著幾何軸12，還有導(dǎo)致動(dòng)力不穩(wěn)定的轉(zhuǎn)長(zhǎng)t2。該圓筒最后得到的運(yùn)動(dòng)是位移和擺動(dòng)的組合。
遺憾的是，動(dòng)力不穩(wěn)定往往僅在在較高速度時(shí)是可檢測(cè)的。垂直和水平軸這兩種洗衣機(jī)都顯示出靜力不穩(wěn)定，但動(dòng)力不穩(wěn)定在水平軸的洗衣機(jī)中是一較大的問(wèn)題。由不穩(wěn)定造成的振動(dòng)導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)較大的功耗，過(guò)量的噪聲，和降低的性能。
已對(duì)檢測(cè)和校正靜力和動(dòng)力不穩(wěn)定這兩者都提出了許多種解決方案。通常，校正局限于緊急停止旋轉(zhuǎn)，降低轉(zhuǎn)速，或改變?cè)诳鹬谢蚩鹕系呢?fù)載。檢測(cè)帶來(lái)更為困難的問(wèn)題。已經(jīng)知道通過(guò)使用諸如水銀或微開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)來(lái)直接檢測(cè)振動(dòng)，這些開(kāi)關(guān)在遇到過(guò)度的振動(dòng)時(shí)就被約束住。這些開(kāi)關(guān)的啟動(dòng)依賴于用來(lái)改變機(jī)器工作狀態(tài)的控制器。也知道采用送到檢測(cè)器的、來(lái)自在筐的軸承支座上的負(fù)載傳感器的電信號(hào)。另外知道的方法是在旋轉(zhuǎn)操作過(guò)程中取樣速度的變化，并與功耗相聯(lián)系。例如，已知要有把PWM(脈沖寬度調(diào)制)的信號(hào)送到用于該圓筒電動(dòng)機(jī)控制器的控制器，并測(cè)量用于在該圓筒每次旋轉(zhuǎn)時(shí)獲得的RPM的反饋信號(hào)。在PWM信號(hào)中的變化起伏相當(dāng)于在任何給定的RPM的圓筒不穩(wěn)定性。還有其它的方法通過(guò)檢測(cè)在驅(qū)動(dòng)電動(dòng)要中電流的變化來(lái)測(cè)量功率或轉(zhuǎn)矩的變化起伏。用于通過(guò)測(cè)量在電動(dòng)機(jī)中轉(zhuǎn)矩的變化起伏檢測(cè)靜力不穩(wěn)定的方案是很多的。但是在靜力不穩(wěn)定條件和動(dòng)力穩(wěn)定條件之間沒(méi)有相互關(guān)系；對(duì)轉(zhuǎn)矩的變化起伏施用靜力不穩(wěn)定算法，不會(huì)準(zhǔn)確地檢測(cè)出動(dòng)力不穩(wěn)定。例如，由前部失去平衡負(fù)載而造成的不穩(wěn)定條件(參見(jiàn)圖3)，通過(guò)用于測(cè)量靜力不穩(wěn)定的現(xiàn)有系統(tǒng)將是估計(jì)不足的。相反，由背部失去平衡負(fù)載所造成的不穩(wěn)定條件(參見(jiàn)圖4)，通過(guò)用于測(cè)量靜力不穩(wěn)的現(xiàn)有系統(tǒng)將是估計(jì)過(guò)高的。
況且，在電動(dòng)機(jī)中的速度，轉(zhuǎn)矩和電流全都為與該圓筒不穩(wěn)定無(wú)關(guān)的理由而變化起伏。一般擁有的第6,640,372號(hào)美國(guó)專利提出一種通過(guò)建立臺(tái)階的速度分布來(lái)提取與該圓筒不穩(wěn)定無(wú)關(guān)的條件的解決方案，此處，在各臺(tái)階處測(cè)量平均的電動(dòng)機(jī)電流，并把一算法應(yīng)用到來(lái)確定該圓筒的不平衡狀態(tài)的預(yù)定閾值。通過(guò)控制器的校正作用將減低旋轉(zhuǎn)速度以把振動(dòng)降到最小在372專利中的特殊算法用來(lái)確定靜力不穩(wěn)定，可能是準(zhǔn)確的。但是，因?yàn)樗⒉粶?zhǔn)確地確定各種動(dòng)力不穩(wěn)定條件，所以對(duì)水平軸洗衣機(jī)并不完全準(zhǔn)確。
轉(zhuǎn)動(dòng)的洗水機(jī)還有另一不能接受的條件，這條件既不包括靜力不穩(wěn)定，也不包括動(dòng)力不穩(wěn)定，而是建立一可使該圓筒變形的點(diǎn)分布，一種點(diǎn)分布條件示于圖5(a)和(b)。想要兩個(gè)均勻地分布在幾何軸12的兩旁，并在垂直于該幾何軸的直線52上的相同的負(fù)載60。不是關(guān)于幾何軸12沒(méi)有轉(zhuǎn)矩，就是沿著該幾何軸沒(méi)有轉(zhuǎn)矩。因此，在任何速度時(shí)，均檢測(cè)不到不穩(wěn)定。但是，作用在負(fù)載60上的離心力f往往使該圓筒變形。如果該圓筒是在一固定桶內(nèi)部轉(zhuǎn)動(dòng)的筐，這在許多水平軸洗衣機(jī)中是很普遍的，則該筐可能充分地變形而與該桶接觸，使性能變壞，并造成不必要的磨損和噪聲。
