CN107643811A - 一种基于pid控制原理的风扇调控优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于PID控制原理的风扇调控优化方法，所述方法通过将风扇调控拐点与重要发热器件的实时功耗相关联进行PID调控，使风扇根据不同的重要发热器件的功耗上升及温升过程进行调速。本发明基于PID控制原理，在常规服务器风扇调控算法基础上进行优化升级，在监控传感器实时温度值Tj及风扇PWM值的同时，监控发热器件的实时功耗并将其与风扇调控拐点联系起来，从而避免风扇转速调控跟不上功耗及温度上升速度而导致的系统性能下降或报警。

Description

一种基于PID控制原理的风扇调控优化方法

技术领域

本发明涉及服务器风扇调控技术领域，具体涉及一种基于PID控制原理的风扇调控优化方法。

背景技术

在服务器散热设计中，为了节省能效、同时控制服务器噪音，通常会配合进行风扇调控设计。在满足不同的服务器配置及负载时的正常运行温度及散热需求基础上，使得风扇保持在尽可能低的转速，这样既能确保服务器内各主要部件及发热器件工作在可允许的正常工作温度范围以内，也可以尽量降低并控制风扇电流及功耗保持在比较低的水平、节省因散热而产生的功率消耗；风扇保持在较低转速，也可以降低服务器的噪音，且可减少随风扇吸风而伴随的灰尘、其他机房环境中的粉尘、杂质等，从而减少因灰尘/杂质堵塞前面板或服务器内器件上而导致服务器散热变差或服务器故障。

风扇调控设计中，PID算法是较为常用的一种调控算法：通过监控各发热器件及温度传感器的实时温度值(Tj),再给其各自设定一个目标期望温度值（SP值或Setpoint），系统可计算实时温度值Tj与期望温度值Setpoint值之间的偏差值e(t)，PID控制器可输出一个校正动作及校正值即风扇所需调整的PWM值信号给到风扇来调整风扇PWM及转速、从而调整发热器件实时温度Tj，以减少实时温度Tj与期望温度值Setpoint值之间的偏差值e(t)=SP-Tj，最终使得所有发热器件温度最终趋于设定的期望值（Setpoint值），其过程如附图1所示。

在一般的PID风扇调控中，针对每个温度传感器（包含发热器件内部传感器及另外布置在服务器板卡上的温度传感器），通常会设定一个固定的数值来作为其温度调控的SP值、即风扇调控拐点，作为PID调控过程中的期望值。

一般PID控制原理的风扇调控过程如下：

（1）给各个温度传感器设定固定的Setpoint值及PID参数值；

（2）在风扇调控过程中，监控温度传感器实时温度Tj及风扇PWM值；

（3）PID控制器实时计算比较实时温度Tj与Setpoint值的偏差值e(t)= SP-Tj，将此偏差值及PID参数代入PID算法得到风扇PWM需要调整的值，记为PWM(t)或△PWM；

（4）控制器将上一次监控读取的PWM值与△PWM相加得到新的风扇所需PWM值传递给风扇；

（5）风扇获取到新的PWM值后拉动风扇转速，相应地，温度传感器的温度会发生变化、得到新的Tj值；

（6）如此不断重复以上步骤，直至温度传感器实时温度值Tj接近于期望值Setpoint值，两者之间的偏差值e(t)= SP-Tj趋近于0，这样得到的风扇所需调整PWM值即PWM(t)或△PWM为0，风扇转速及温度均稳定下来。

但是在实际应用中，在某些服务器机型或CPU/GPU平台上，不同的CPU/GPU或其他大功率发热器件，其温度随其功耗上升的速度及幅度不同，仅设定固定的风扇调控拐点/期望温度值（SP）而不考虑其功耗，会出现系统风扇调速无法跟上CPU/GPU等升温速度，导致CPU/GPU短暂快速超温并降频或性能下降，使得系统出现报警、性能下降，且即便如何调整Setpoint值或PID参数均无法避免此现象，不能形成符合系统散热需求的风扇调控策略。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对上述问题，本发明提供一种基于PID控制原理的风扇调控优化方法。

