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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren
zum Regeln eines mechanischen Bewegungsverhaltens einer Trommel
eines Waschgeräts,
bei dem als elektrischer Verbraucher ein Trommelmotor das bewegbare
Element die Trommel antreibt, wobei das mechanische Bewegungsverhalten
der Trommel durch eine Störgröße beeinflussbar
ist, und eine Reglereinrichtung an den elektrischen Verbraucher
gekoppelt ist.
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Aus
DE 38 12 090 C2 ist
ein Verfahren zur Optimierung des Schleuderhochlaufs bei einer programmgesteuerten
Waschmaschine bekannt, bei dem in Abhängigkeit der gebundenen Flotte
die in der Elektronik abgelegten Regelparameter korrigiert werden.
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In
der
DE 42 04 046 A1 wird
eine programmgesteuerte Waschmaschine beschrieben, bei der mithilfe
eines Fuzzy-Prozessors der weitere Waschprogrammablauf anhand der
zuvor gemessenen Hochlaufzeit der Wäschetrommel bis zum Erreichen
der Wäscheanlegedrehzahl
kontrolliert wird.
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Die
DE 34 16 639 A1 offenbart
ein Verfahren zur Steuerung des Schleuderprogramms einer Waschmaschine,
bei dem ein Mikrocomputer anhand einer bei Beginn des Schleuderprogramms
gemessenen Unwucht mit Hilfe einer abgespeicherten Referenzwerttabelle
den weiteren Verlauf des Schleuderprogramms bestimmt.
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Die
DE 36 18 337 A1 beschreibt
allgemein eine adaptive elektrische Kontroll- und Regeleinrichtung
anhand der Geschwindigkeitskontrolle eines elektrischen Motors.
Als Rückführgrößen dienen
hiebei ein Geschwindigkeitssignal bzw. der Mototrstrom als Indikator
für das
abgegebene Drehmoment.
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In
EP 1 388 732 B1 ist
ein Verfahren zur Bestimmung des Massenträgheitsmoments eines elektromotorischen
Antriebssystems einer Werkzeugmaschine offenbart, bei dem durch
eine adaptive Nachführung
der Regelparameter einer Regeleinrichtung des Antriebssystems einer Änderung
des Massenträgheitsmoments
entgegengewirkt wird.
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Die
DE 100 22 609 C2 zeigt
ein Verfahren zur Begrenzung der Unwuchtwirkung einer Wascheinheit
einer Waschmaschine, bei dem mittels mehrerer am Umfang des Laugenbehälters verteilt angebrachter
Sensoren die beim Schleudervorgang auftretende Unwucht-Auslenkung
des Laugenbehälters
erfasst und davon abhängig
Maßnahmen
zur Reduzierung oder Begrenzung der aufgetretenen Auslenkungen und
Kräfte
eingeleitet werden, indem mit Steuerungs- und/oder Regelparametern
der Schleuderprogrammablauf beeinflusst wird.
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Vorliegend
richtet sich das Interesse auf Waschgeräte, die mit einem Beladungssensor
ausgestattet sind. Der Beladungssensor hat die Aufgabe, einem Benutzer
des Waschgeräts
die Möglichkeit einzuräumen, einen
Beladungszustand des Waschgeräts
zu erkennen und stellt somit eine Grundlage für eine Dosierungsempfehlung
dar. Das mechanische Bewegungsverhalten eines Waschgeräts lässt sich
in der Regel durch eine so genannte Regelstrecke in der Regelungstechnik
modellieren. Bei der hierbei zugrundeliegenden Regelstrecke handelt
es sich im Wesentlichen um ein Zwei-Massen-System mit einer Federwirkung durch
den Keilriemen zwischen Motor und Trommelmasse sowie mit einem stark
variierenden von dem Beladungszustand der Trommel und der Wassermenge
abhängigen
Trägheitsmoment
der Trommel. Eine derartige Regelstrecke gilt in der Regelungstechnik
aufgrund der erhöhten
Schwingneigung des Gesamtsystems als äußerst schwer zu regeln. Bereits
heutzutage erfolgen Reglereinstellungen, also die Festlegung von
Reglerparametern der Regler, arbeitspunktabhängig als Funktion der Drehzahl
der Trommel und werden dabei gespeichert und für die Regelungstests des mechanischen
Verhaltens des Geräts
herangezogen. Das Drehzahlverhalten wird aber im Wesentlichen durch Beladung
der Trommel und Wassermenge bestimmt, wobei beide Werte variieren
können.