由于在每個(gè)水平軸洗衣機(jī)產(chǎn)品中的電動(dòng)機(jī)，控制器，和信號(hào)噪聲都有顯著的變化這個(gè)事實(shí)，所以在水平軸洗衣機(jī)中，又提出了在可靠地檢測(cè)不穩(wěn)定中的另一問(wèn)題。因此，例如，在一個(gè)單機(jī)中電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的變化可能是在那個(gè)單個(gè)中與已給定的不穩(wěn)定條件是準(zhǔn)確的相互關(guān)系，但是在另一單機(jī)中在轉(zhuǎn)矩中的相同改變，可能不是對(duì)相同的不穩(wěn)定條件不是準(zhǔn)確的相互關(guān)系。事實(shí)上，在對(duì)功率測(cè)量是基于取自電子部件的信號(hào)，并被處理作進(jìn)一步的使用的任何電器，在單機(jī)和信號(hào)噪聲之間變化的問(wèn)題是普遍的。
在本領(lǐng)域中存在著對(duì)用于洗衣機(jī)，特別是水平軸洗衣軸的不穩(wěn)定檢測(cè)系統(tǒng)的需要，該系統(tǒng)有可效，高效，可靠和準(zhǔn)確地檢測(cè)任何不穩(wěn)定條件，并檢測(cè)可能對(duì)性能有不利影響的其它干擾。另外，還有用于準(zhǔn)確地確定穩(wěn)定和健全的功率信號(hào)的一個(gè)需要，該信號(hào)可逐個(gè)單元地來(lái)調(diào)節(jié)在電動(dòng)機(jī)，控制器和信號(hào)噪聲中的變化。

發(fā)明內(nèi)容
通過(guò)本發(fā)明的一種從適于控制電動(dòng)機(jī)的DC總線電流電路來(lái)校準(zhǔn)電流偏差的方法，解決這些和其它的問(wèn)題。本方法包括預(yù)置DC總線電流電路的初始值；切斷到電動(dòng)機(jī)的PWM信號(hào)，在預(yù)定的取樣率取樣電流值；對(duì)預(yù)定的樣品數(shù)取電流值的平均以建立偏移值；以及計(jì)算在電流樣品的任何后來(lái)的過(guò)程中將使偏移值成為零的校準(zhǔn)值的諸步驟。
較佳的是，取樣率是在20-50KHz的范圍內(nèi)。另外，較佳的是，預(yù)定的樣品數(shù)是在約200-512的范圍內(nèi)。可把缺省值設(shè)置在512。
在本發(fā)明的另一方面中，提供一種從根據(jù)在預(yù)定取樣率所取得的重復(fù)取樣的電壓和流的數(shù)列計(jì)算的功率值中，濾除不準(zhǔn)確數(shù)據(jù)的方法。該方法包括建立功率值預(yù)定數(shù)的移動(dòng)窗口，該窗口移動(dòng)以包括根據(jù)電壓和電流最后樣品的功率值；對(duì)包括在窗口內(nèi)三個(gè)不同時(shí)間的功率值預(yù)定數(shù)的數(shù)列計(jì)算平均功率；根據(jù)在平均功率值中的兩個(gè)之間的差異，對(duì)每個(gè)時(shí)間計(jì)算誤錯(cuò)值，并把每個(gè)誤差值與預(yù)置值作比較的諸步驟。照這樣，當(dāng)誤差值超過(guò)預(yù)置值時(shí)，刪除根據(jù)最后樣品的功率值。
較佳的是，預(yù)定取樣率是在20-50KHz的范圍內(nèi)。還有，功率值的預(yù)定數(shù)理想地約為256。
附圖簡(jiǎn)述在附圖中圖1(a)和(b)是靜力不穩(wěn)定概念的示意圖；圖2(a)和(b)是由動(dòng)力失去平衡負(fù)載造成的活力不穩(wěn)定概念的示意圖；圖3(a)和(b)是由前部失去平衡負(fù)載造成的動(dòng)作不穩(wěn)定概念的示意圖；圖4(a)和(b)是由背部失去平衡負(fù)載造成的動(dòng)作不平衡概念的示意圖；圖5(a)和(b)是點(diǎn)分布條件概念的示意圖；圖6是可應(yīng)用本發(fā)明的水平軸洗衣機(jī)的透視圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明速度分布和取樣窗口的曲線圖說(shuō)明；圖8是在平衡條件中，疊加在圖7的速度分布上的功率分布的曲線圖說(shuō)明；圖9是用圖解說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明用于檢測(cè)不平衡條件的流程圖；圖10是在應(yīng)用根據(jù)本發(fā)明的方法之后，用于四個(gè)不平衡負(fù)載和一個(gè)平衡負(fù)載的功率對(duì)速度的曲線圖說(shuō)