本发明所采用的技术方案为：

一种基于PID控制原理的风扇调控优化方法，所述方法通过将风扇调控拐点与重要发热器件如CPU/GPU的实时功耗相关联进行PID调控，使风扇根据不同的重要发热器件的功耗上升及温升过程进行调速，满足服务器散热需要。

所述风扇调控拐点设置为浮动值，计算公式为：

SP=a*P/Pmax+b

其中a、b为常数；

SP：Setpoint，风扇调控拐点，PID控制算法中的拐点，期望温度值；

P为CPU/GPU等重要发热器件的实时功耗；

Pmax为散热设计所参考的最大发热功耗TDP，Thermal Design Power。

重要发热器件的实时功耗P采用平均值。

所述重要发热器件的实时功耗P的平均值获取如下：

监控系统如BMC、SMC等对重要发热器件的实时功耗P进行监控，每隔一段时间（间隔时间由BMC决定）读取一次为P_n，取n次读取后的平均值作为最终输出，记为P，代入SP=a*P/Pmax+b，计算得到SP值。

所述a、b的值根据服务器系统的架构与散热方案来进行设定。

所述方法实现步骤如下：

1）给CPU/GPU等重要发热器件设置温度传感器，在设定PID参数的同时，定义SP值计算公式SP=a*P/Pmax+b中常数a、b的值，实时监控并计算重要发热器件的实时功耗P，根据设定的时间间隔，读取n次；

2）在风扇调控过程中，监控记录连续n次重要发热器件的实时功耗P_n、P_n-1、P_n-2、P_n-3、P_n-4……，计算实时功耗平均值P=Average(P_n+P_n-1+P_n-2+P_n-3+P_n-4……)，并将P代入SP值=a*P/Pmax+b得到实时SP值；

3）系统获取实时温度Tj、风扇PWM值，计算比较实时温度Tj与实时SP值的偏差值e(t)=SP-Tj，将此偏差值及PID参数代入PID算法得到风扇PWM需要调整的值，记为PWM(t)或△PWM；

4）控制器将上一次监控读取的PWM值与风扇PWM需要调整的值PWM(t)或△PWM相加得到新的风扇所需PWM值传递给风扇；

5）风扇获取到新的PWM值后拉动风扇转速，相应地，温度传感器的温度会发生变化、得到新的Tj值；

6）重复步骤3）、4）、5），直至温度传感器实时温度值Tj接近于风扇调控拐点SP值，两者之间的偏差值e(t)= SP-Tj趋近于0，这样得到的风扇PWM需要调整的值即PWM(t)或△PWM为0，风扇转速及温度均稳定下来。

本发明的有益效果为：

本发明基于PID控制原理，在常规服务器风扇调控算法基础上进行优化升级，在监控传感器实时温度值Tj及风扇PWM值的同时，监控发热器件的实时功耗并将其与风扇调控拐点联系起来，从而避免风扇转速调控跟不上功耗及温度上升速度而导致的系统性能下降或报警。与通用的PID风扇调控方式相比，本发明采用多次获取实时功耗后取平均值、将其纳入SP值的设定、使得SP值不再是一个固定值而是随功耗变化的浮动值，风扇调控不仅与温度强关联、还与功耗直接对应，改善风扇调控灵活性，可减少系统温度过高告警或降频等性能下降的发生。

附图说明

图1为一般的PID风扇调控过程示意图；

图2为本发明基于PID控制原理的风扇调控优化过程示意图。

具体实施方式

根据说明书附图，结合具体实施方式对本发明进一步说明：

实施例1

如图2所示，一种基于PID控制原理的风扇调控优化方法，所述方法通过将风扇调控拐点与重要发热器件如CPU/GPU的实时功耗相关联进行PID调控，使风扇根据不同的CPU/GPU功耗上升及温升过程进行调速，满足服务器散热需要。

所述风扇调控拐点设置为浮动值，计算公式为：

SP=a*P/Pmax+b

其中a、b为常数；

SP：Setpoint，PID控制算法中的拐点，期望温度值；

P为CPU/GPU等重要发热器件的实时功耗；

Pmax为散热设计所参考的最大发热功耗TDP，Thermal Design Power。

所述重要发热器件的实时功耗P采用平均值。

所述重要发热器件的实时功耗P的平均值获取如下：

监控系统如BMC、SMC等对重要发热器件的实时功耗P进行监控，每隔一段时间（间隔时间由BMC决定）读取一次为P_n，取n次读取后的平均值作为最终输出，记为P，代入SP=a*P/Pmax+b，计算得到SP值。