Somit müssen bei
einer Regelung alle möglichen
Beladungszustände
berücksichtigt
werden. Bei heutigem Stand der Technik kann deshalb das dynamisch-mechanische Verhalten
der Regelstrecke an dieser Stelle nicht vollständig optimiert werden. Insbesondere
lässt sich
ein unterschiedliches Verhalten in Abhängigkeit von der Beladung der
Trommel feststellen. Der Beladungszustand der Trommel hat im Wesentlichen
zwei Wirkungen: Zum einen wirkt sich der Beladungszustand direkt
auf das gesamte Trägheitsmoment
der Trommel aus und führt
somit zu einer variablen Regelstrecke, zum anderen stellt die unterschiedliche
Beladung durch die Wäschebewegung
bei unterschiedlicher Drehzahl eine variable Störgröße dar. Die Störgröße und insbesondere
das Trägheitsmoment
der Regelstrecke haben direkt Einfluss auf die Reglereinstellungen.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein mechanisches
Bewegungsverhalten einer Trommel eines Waschgeräts zu verbessern.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine
Vorrichtung mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1, sowie durch
ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 10 gelöst.
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Eine
erfindungsgemäße Vorrichtung
ist zum Regeln eines mechanischen Bewegungsverhaltens einer Trommel
eines Waschgeräts
ausgebildet. Bei dem Waschgerät
treibt als elektrischer Verbraucher ein Trommelmotor die Trommel
an, wobei das mechanische Bewegungsverhalten der Trommel durch eine
Störgröße beeinflussbar
ist, und eine Reglereinrichtung an den elektrischen Verbraucher
gekoppelt ist. Ein Grundgedanke besteht darin, dass eine Steuereinheit
vorgesehen ist, die mit der Reglereinrichtung verbunden ist, und
der ein einem Zustand der Trommel entsprechendes Zustandssignal
zuführbar ist,
auf dessen Grundlage mindestens ein Reglerparameter berechenbar
ist, welcher der Reglereinrichtung von der Steuereinheit übermittelbar
ist.
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Insbesondere
ist die Steuereinheit mit der Reglereinrichtung unmittelbar verbunden.
Möglich
ist hierbei aber auch eine mittelbare Verbindung, wie beispielsweise
mittels einer Recheneinheit, die so ausgelegt sein kann, das dem
Zustand des bewegbaren Elements entsprechende Zustandssignal zu
verarbeiten.
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In
vorteilhafter Weise wird durch die erfindungsgemäße Vorrichtung das mechanische
Bewegungsverhalten der Trommel des Waschgeräts für alle Arbeitspunkte verbessert.
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Des
Weiteren ist der Zustand der Trommel ein Beladungszustand der Trommel
und/oder ein Wassermenge-Zustand in der Trommel. Ein Ziel ist es
nun, die Informationen über
den Beladungszustand der Trommel inklusive Wassermenge in der Form
zu nutzen, dass auf der Grundlage der aktuell gemessenen Drehzahl
und des Beladungszustands der Trommel der mindestens eine Reglerparameter der
Reglereinrichtung ermittelt wird. Somit wird im Allgemeinen ein
verbessertes dynamisches Verhalten der Drehzahl erreicht, was insbesondere
Vorteile für
verfahrenstechnische Abläufe
(insbesondere bei kleinen Drehzahlen) zur Folge hat. Des Weiteren
führen
starke Schwingungen in der Regel zu einem hörbaren Geräusch, welches ein Benutzer
des Waschgeräts
direkt wahrnimmt. Das Geräuschverhalten
ist heute ein wesentliches Verkaufsargument, so dass ein verbessertes
Regelverhalten direkt auch einen verbesserten Kundennutzen generiert.
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Es
ist ein Beladungssensor vorgesehen, mittels welchem der Beladungszustand
der Trommel ermittelbar ist. Die in dem Beladungssensor ermittelten Informationen
werden dann direkt für
eine adaptive Regelung zur Verbesserung des dynamischen Verhaltens
herangezogen.
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In
bevorzugter Weise umfasst die Reglereinrichtung mindestens einen
PID(proportional-, integral- und differentialwirkenden)-Regler und/oder
einen PI(proportional- und integralwirkenden)-Regler. Diese beiden
Regler können
auf der Grundlage der auf der Basis des Beladungszustands der Trommel ermittelten
Reglerparameter besonders exakt zugunsten einer Verbesserung des
Verhaltens der Drehzahl parametriert werden. Des Weiteren kann somit
das mechanische Bewegungsverhalten des bewegbaren Elements verbessert
werden. Der PID-Regler dient hier als ein Drehzahlregler und der PI-Regler
als ein Momentenregler.