明；圖11是在對(duì)一個(gè)不平衡負(fù)載的校正作用之后，示出第四速度臺(tái)階和適合的速度與功率的類似于圖7的曲線圖說(shuō)明；圖12示意地示出根據(jù)本發(fā)明用于測(cè)量電動(dòng)機(jī)控制倒相器的DC總線電壓的電路；圖13示意地示出根據(jù)本發(fā)明用于測(cè)量電動(dòng)機(jī)控制倒相器的DC總線電流的電路；圖14是說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的一種偏移校準(zhǔn)方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式
圖6示出最適于做本發(fā)明水平軸洗衣機(jī)100類型的前部負(fù)載。但是在洗水機(jī)100中，為結(jié)合根據(jù)本發(fā)明的方法，實(shí)際的結(jié)構(gòu)是常規(guī)的。在內(nèi)部，洗衣機(jī)100具有包括轉(zhuǎn)動(dòng)的套在無(wú)孔的桶106中的打孔筐104的圓筒102該桶在洗滌過(guò)程的各種操作過(guò)程期間盛放洗滌液體。應(yīng)知道，術(shù)語(yǔ)“圓筒”指的是盛放衣服和洗滌液體的可轉(zhuǎn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)，不論該結(jié)構(gòu)單是筐104，還是筐104和桶106這兩者，或任何其它等價(jià)的結(jié)構(gòu)。一般來(lái)說(shuō)，變速電動(dòng)機(jī)108用或是通過(guò)直接驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)或是通過(guò)傳動(dòng)帶的托輥來(lái)驅(qū)動(dòng)圓筒102。桶106通?？捎冒◤椈?，緩沖器，及其類似的東西的懸掛系統(tǒng)(未示出)來(lái)支持。
在用離心力來(lái)脫去圓筒中衣服上水的旋轉(zhuǎn)操作過(guò)程期間，圓筒102被加速到以1100RPM量級(jí)的相當(dāng)高的速率來(lái)轉(zhuǎn)動(dòng)。如果把在圓筒102中的負(fù)載以如在圖1(a)和(b)的產(chǎn)生靜力不穩(wěn)定的方式非均勻地分布，則該圓筒將在它的幾何軸附近作振動(dòng)。這種振動(dòng)可采用已知方法，例如在’372專利中所揭示的方法，在旋轉(zhuǎn)操作過(guò)程處于早期的低速時(shí)被檢測(cè)到。如果這振動(dòng)超過(guò)了預(yù)定的閾值，則可使該機(jī)器減慢或停止以校正不穩(wěn)定。但是，因?yàn)樵诳?04的加速期間，負(fù)載往往在幾何軸附近作自身平衡，所以這在水平軸機(jī)器中不是經(jīng)常發(fā)生的問(wèn)題。
然而，不管在幾何軸附近負(fù)載的分布，對(duì)負(fù)載要從圓筒102的一端到另一端不均勻地分布，形成象在圖2-4中動(dòng)力不穩(wěn)定不是罕見(jiàn)的。不同于在水平軸洗衣機(jī)中的靜力不穩(wěn)定，動(dòng)力不穩(wěn)定不是自校正的，且直至達(dá)到較高速度時(shí)，通常不會(huì)出現(xiàn)。如果這不穩(wěn)定不是足夠大，且仍然不作校正，則最后得到的振動(dòng)，噪聲，和附帶來(lái)的危險(xiǎn)是顯然的。還有在能容納達(dá)到10公斤質(zhì)量的較大容量的洗水機(jī)中，當(dāng)該筐在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，則將變形并有觸及該桶的危險(xiǎn)(參見(jiàn)圖5)?？蓹z測(cè)到期早期的不穩(wěn)定條件或潛在的桶形變，不施加較早的與有效的性能一致的校正作用，且不會(huì)顯著地?fù)p失速度。
因而，在圖7-14所示的本發(fā)明，提供一種用于檢測(cè)在足夠早動(dòng)力不穩(wěn)定，來(lái)有效地避免不能接受的振動(dòng)條件，并對(duì)任何已給定的負(fù)載使轉(zhuǎn)速為最佳。