所述a、b的值根据服务器系统的架构与散热方案来进行设定。

实施例2

所述方法实现步骤如下：

1）给CPU/GPU等重要发热器件设置温度传感器，在设定PID参数的同时，定义SP值计算公式SP=a*P/Pmax+b中常数a、b的值，实时监控并计算重要发热器件的实时功耗P，根据设定的时间间隔，读取5次；

2）在风扇调控过程中，监控记录连续5次重要发热器件的实时功耗P₅、P₄、P₃、P₂、P₁，计算实时功耗平均值P=Average(P₅+P₄+P₃+P₂+P₁)，并将P代入SP值=a*P/Pmax+b得到实时SP值；

3）系统获取实时温度Tj、风扇PWM值，计算比较实时温度Tj与实时SP值的偏差值e(t)=SP-Tj，将此偏差值及PID参数代入PID算法得到风扇PWM需要调整的值，记为△PWM；

4）控制器将上一次监控读取的PWM值与风扇PWM需要调整的值△PWM相加得到新的风扇所需PWM值传递给风扇；

5）风扇获取到新的PWM值后拉动风扇转速，相应地，温度传感器的温度会发生变化、得到新的Tj值；

6）重复步骤3）、4）、5），直至温度传感器实时温度值Tj接近于风扇调控拐点SP值，两者之间的偏差值e(t)= SP-Tj趋近于0，这样得到的风扇PWM需要调整的值即△PWM为0，风扇转速及温度均稳定下来。

实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (6)

1.一种基于PID控制原理的风扇调控优化方法，其特征在于，所述方法通过将风扇调控拐点与重要发热器件的实时功耗相关联进行PID调控，使风扇根据不同的重要发热器件的功耗上升及温升过程进行调速。

2.根据权利要求1所述的一种基于PID控制原理的风扇调控优化方法，其特征在于，所述风扇调控拐点设置为浮动值，计算公式为：

SP=a*P/Pmax+b

其中a、b为常数；

SP：风扇调控拐点；

P为重要发热器件的实时功耗；

Pmax为散热设计所参考的最大发热功耗。

3.根据权利要求2所述的一种基于PID控制原理的风扇调控优化方法，其特征在于，重要发热器件的实时功耗P采用平均值。

4.根据权利要求3所述的一种基于PID控制原理的风扇调控优化方法，其特征在于，所述重要发热器件的实时功耗P的平均值获取如下：

监控系统对重要发热器件的实时功耗P进行监控，每隔一段时间读取一次为P_n，取n次读取后的平均值作为最终输出。

5.根据权利要求4所述的一种基于PID控制原理的风扇调控优化方法，其特征在于，所述a、b的值根据服务器系统的架构与散热方案来进行设定。

6.根据权利要求5所述的一种基于PID控制原理的风扇调控优化方法，其特征在于，所述方法实现步骤如下：

1）给重要发热器件设置温度传感器，在设定PID参数的同时，定义SP值计算公式SP=a*P/Pmax+b中常数a、b的值，实时监控并计算重要发热器件的实时功耗P；

2）在风扇调控过程中，监控记录连续n次重要发热器件的实时功耗计算实时功耗平均值P，并将P代入SP值=a*P/Pmax+b得到实时SP值；

3）系统获取实时温度Tj、风扇PWM值，计算比较实时温度Tj与实时SP值的偏差值e(t)=SP-Tj，将此偏差值及PID参数代入PID算法得到风扇PWM需要调整的值；

4）控制器将上一次监控读取的PWM值与风扇PWM需要调整的值相加得到新的风扇所需PWM值传递给风扇；

5）风扇获取到新的PWM值后拉动风扇转速，相应地，温度传感器的温度会发生变化、得到新的Tj值；

6）重复步骤3）、4）、5），直至温度传感器实时温度值Tj接近于风扇调控拐点SP值，两者之间的偏差值e(t)= SP-Tj趋近于0。