CN110440385B - 一种舒适仿自然风的机械营造装置及方法 - Google Patents

一种舒适仿自然风的机械营造装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种舒适仿自然风的机械营造装置及方法，装置主要包括风扇、舒适自然风识别模块、环境参数采集模块、机械风风速采集模块、机械风特征参数计算模块、处理模块、控制模块、风速调节模块和周期调节模块。方法主要步骤为：1)环境参数采集模块采集风扇所处环境的温度和湿度。2)处理模块判断当前风扇工况。3)控制模块生成波动调控函数信号。4)风速调节模块调节风扇风速。5)机械风特征参数计算模块计算当前机械风流场特征参数。6)舒适自然风识别模块对当前机械风的仿自然风程度进行判断。本发明提供的风扇可以通过测试室内热环境变化以实时的流场参数变化实现对机械风的仿自然风模式调控。

Description

一种舒适仿自然风的机械营造装置及方法
技术领域
本发明涉及风扇调节领域，具体是一种舒适仿自然风的机械营造装置及方法。
背景技术
空调系统为了保证人们的生活环境质量在高温季节大量使用。空调系统在消耗了巨大的能源的同时也对室外热环境有着不利的影响，也是城市热岛形成的原因之一。但是，随着经济和社会的持续发展以及人民生活水平的不断提高，人们对于建筑热环境的要求也越来越高，空调的能耗仍将持续增加，建筑节能的任务也越来越重。传统空调所营造的是均匀的稳态热环境，该环境使人在低风速流场中，处于热中性状态。这种稳态热环境的营造不仅消耗了大量的能源，还导致空调建筑中由于缺乏刺激出现了大量的“病态建筑综合征”。而自然通风建筑中，人们普遍更加健康，更加活跃，这与空调建筑形成了明显的对比。与此同时，研究者们对一定热环境中人们对气流的期望进行了调研，结果显示，人们期望更多的空气流动来改善环境而不仅仅是温度的变化。
随着国家节能减排、绿色生活理念的推广，利用空气流动改善热舒适成为研究的热点。而风扇作为常用的自然环境下引起空气流动的手段，不仅可以有效地改善自然环境下人员热舒适，从而提高人员可接受的温度上限，还可以有效减少长期处于空调环境引起的病态建筑综合症，极大地节约能耗。但是，现有研究针对风扇的研究多集中中性及偏热温度环境下，针对湿度影响的研究较少，且由于湿度对偏热环境下的温度有附加作用，中性湿度下适宜风速的研究成果是否可以直接应用于热湿地区还有待进一步验证。因此，在湿热地区的夏季，如何充分利用自然方式营造合理的空气流动来显著改善室内热环境质量，在保证人员舒适度的前提下，扩展舒适的温湿度范围，缩短空调运行时间，从而大大降低建筑空调能耗，是涉及舒适健康、绿色节能以及环境保护等方面经济和社会效益的一个重要问题。
长期以来，自然风在偏热环境下都带给人体舒适的热感觉，但自然风的形成具有时间和地点的偶然性，不易控制。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术中存在的问题。
为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种舒适仿自然风的机械营造装置，主要包括风扇、舒适自然风识别模块、环境参数采集模块、机械风风速采集模块、机械风特征参数计算模块、处理模块、控制模块、风速调节模块、周期调节模块和单片机。
所述风扇输送正弦波动风。风扇开启时，处于自然风仿真成功状态。
所述正弦波动风的函数表达如下：
Figure BDA0002119644990000021
每隔K周期，所述环境参数采集模块采集风扇所处环境的温度和湿度，并发送至处理模块。
所述处理模块对风扇所处环境的温度和湿度进行处理，判断当前风扇工况，并根据工况确定当前风扇产生的波动风初始风速V0、波动周期T0、最大风速Vmax和最小风速Vmin，详见下表1：
表1不同环境工况对应的参数
Figure BDA0002119644990000022
所述风扇工况分为工况1、工况2、工况3、工况4、工况5、工况6、工况7、工况8和工况9。
所述工况1的温度范围为(-∞，28℃]，湿度范围为(0，50％]。
所述工况2的温度范围为(0℃，28℃]，湿度范围为(50％，70％]。
所述工况3的温度范围为(0℃，28℃]，湿度范围为(70％，100％]。
所述工况4的温度范围为(28℃，30℃]，湿度范围为(0，50％]。
所述工况5的温度范围为(28℃，30℃]，湿度范围为(50％，70％]。
所述工况6的温度范围为(28℃，30℃]，湿度范围为(70％，100％]。
所述工况7的温度范围为(30℃，+∞]，湿度范围为(0，50％]。
所述工况8的温度范围为(30℃，+∞]，湿度范围为(50％，70％]。
所述工况9的温度范围为(30℃，+∞]，湿度范围为(70％，100％]。
所述处理模块将初始风速V0、波动周期T0、最大风速Vmax和最小风速Vmin发送至控制模块。
每隔K周期，所述机械风风速采集模块持续采集x时间内距离风扇轴心l处的风速值，并发送至机械风特征参数计算模块。K>0。l>0。