建立了如圖7所示的預(yù)定速度分布120。速度分布120的特點(diǎn)是一系列的臺(tái)階122，每個(gè)臺(tái)階具有速度斜坡124和速度平臺(tái)126。對(duì)本實(shí)施例，速度臺(tái)階/具有參考速度為590RPM，速度臺(tái)階2為760RPM，速度臺(tái)階3為960RPM，而速度臺(tái)階4則為用于旋轉(zhuǎn)操作過(guò)程的設(shè)計(jì)速度1100RPM。各速度斜坡124是一動(dòng)力周圍，此時(shí)圓筒的速度從較低的速度臺(tái)階加速到一較高的臺(tái)階，且此時(shí)電動(dòng)機(jī)必須傳遞較高的功率(或轉(zhuǎn)矩)以加速該圓桶。每個(gè)速度平臺(tái)126是一靜力周期，此時(shí)圓筒獲得恒定的速度，且此時(shí)電動(dòng)機(jī)只須傳遞能克服系統(tǒng)摩擦力或由不穩(wěn)定造成的拖曳或轉(zhuǎn)矩的足夠功率。一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)電動(dòng)機(jī)受到控制器(未示出)控制時(shí)，在電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)圓筒時(shí)的實(shí)際速度將跟隨參考速度。圖8示出疊加在具有平衡負(fù)載的速度分布120上的樣品功率分布128。
總的來(lái)說(shuō)，可把洗衣機(jī)認(rèn)為不是能匯(energy sink)的剛體。因此，在無(wú)源模式中通過(guò)機(jī)器的懸掛系統(tǒng)所吸收能量的數(shù)量是有限的。當(dāng)由懸掛系統(tǒng)所吸收的能量超過(guò)一閾值時(shí)，該多余的能量就作為振動(dòng)，噪音和熱量來(lái)消耗掉。如果是這樣，洗衣機(jī)將異常地運(yùn)轉(zhuǎn)。因此，跟蹤與速度分布120有關(guān)的功度分布128，可直接監(jiān)控在洗衣機(jī)100中的不穩(wěn)定條件。
在本發(fā)明中，已經(jīng)發(fā)展了一種用于監(jiān)控實(shí)時(shí)功率的算法。從電動(dòng)機(jī)控制倒相器的DC總線電壓和DC總線電流來(lái)計(jì)算功率輸入信息(參見(jiàn)在下面的討論)。利用微控制器即DSP來(lái)處理這個(gè)信號(hào)的數(shù)據(jù)處理。變速電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)該圓筒以在閉合環(huán)的狀態(tài)中來(lái)跟蹤參考速度分布。提供一種濾波技術(shù)來(lái)減少在信號(hào)數(shù)據(jù)處理中的任何噪聲脈沖(參見(jiàn)下面)。
再次參閱圖7，速度分布120具有四個(gè)速度臺(tái)階122以達(dá)到設(shè)計(jì)的旋轉(zhuǎn)速度。每個(gè)速度臺(tái)階122具有在時(shí)間上限定的取樣窗口130，較佳的是在速度平頂126的期間。較佳的是，對(duì)每個(gè)取樣窗口130的開(kāi)始時(shí)間，是根據(jù)對(duì)一已給定的機(jī)器，通過(guò)對(duì)該機(jī)器在速度分布120上操作最大額定負(fù)載的實(shí)驗(yàn)來(lái)決定，并在對(duì)每個(gè)速度臺(tái)階的斜坡上升完成之后，當(dāng)在功率分布128獲得穩(wěn)定性時(shí)才確定。較佳的是，取樣率和所取總的樣品數(shù)對(duì)所有的樣品窗口是相同的。平均功率水平k可由Pk=Σi=1nPkin]]>來(lái)計(jì)算，此處k＝1，2，3，4對(duì)每個(gè)相應(yīng)的取樣窗口，Pki＝瞬時(shí)功率讀數(shù)，以及n＝總的取樣數(shù)。
因此，在旋轉(zhuǎn)操作過(guò)程期間，可獲得如圖7所示的四個(gè)功率樣品P1，P2，P3，P4?？砂衙總€(gè)功率樣品認(rèn)為有兩個(gè)部分。一部分是為克服系統(tǒng)摩擦力和拖曳的功率。而另一部分則是為克服不論是靜力或動(dòng)力不穩(wěn)定所需的功率。雖然在這兩部分之間有些互作用，但是在這情況下，有不同之處是一種合理的假設(shè)。系統(tǒng)的摩擦力和拖曳對(duì)每臺(tái)洗水機(jī)來(lái)說(shuō)是不同的。但在一給定的洗水機(jī)中的不穩(wěn)定條件對(duì)每個(gè)負(fù)載來(lái)說(shuō)是不同的。根據(jù)本發(fā)明的方法來(lái)調(diào)節(jié)在這兩部分中的變化是足夠完美的。