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Vorzugsweise
ist mittels der Steuereinheit mindestens einer der folgenden Parameter
berechenbar, welcher der Reglereinrichtung zuführbar ist:
- – ein Faktor
Kp eines proportionalwirkenden P-Reglers oder eines proportional
wirkenden Anteils eines Reglers,
- – ein
Faktor Ki eines integral wirkenden I-Reglers oder eines integral
wirkenden Anteils eines Reglers,
- – ein
Faktor Kd eines differential wirkenden D-Reglers oder eines differential
wirkenden Anteils eines Reglers.
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Auf
der Grundlage der hier genannten Reglerparameter kann die Reglereinrichtung
besonders exakt parametriert werden, insbesondere wenn die Parameter
auf der Basis des Beladungszustands ermittelt werden.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist der Steuereinheit ein einer Differenz-Drehzahl der Trommel,
die eine Differenz einer Soll-Drehzahl
und einer Ist-Drehzahl der Trommel darstellt, entsprechendes Differenz-Drehzahl-Signal zuführbar. Ist
eine Information über
die Differenz-Drehzahl in der Steuereinheit vorhanden, so können die
Reglerparameter, auf deren Grundlage die Ist-Drehzahl der Trommel geregelt werden
soll, entsprechend so ermittelt werden, dass ein verbessertes Drehzahlverhalten
der Trommel erreicht wird. Eine Ermittlung der Reglerparameter auf der
Basis der Differenz-Drehzahl erhöht
des Weiteren die Stabilität
des Gesamtsystems.
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Bevorzugt
ist der Steuereinheit ein einer Ist-Drehzahl der Trommel entsprechendes
Ist-Drehzahl-Signal
zuführbar.
Liegt eine Information über
die aktuelle Ist-Drehzahl der Trommel in der Steuereinheit vor,
so kann in vorteilhafter Weise eine Abweichung der Ist-Drehzahl von einer
zu erreichenden Drehzahl und daraus die Reglerparameter der Reglereinrichtung
ermittelt werden.
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Vorzugsweise
ist die Störgröße eine
Funktion des Beladungszustands der Trommel und/oder des Wassermenge-Zustands.
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Bevorzugt
ist der mindestens eine Reglerparameter in einer Reglerdatenbank
speicherbar. Des Weiteren kann die Reglerdatenbank vorzugsweise
in der Steuereinheit abgelegt sein. Durch eine Speicherung der Reglerparameter
wird hier in vorteilhafter Weise erreicht, dass die bereits einmal
ermittelten Parameter zu einem späteren Zeitpunkt herangezogen
werden können.
Ist der momentane Beladungszustand der Trommel gleich einem Beladungszustand
für den
die Reglerparameter bereits ermittelt worden sind, so müssen die
Reglerparameter nicht neu ermittelt werden, sondern die dem gleichen
Beladungszustand entsprechenden Reglerparameter können herangezogen
werden. Des Weiteren wird dadurch erzielt, dass die Reaktionszeit
der Reglereinrichtung und insbesondere die Übermittlungszeit der Reglerparameter
von der Steuereinheit an die Reglereinrichtung verringert werden.
Ist die Reglerdatenbank ferner ein Bestandteil der Steuereinheit, so
ist eine zusätzliche
Einheit für
die Reglerdatenbank nicht notwendig, so dass eine bauteilminimierte Ausgestaltung
erzielt werden kann.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist der Reglereinrichtung ein einem momentanen Ist-Drehmoment des
elektrischen Verbrauchers entsprechendes Ist-Drehmoment-Signal zuführbar. Auf
der Grundlage des Ist-Drehmoments kann eine Abweichung des momentanen
Drehmoments des elektrischen Verbrauchers durch die Reglereinrichtung und/oder
die Steuereinheit ermittelt werden. Die Abweichung kann dann zu
einer Verbesserung der Regelung des Drehmoments des elektrischen
Verbrauchers herangezogen werden.