所述机械风特征参数计算模块将采集到的连续风速值进行离散化，并计算出当前机械风流场特征参数，并发送至舒适自然风识别模块。
风流场特征参数主要包括偏度Skew、峰度Kurt、湍流度Tu和双对数功率谱曲线负斜率β，即：
Figure BDA0002119644990000031
Figure BDA0002119644990000032
Figure BDA0002119644990000033
式中，vi为采集的离散风速样本。i＝1,2,3,…,N。
Figure BDA0002119644990000034
为平均风速。
Figure BDA0002119644990000035
为离散风速样本的方差。
其中，平均风速
Figure BDA0002119644990000039
如下所示：
Figure BDA0002119644990000037
Figure BDA0002119644990000038
双对数功率谱曲线负斜率β的计算步骤如下：
1)机械风特征参数计算模块对样本风速vi进行一次平滑处理。
2)利用快速傅里叶变换FFT处理平滑后的风速，建立频率-功率谱密度图。
3)将频率和功率谱密度分别取对数，得到logE(f)-logf的关系，从而建立双对数功率谱图。
4)以E(f)＝a+b×f-β的形式对双对数功率谱图中风速的谱特征进行分析，通过最小二乘法拟合双对数功率谱密度曲线，得到双对数功率谱曲线负斜率β。
所述舒适自然风识别模块存储舒适自然风识别模型。所述舒适自然风识别模型对当前机械风流场特征参数进行处理，得到舒适自然风识别结果。所述舒适自然风识别结果为自然风仿真成功信号或自然风仿真失败信号。所述舒适自然风识别模块将舒适自然风识别结果发送至控制模块。
搭建舒适自然风识别模型的主要步骤如下：
1)搭建目标函数包括偏度Skew、峰度Kurt和双对数功率谱曲线负斜率β。
2)建立约束条件，分别如公式6至公式8所示：
Skew.>0。 (7)
Tu∈(0.3,0.5)。 (8)
β>1.1。 (9)
式中，t表示调节时间，T表示正弦波动的周期。
3)当偏度Skew、峰度Kurt和双对数功率谱曲线负斜率β满足约束条件时，输出自然风仿真成功信号，否则，输出自然风仿真失败信号。
基于初始风速V0、波动周期T0、最大风速Vmax和最小风速Vmin，所述控制模块生成波动调控函数信号，并发送至风速调节模块。
基于舒适自然风识别结果，所述控制模块生成周期信号T，并发送至周期调节模块。T>0。
控制模块生成周期信号T分为以下两种情况：
I)若控制模块接收到舒适自然风识别模块发送的自然风仿真成功信号，则控制模块调控制周期信号T不变。
II)若控制模块接收到舒适自然风识别模块发送的自然风仿真失败信号，则控制模块迭代生成周期信号T＝T+T1。T1>0。T初始值为T0。
基于波动调控函数信号，所述风速调节模块调节风扇的风速在最大风速Vmax和最小风速Vmin范围内波动变化。
基于周期信号，所述周期调节模块调节风扇风速的波动周期。
所述单片机集成舒适自然风识别模块、环境参数采集模块、机械风风速采集模块、机械风特征参数计算模块、处理模块、控制模块、风速调节模块和周期调节模块。
若舒适自然风识别结果为自然风仿真成功信号，则风扇处于自然风仿真成功状态。若舒适自然风识别结果为自然风仿真失败信号，则风扇处于自然风仿真失败状态。
一种使用舒适仿自然风的机械营造装置的方法，主要步骤如下：
1)风扇开启时，处于自然风仿真成功状态。
2)每隔K周期，所述环境参数采集模块采集风扇所处环境的温度和湿度，并发送至处理模块。
3)所述处理模块对风扇所处环境的温度和湿度进行处理，判断当前风扇工况，并确定当前风扇产生的波动风初始风速V0、波动周期T0、最大风速Vmax和最小风速Vmin。所述处理模块将初始风速V0、波动周期T0、最大风速Vmax和最小风速Vmin发送至控制模块。
4)基于初始风速V0、波动周期T0、最大风速Vmax和最小风速Vmin，所述控制模块生成波动调控函数信号，并发送至风速调节模块。
5)基于波动调控函数信号，风速调节模块调节风扇风速在最大风速Vmax和最小风速Vmin范围内波动变化。。
6)每隔K周期，所述机械风风速采集模块持续采集x时间内距离风扇轴心l处的风速值，并发送至机械风特征参数计算模块。
7)所述机械风特征参数计算模块将采集到的连续风速值进行离散化，并计算出当前机械风流场特征参数，并发送至舒适自然风识别模块。
8)所述舒适自然风识别模块接收到当前机械风流场特征参数值后，根据舒适自然风识别模型对当前机械风的仿自然风程度进行判断，并将舒适自然风识别结果发送至控制模块。所述舒适自然风识别为自然风仿真成功信号或自然风仿真失败信号。
9)若控制模块接收到舒适自然风识别模块发送的自然风仿真失败信号，则控制模块生成周期信号T＝T+T1，并返回步骤2。
若控制模块接收到舒适自然风识别模块发送的自然风仿真失败信号，则控制模块控制周期信号T不变。