現(xiàn)在參閱圖9，來(lái)更詳細(xì)地描述本發(fā)明的方法。正如所提到的，已對(duì)一給定的洗水機(jī)預(yù)先確定了速度分布。另外，對(duì)每個(gè)速度臺(tái)階122已預(yù)先確定了最大可接受的功率，P1max，P2max，P3max，P4max。這些值被規(guī)定為對(duì)洗衣機(jī)的不穩(wěn)定效果是不能接受時(shí)的功率，并對(duì)洗衣機(jī)的給定模型是用實(shí)驗(yàn)來(lái)確定的。這方法對(duì)確定動(dòng)力不穩(wěn)定條件采用兩個(gè)因素來(lái)思考最大功率和遞增的功率。況且，假設(shè)在必須采用調(diào)整作用之前存在著一個(gè)不穩(wěn)定條件的可接受范圍(在Pmax之下)。對(duì)在可接受范圍內(nèi)的不平衡條件，在速度臺(tái)階1和2的取樣將不會(huì)觸發(fā)非平衡負(fù)載的大的效果(在Pmax之上不存在靜力不穩(wěn)定)，但是，速度臺(tái)度3和4將導(dǎo)致大的效果。因此，根據(jù)本方法，速度臺(tái)階3和4是對(duì)檢測(cè)異常的動(dòng)力條件要注意監(jiān)控的臺(tái)階。遞增功率ΔP3是把圓筒的轉(zhuǎn)動(dòng)從速度臺(tái)階2增加到臺(tái)階3所需的功率，而ΔP4則是把圓筒的轉(zhuǎn)動(dòng)從速度臺(tái)階3增加到臺(tái)階4所需的功率。正如對(duì)每個(gè)速度臺(tái)階的最大功率是由實(shí)驗(yàn)確定的一樣，分別從臺(tái)階2到3和3到4的遞增增加的閾值遞增功率ΔP3L和ΔP4L也是由實(shí)驗(yàn)確定的。
當(dāng)洗衣機(jī)開(kāi)始，它的旋轉(zhuǎn)操作過(guò)程時(shí)，并在圓筒102加速到第一速度臺(tái)階之后，在第一取樣窗口計(jì)算P1。把P1與P1max作比較以確定是否存在不可接受的非穩(wěn)定的條件。如果P1不小于P1max，于是控制器采取行動(dòng)來(lái)調(diào)整。由于在這低速時(shí)，所檢測(cè)到的不穩(wěn)定更象是靜力不平衡，所以這調(diào)整行動(dòng)多半是把負(fù)載重新分布一下(例如，停止旋轉(zhuǎn)操作過(guò)程，使得有可能用手動(dòng)來(lái)重新安排衣服負(fù)載，或自動(dòng)地重新指令旋轉(zhuǎn)方向和速度)。如果P1小于P1max，于是控制器把旋轉(zhuǎn)操作過(guò)程引列下個(gè)速度臺(tái)階2。
在這里，遞增因素開(kāi)始。在第二取樣窗口計(jì)算P2，而取P1和P2的平均為P12‾=P1+P22]]>來(lái)確定平均功率P12，它對(duì)今后的計(jì)算成為一基本功率值。對(duì)不同系統(tǒng)的摩擦，這值將是不同的。同時(shí)在P2和恰好在速度臺(tái)階2首先出現(xiàn)的不穩(wěn)定條件情況的P1max之間作出比較。如果P2不小于P2max，于是該控制器把被重新處理的圓筒轉(zhuǎn)動(dòng)減小到速度臺(tái)階1。如果P2小于P2max，于是該控制器把旋轉(zhuǎn)操作過(guò)程引到速度臺(tái)階3。
在圓筒轉(zhuǎn)動(dòng)達(dá)到速度臺(tái)階3時(shí)，可能開(kāi)始出現(xiàn)任何動(dòng)力不穩(wěn)定的效果。在第三取樣窗口計(jì)算P3，且從臺(tái)階2增加到臺(tái)階3的遞增功率，采用公式ΔP3=P3-P12‾]]>作為ΔP3來(lái)計(jì)算。正如在稍早前對(duì)臺(tái)階1和2所做的一樣，作出P3對(duì)P3max的常規(guī)比較。另外，對(duì)速度臺(tái)階3，把這增加功率P3max的常規(guī)比較。另外，對(duì)速度臺(tái)階3，把遞增功率ΔP3與閾值遞增功率ΔP3L比較，以確定在較高速度時(shí)是否可能出現(xiàn)動(dòng)力不穩(wěn)定條件。如果ΔP3小于ΔP3L，于是，該控制臺(tái)把旋轉(zhuǎn)操作過(guò)程引到下個(gè)速度臺(tái)階4。但是，如果ΔP3大于ΔP3L，于是在余下的旋轉(zhuǎn)操作過(guò)程中，該圓筒速度仍的在速度臺(tái)階3?？砂言摽刂破骶幊痰礁淖冞@時(shí)間，在該時(shí)間時(shí)，這圓筒按照較低的轉(zhuǎn)速來(lái)旋轉(zhuǎn)。
在圓筒轉(zhuǎn)動(dòng)達(dá)到速度臺(tái)階4時(shí)，在第四取樣窗口計(jì)算4，且從臺(tái)階3增加到臺(tái)階4的增量功率采用公式ΔP4=P4-P12‾]]>作為ΔP4來(lái)計(jì)算。正如在稍早前對(duì)速度臺(tái)階1-3所做的一樣，作出P4對(duì)P4max的常規(guī)比較。另外，對(duì)速度臺(tái)階4，把遞增功率ΔP4與閥值遞增功率比較ΔP4L，于是該控制器把旋轉(zhuǎn)操作過(guò)程維持在用于速度臺(tái)階4的參考速度。但是，如果ΔP4大于ΔP4L，于是，該控制器在余下的旋轉(zhuǎn)操作過(guò)程中，將造成圓筒的轉(zhuǎn)動(dòng)減慢到速度臺(tái)階3或某些另外的速度?？砂堰@控制器編程到改變這時(shí)間，在該時(shí)間時(shí)，這圓筒按照較低轉(zhuǎn)動(dòng)速度來(lái)旋轉(zhuǎn)。