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Ein
erfindungsgemäßes Verfahren
ist zum Regeln eines mechanischen Bewegungsverhaltens einer Trommel
eines Waschgeräts
ausgelegt. Bei dem Waschgerät
treibt ein Trommelmotor als elektrischer Verbraucher die Trommel
an, wobei eine Störgröße das mechanische
Bewegungsverhalten der Trommel beeinflusst, und eine Reglereinrichtung
an den elektrischen Verbraucher angekoppelt wird. Ein wesentlicher
Gedanke ist es, dass einer mit der Reglereinrichtung verbundenen
Steuereinheit ein einem Zustand der Trommel entsprechendes Zustands-Signal
zugeführt
wird, auf dessen Grundlage mindestens ein Reglerparameter berechnet
wird, welcher der Reglereinrichtung von der Steuereinheit übermittelt
wird.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren
ist der Zustand des Elements ein Beladungszustand der Trommel und/oder
ein Wassermenge-Zustand in der Trommel.
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Ein
Beladungssensor ermittelt den Beladungszustand der Trommel.
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Bei
dem Verfahren umfasst bevorzugt die Reglereinrichtung mindestens
einen PID-Regler und/oder einen PI-Regler, wobei die Steuereinheit vorzugsweise
mindestens einen der folgenden Parameter berechnet, welcher der
Reglereinrichtung zugeführt
wird:
- – einen
Faktor Kp eines proportionalwirkenden P-Reglers oder eines proportional
wirkenden Anteils eines Reglers,
- – einen
Faktor Ki eines integral wirkenden I-Reglers oder eines integral
wirkenden Anteils eines Reglers,
- – einen
Faktor Kd eines differential wirkenden D-Reglers oder eines differential
wirkenden Anteils eines Reglers.
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Der
Steuereinheit wird bevorzugt ein einer Differenz-Drehzahl der Trommel,
die eine Differenz einer Soll-Drehzahl und einer Ist-Drehzahl der
Trommel darstellt, entsprechendes Differenz-Drehzahl-Signal zugeführt. Des
Weiteren kann vorzugsweise bei dem erfindungsgemäßen Verfahren der Steuereinheit
ein einer Ist-Drehzahl der Trommel entsprechendes Ist-Drehzahl-Signal
zugeführt
werden.
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In
vorteilhafter Weise ist die Störgröße eine Funktion
des Beladungszustands und/oder eine Funktion des Wassermenge-Zustands.
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Bei
dem Verfahren kann der mindestens eine Reglerparameter in einer
Reglerdatenbank gespeichert werden, wobei die Reglerdatenbank in
der Steuereinheit abgelegt werden kann.
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Bevorzugt
kann der Reglereinrichtung und/oder der Steuereinheit ein einem
momentanen Ist-Drehmoment des elektrischen Verbrauchers entsprechendes
Ist-Drehmoment-Signal zugeführt
werden.
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Die
im Bezug auf die erfindungsgemäße Vorrichtung
vorgestellten bevorzugten Ausführungsformen
und insbesondere deren Vorteile gelten entsprechend für das erfindungsgemäße Verfahren.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
sowie anhand der beigefügten
Zeichnung.
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Die
einzige Figur zeigt ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels
für eine
erfindungsgemäße Vorrichtung.
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Eine
in der Figur anhand eines regelungstechnischen Blockschaltbilds
wiedergegebene Vorrichtung ist zum Regeln eines mechanischen Bewegungsverhaltens
einer Trommel einer Waschmaschine ausgebildet. Das mechanische Bewegungsverhalten
der Trommel sowie eines die Trommel antreibenden Trommelmotors ist
durch eine Regelstrecke RS modelliert. Diese Regelstrecke RS umfasst
ein Verzögerungsglied
V, das als ein Frequenzumrichter betrachtet werden kann, ein eine
Trägheit
des Trommelmotors modellierendes Glied T1 sowie ein eine Trägheit der
Trommel modellierendes Glied T2. Bei der zugrundeliegenden Regelstrecke
RS stellt das Glied T1 eine Federwirkung durch einen Keilriemen zwischen
dem Trommelmotor und der Trommel dar. Hingegen modelliert das Glied
T2 ein stark variierendes Trägheitsmoment
der Trommel. Diese Regelstrecke RS gilt in der Regelungstechnik
als besonders schwer zu regeln. Als Ausgangssignal der Regelstrecke
RS wird eine Ist-Drehzahl nI betrachtet.
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An
die das mechanische Bewegungsverhalten der Trommel modellierende
Regelstrecke RS ist eine Reglereinrichtung RE angeschlossen. Diese Reglereinrichtung
RE weist einen aus der Regelungstechnik im Allgemeinen bekannten
proportional-, integral- und differentialwirkenden PID-Regler PID
sowie einen ebenfalls bekannten proportional- und integralwirkenden
PI-Regler PI auf.