圖10示出利用根據(jù)本發(fā)明的方法，在單一洗衣機(jī)中經(jīng)過(guò)旋轉(zhuǎn)操作過(guò)程所取的5個(gè)不同負(fù)載的取樣功率電平圖，在各個(gè)速度臺(tái)階，每個(gè)負(fù)載由獨(dú)自的線和獨(dú)自的取樣點(diǎn)來(lái)代表。另外，虛線框代表在應(yīng)用本發(fā)明的方法之后，對(duì)每個(gè)速度臺(tái)階的可接受的功率輸出范圍，在每個(gè)速度臺(tái)階與可接受的平衡條件一致。在速率臺(tái)階1和2處，并不顯著地顯出負(fù)載不穩(wěn)定的效果。在速度臺(tái)階3處，在小和大的不穩(wěn)定之間，有大的差別，但它們?nèi)栽诳山邮艿姆秶．?dāng)圓筒的轉(zhuǎn)動(dòng)達(dá)到速度臺(tái)階4時(shí)，某些負(fù)載不穩(wěn)定是在可接受的范圍之內(nèi)。但是，某些負(fù)載不穩(wěn)定現(xiàn)在超過(guò)了這范圍，而控制器必須采取調(diào)整行動(dòng)，例如，只要把轉(zhuǎn)速減小到預(yù)定的水平，來(lái)減少振動(dòng)和噪聲。
本發(fā)明方法設(shè)想另一種適于控制選擇的所謂功率控制旋轉(zhuǎn)的速度。這種選擇方案用圖解示于圖11。當(dāng)合理的速度從速度臺(tái)階3加速到臺(tái)階4時(shí)，在動(dòng)力周期T1期間需要大的功率(或轉(zhuǎn)矩)。在T1之后，如果沒(méi)有不穩(wěn)定，速度應(yīng)達(dá)到參考速度。當(dāng)在取樣之后(在T2期間)，有大的功率P4，就發(fā)生不可接受的不穩(wěn)定條件，控制器將采取行動(dòng)。適合的參考功率將由平均功率P12和遞增功率ΔP4L來(lái)限定。電動(dòng)機(jī)控制器驅(qū)動(dòng)洗衣機(jī)來(lái)跟蹤適合的功率分布P4ad。圓筒速度被減小到正常的速度。動(dòng)力不穩(wěn)定將自調(diào)整是可能的，例如，在把水排出之后，隨后，控制器可再次提高速度。
對(duì)適合速度控制的這兩個(gè)選擇方案中的任何一個(gè)可在某段有限的期間內(nèi)限制任何不希望的操作存在。例如，在極端的條件下，可把鋼筐104拉長(zhǎng)與到桶106接觸。如果這情況發(fā)生，則因?yàn)檫@大的拖曳轉(zhuǎn)矩，功率輸出將達(dá)到最大值，即上限值?？刂破骺梢訬秒之內(nèi)作出響應(yīng)把速度減小到正常的水平。當(dāng)任何不希望的操作可能發(fā)生時(shí)，時(shí)間tmax是最大的運(yùn)行時(shí)間。所以，控制器可有效地監(jiān)控這洗衣機(jī)的工作狀態(tài)，在不穩(wěn)定條件造成性能即機(jī)器的嚴(yán)重降級(jí)之前，預(yù)測(cè)并避免運(yùn)轉(zhuǎn)性能的問(wèn)題。
當(dāng)從電動(dòng)機(jī)輸出的檢測(cè)功率的任何方式可為前述的方法提供有用的信息時(shí)，較佳的是保證穩(wěn)定的和健全的功率信息。圖12-14示出一種用于消除由于在電動(dòng)機(jī)和控制器硬件板中參數(shù)變化而引起的偏移的校準(zhǔn)方法。根據(jù)用于采用電壓和電流測(cè)量結(jié)果，在電動(dòng)機(jī)倒相器作功率計(jì)算的合適取樣率范圍，還提供一種用于在實(shí)時(shí)中消除不恰當(dāng)數(shù)據(jù)點(diǎn)的濾波方法。
校準(zhǔn)根據(jù)本發(fā)明，在電動(dòng)機(jī)控制倒相器的DC總線電壓(Vdc)和DC總線電流(Idc)的基礎(chǔ)上，對(duì)前述的方法計(jì)算用于檢測(cè)不平衡負(fù)載效果的功率P。較佳的是，DSP取樣Vdc和Idc同時(shí)為每5微秒一次即每秒20,000次(20kHz)的取樣率。一般來(lái)說(shuō)，取樣率可在20到50KHz的范圍內(nèi)。圖12和13示出示范性的DC總線電壓和DC總線電流的檢測(cè)電路。檢測(cè)電路的元件，諸如電阻各個(gè)控制器可能都不同這一點(diǎn)是明白的，當(dāng)從給定的控制器測(cè)量Idc時(shí)，導(dǎo)致偏移。因此，各個(gè)控制器的功率P的計(jì)算可能是不準(zhǔn)確的。在實(shí)踐中，在測(cè)量結(jié)果中的電流偏移是不可避免的。結(jié)果，為了準(zhǔn)確的功率計(jì)算，某種自校準(zhǔn)是必需的。