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Weil
der PID-Regler PID einen proportional-, einen integral- und einen
differentialwirkenden Anteil aufweist, sind an dieser Stelle entsprechende
Faktoren zur Ansteuerung dieses PID-Reglers PID notwendig. Entsprechend
sind Parameter zur Ansteuerung des PI-Reglers PI nötig. Diese
Faktoren sind die aus der Regelungstechnik bekannten Parameter:
Kp, Ki und Kd. Hierzu ist eine Steuereinheit RP mit dem PID-Regler PID sowie
dem PI-Regler PI verbunden. Die Steuereinheit RP ist dazu ausgelegt,
die hier genannten Parameter zu erzeugen, und entsprechend an die
zwei Einheiten der Reglereinrichtung RE zu übermitteln.
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Als
Eingangsgröße der Vorrichtung
wird eine Soll-Drehzahl nS betrachtet, die
bei jedem Waschgerät üblicherweise
einstellbar ist. Diese Soll-Drehzahl nS wird
durch die vom Ausgang der Vorrichtung an den Eingang rückgekoppelte
Ist-Drehzahl nI kompensiert, so dass eine
durch eine Summiereinheit S1 erreichte Differenz nD der
Soll-Drehzahl nS und der Ist-Drehzahl nI an die Reglereinrichtung RE übermittelt
wird. Der PID-Regler PID der Reglereinrichtung RE ist hierbei so
ausgebildet, dass er die ihm zugeführte Drehzahldifferenz nD in ein einem Soll-Moment MS der
Trommel entsprechendes Signal wandelt. Dieses dem Soll-Moment MS entsprechende Signal wird ferner an eine
Summiereinheit S2 übermittelt. Um
die obige Trägheit
des Trommelmotors und ein dadurch ausgeübtes Moment zu kompensieren,
wird an die Summiereinheit S2 außerdem ein der Trägheit des
Trommelmotors entsprechendes Ist-Moment-Signal MI negativ übermittelt.
Dieses Ist-Moment-Signal MI wird von dem
die Trägheit
des Trommelmotors modellierenden Glied T1 entnommen und an die Summiereinheit
S2 zugeführt.
Nun hat der PI-Regler PI die Aufgabe, das Moment auf der Grundlage
der Reglerparameter zu regeln.
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Die
Trommel des Waschgeräts,
wie es schematisch anhand des Glieds T2 dargestellt ist, umfasst einen
Beladungssensor BS zur Ermittlung eines Beladungszustands der Trommel
sowie einen Wassermenge-Sensor WM, der dazu dient, die Wassermenge
in der Trommel zu bestimmen. Informationen über die Zustände, den
Beladungszustand und den Wassermenge-Zustand, werden von der Trommel
(in der Figur von dem Glied T2) an eine Zustandsermittlungseinheit
BZ übermittelt.
Diese Zustandsermittlungseinheit BZ steht hier in einer direkten
Verbindung, gegebenenfalls auch in einer mittelbaren Verbindung,
mit der Steuereinheit RP. Die Zustandsermittlungseinheit BZ hat
hier die Aufgabe, den beiden ermittelten Zuständen entsprechende Signale
an die Steuereinheit RP zu übermitteln.
Ein wesentlicher Gedanke besteht hier darin, die Informationen über den
Beladungszustand sowie den Wassermenge-Zustand für die Ermittlung der Reglerparameter
Ki, Kp, Kd geschickt auszunutzen. Gegenüber herkömmlichen Waschgeräten lässt sich
dadurch ein verbessertes dynamisches Verhalten der Drehzahl der Trommel
in vorteilhafter Weise erzielen. Darüber hinaus werden zur Ermittlung
der oben genannten Reglerparameter die Ist-Drehzahl nI und
die Differenz-Drehzahl nD herangezogen.
Ferner, um die Reglerparameter für
den PI-Regler PI (Momenten-Regler) besonders exakt zu ermitteln,
stellt die Steuereinheit RP die Information über den Ist-Moment des Trommelmotors von Glied T1
zur Verfügung.
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Die
oben genannten Reglerparameter können
gegebenenfalls vorab in einer Reglerdatenbank gespeichert und festgehalten
werden. Beispielsweise kann diese Reglerdatenbank in der Steuereinheit
RP abgelegt sein.