當(dāng)控制器-接通電源，通過(guò)自動(dòng)檢測(cè)Vdc和Idc這兩者，就開(kāi)始出現(xiàn)初始偏移校準(zhǔn)，確定偏移，然后作出調(diào)節(jié)來(lái)消除這偏移。在電動(dòng)機(jī)控制器的預(yù)置期間，此處未驅(qū)動(dòng)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)(PWM被斷路)并設(shè)置DC總線電壓，在20-50kHz正常取樣率發(fā)生檢測(cè)。因此，在各個(gè)取樣上測(cè)量電流偏移，并在次數(shù)的變數(shù)上求平均，較佳的是216-512(一般來(lái)說(shuō)，對(duì)準(zhǔn)確定是足夠的)。較佳的是，缺省值是u＝512。如下面來(lái)求平均ioff-set=i1+i2+···+inn]]>在求測(cè)量電流(偏移電流)的平均n次之后，計(jì)算校準(zhǔn)值，如果在電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)把它加到取樣電流，將導(dǎo)致零偏移。所以，在根據(jù)如圖9所示取樣電流和電壓的功率P的計(jì)算中，校準(zhǔn)值是對(duì)偏移作補(bǔ)償?shù)摹，F(xiàn)在參考圖14，可看到在根據(jù)本發(fā)明校準(zhǔn)中的步驟流程。在電動(dòng)機(jī)控制器開(kāi)始工作200之后，不管體系結(jié)構(gòu)，就發(fā)生正常的預(yù)置。例如，預(yù)置S/W模塊，計(jì)時(shí)器和其它系統(tǒng)的參數(shù)(202，204，206，208)。當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到預(yù)先的阻斷210時(shí)，前后關(guān)系被省去且阻斷標(biāo)記被清除。然后在212處，系統(tǒng)詢問(wèn)校準(zhǔn)是否已發(fā)生。如果設(shè)有發(fā)生，然后回路開(kāi)始，PWM信號(hào)在此被斷，使得電動(dòng)機(jī)不啟動(dòng)，且電流取樣在預(yù)定取樣率(20-50kHz)下開(kāi)始。根據(jù)運(yùn)行平均ioff-set計(jì)算偏移值，直至取樣數(shù)達(dá)到n(較佳的是216-512)時(shí)為止，在此時(shí)，校準(zhǔn)完成，且在212處用于詢問(wèn)的標(biāo)記設(shè)置到正確的位置。在這個(gè)點(diǎn)，電動(dòng)機(jī)控制方案214被啟動(dòng)。這是在圖9中發(fā)生的功率P測(cè)量(用于調(diào)節(jié)偏移)的電動(dòng)機(jī)控制方案的期間。
波濾噪聲總是從DC總線電壓和電流電路接收的取樣信號(hào)的一個(gè)分量。可通過(guò)濾去受噪聲尖峰脈沖影響的數(shù)據(jù)點(diǎn)來(lái)提高功率計(jì)算的準(zhǔn)確性。這種信號(hào)在取樣之間具有陡的渡越。根據(jù)本發(fā)明的一種適合的移動(dòng)窗口平均濾波器能濾除這種不恰當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)點(diǎn)，并在本文作描述。
假設(shè)在任何瞬時(shí)k，數(shù)據(jù)序列的最后n個(gè)(例如，256點(diǎn))取樣的功率平均由pk‾=1nΣi=k-n+1kpi]]>給出。
類似地，前面的瞬時(shí)k-1，這最后n個(gè)取樣的功率平均為pk-1‾=1nΣi=k-nk-1pi]]>所以，pk‾-pk‾=1n(Σi=k-n+1kpi-Σi=k-nk-1pi)=1n(pk-pk-n)]]>它可表示為pk‾=pk-1‾+1n(pk-pk-n)]]>因此，在任何瞬時(shí)，可把n個(gè)值的移動(dòng)窗口用于計(jì)算這數(shù)據(jù)序列的功率平均。因此，可對(duì)移動(dòng)窗口連續(xù)地計(jì)算三個(gè)值pk，pk-1，和pk+1。而且，可比較連續(xù)地計(jì)算這三個(gè)功率平均值之間的誤差，如下ek+1＝pk+1-pkek＝pk-pk-1ek-1＝pk+1-pk-1誤差的接連比較將證明哪一個(gè)誤差是大到足以超過(guò)預(yù)先設(shè)置的限度。在這種情況下，那個(gè)導(dǎo)致大誤差的有關(guān)取樣應(yīng)作為不恰當(dāng)點(diǎn)來(lái)對(duì)待，并在不能采用這樣品的意義上把它刪除，并不再在進(jìn)一步的過(guò)程中使用。因此，達(dá)到較高的準(zhǔn)確定和穩(wěn)定度。在這所示的實(shí)施例中，刪除不良取樣意味著既不在給定的電流和電壓的取樣中，亦不在圖9的不穩(wěn)定檢測(cè)電路的得合功率計(jì)算中使用，亦不在本發(fā)明校準(zhǔn)方法中使用，亦不在進(jìn)一步建立濾波過(guò)程的移動(dòng)窗口中使用。
盡管已結(jié)合一些特定實(shí)施例來(lái)詳細(xì)描述本發(fā)明，但應(yīng)知道這只是為了說(shuō)明而不是限制，且所附權(quán)利要求的范圍應(yīng)被解釋如現(xiàn)有技術(shù)所允許的一樣廣泛。
權(quán)利要求
1.一種從適于控制電動(dòng)機(jī)的DC總線電流電路校準(zhǔn)電流偏移的方法，該方法包括如下的步驟，預(yù)置DC總線電流電路；切斷到該電動(dòng)機(jī)的PWM信號(hào)；按預(yù)定的取樣率取樣電流值；對(duì)預(yù)定的取樣數(shù)求電流值的平均，以建立偏移值；以及計(jì)算校準(zhǔn)值，該校準(zhǔn)值將在任何后來(lái)的電流取樣的過(guò)程中使偏移值為零。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述取樣率是在20-500kHz的范圍內(nèi)。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述該取樣率為20kHz。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述預(yù)定的取樣數(shù)是約在200-512的范圍內(nèi)。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述預(yù)定的取樣數(shù)為512。
6.一種根據(jù)按預(yù)定的取樣率獲得的重復(fù)地取樣的電壓和電流，從功率值的序列計(jì)算中濾除不準(zhǔn)確數(shù)據(jù)的方法，所述方法包括建立功率值的預(yù)定數(shù)的移動(dòng)窗口，該窗口移動(dòng)以包括基于電壓和電流的最后取樣的功率值；在一序列上計(jì)算平均功率，該序列包括在該窗口之內(nèi)三個(gè)不同時(shí)間的功率值的預(yù)定數(shù)；根據(jù)在平均功率值中的兩個(gè)值之間的差對(duì)每個(gè)時(shí)間計(jì)算誤差值，以及把每個(gè)誤差值與預(yù)置值作比較，因此，當(dāng)該誤差值超過(guò)該預(yù)置值時(shí)，就把基于在該最后樣品的功率值刪除。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述預(yù)先確定的取樣率是在20-50kHz的范圍內(nèi)。
8.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述功率值的預(yù)定數(shù)約為256。
全文摘要
揭示一種校準(zhǔn)從適于控制電動(dòng)機(jī)的DC總線電流電路來(lái)的電流偏移的方法。這方法包括預(yù)置DC總線電流電路；切斷到電動(dòng)機(jī)的PWM信號(hào)，在預(yù)定的取樣率上取樣電流值；對(duì)預(yù)定的取樣數(shù)求電流值的平均，以建立偏移值；并計(jì)算校準(zhǔn)值，該校準(zhǔn)值將在電流取樣的任何后來(lái)的過(guò)程中使偏移值為零。在一有關(guān)的方面中，揭示一種濾除來(lái)自功率的序列計(jì)算的不準(zhǔn)確數(shù)據(jù)的方法，該計(jì)算根據(jù)在預(yù)定的取樣率所獲得的重復(fù)地取樣的電壓和電流。這方面包括建立功率值的預(yù)定數(shù)的移動(dòng)窗口；該窗口移動(dòng)以包括根據(jù)電壓和電流的最后取樣的功率值；在一序列上計(jì)算平均功率，該序列包括在該窗口內(nèi)三個(gè)不同時(shí)間的功率值的預(yù)定值，根據(jù)在平均功率值中的兩個(gè)值之間的差，對(duì)每段時(shí)間計(jì)算誤差值；以及把各個(gè)誤差值與預(yù)置值作比較的諸步驟。照這樣，當(dāng)該誤差值超過(guò)該預(yù)置值時(shí)，刪除基于最后取樣的該功率值。
文檔編號(hào)G01M1/00GK1721612SQ200510081460
公開(kāi)日2006年1月18日 申請(qǐng)日期2005年6月22日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月23日
發(fā)明者張政, 徐黃生 申請(qǐng)人:惠爾普爾公司