本发明的技术效果是毋庸置疑的。本发明提供的风扇可以通过测试室内热环境变化以实时的流场参数变化实现对机械风的仿自然风模式调控，基于自然风的流场特征和对应温湿度工况下风速对热感觉的补偿原理，在设定间隔时间内自动反馈计算风速变化范围，并输出具有自然风特性的动态气流。一方面为现有仿自然风调控技术提供了理论支撑；另一方面也大大提升了风扇的可利用价值，有利于营造更加节能舒适的吹风环境。
附图说明
图1为舒适仿自然风的构成示意图；
图2为风速对温湿度的补偿范围。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。
实施例1：
参见图1和图2，一种舒适仿自然风的机械营造装置，主要包括风扇、舒适自然风识别模块、环境参数采集模块、机械风风速采集模块、机械风特征参数计算模块、处理模块、控制模块、风速调节模块、周期调节模块和单片机。
所述风扇输送正弦波动风。风扇开启时，处于自然风仿真成功状态。
所述正弦波动风的函数表达如下：
Figure BDA0002119644990000061
每隔K周期，所述环境参数采集模块采集风扇所处环境的温度和湿度，并发送至处理模块。
所述处理模块对风扇所处环境的温度和湿度进行处理，判断当前风扇工况，并确定当前风扇产生的波动风初始风速V0、波动周期T0、最大风速Vmax和最小风速Vmin。
所述风扇工况分为工况1、工况2、工况3、工况4、工况5、工况6、工况7、工况8和工况9。
所述工况1的温度范围为(-∞，28℃]，湿度范围为(0，50％]。
所述工况2的温度范围为(0℃，28℃]，湿度范围为(50％，70％]。
所述工况3的温度范围为(0℃，28℃]，湿度范围为(70％，100％]。
所述工况4的温度范围为(28℃，30℃]，湿度范围为(0，50％]。
所述工况5的温度范围为(28℃，30℃]，湿度范围为(50％，70％]。
所述工况6的温度范围为(28℃，30℃]，湿度范围为(70％，100％]。
所述工况7的温度范围为(30℃，+∞]，湿度范围为(0，50％]。
所述工况8的温度范围为(30℃，+∞]，湿度范围为(50％，70％]。
所述工况9的温度范围为(30℃，+∞]，湿度范围为(70％，100％]。
所述处理模块将初始风速V0、波动周期T0、最大风速Vmax和最小风速Vmin发送至控制模块。
每隔K周期，所述机械风风速采集模块持续采集x时间内距离风扇轴心l处的风速值，并发送至机械风特征参数计算模块。K>0。l>0。
所述机械风特征参数计算模块将采集到的连续风速值进行离散化，并计算出当前机械风流场特征参数，并发送至舒适自然风识别模块。
风流场特征参数主要包括偏度Skew、峰度Kurt、湍流度Tu和双对数功率谱曲线负斜率β，即：
Figure BDA0002119644990000071
Figure BDA0002119644990000072
Figure BDA0002119644990000073
式中，vi为采集的离散风速样本。i＝1,2,3,…,N。
Figure BDA0002119644990000074
为平均风速。
Figure BDA0002119644990000075
为离散风速样本的方差。
其中，平均风速
Figure BDA0002119644990000076
如下所示：
Figure BDA0002119644990000077
Figure BDA0002119644990000078
双对数功率谱曲线负斜率β的计算步骤如下：
1)机械风特征参数计算模块对样本风速vi进行一次平滑处理。
2)利用快速傅里叶变换FFT处理平滑后的风速，建立频率-功率谱密度图。
3)将频率和功率谱密度分别取对数，得到logE(f)-logf的关系，从而建立双对数功率谱图。E(f)为功率谱密度，f为频率。
4)以E(f)＝a+b×f-β的形式对双对数功率谱图中风速的谱特征进行分析，通过最小二乘法拟合双对数功率谱密度曲线，得到双对数功率谱曲线负斜率β。a和b为功率谱密度的计算参数。
所述舒适自然风识别模块存储舒适自然风识别模型。所述舒适自然风识别模型对当前机械风流场特征参数进行处理，得到舒适自然风识别结果。所述舒适自然风识别结果为自然风仿真成功信号或自然风仿真失败信号。所述舒适自然风识别模块将舒适自然风识别结果发送至控制模块。
搭建舒适自然风识别模型的主要步骤如下：
1)搭建目标函数包括偏度Skew、峰度Kurt和双对数功率谱曲线负斜率β。
2)建立约束条件，分别如公式6至公式8所示：
Skew.>0。 (7)
Tu∈(0.3,0.5)。 (8)
β>1.1。 (9)
基于初始风速V0、波动周期T0、最大风速Vmax和最小风速Vmin，所述控制模块生成波动调控函数信号，并发送至风速调节模块。
3)当偏度Skew、峰度Kurt和双对数功率谱曲线负斜率β满足约束条件时，输出自然风仿真成功信号，否则，输出自然风仿真失败信号。
基于舒适自然风识别结果，所述控制模块生成周期信号T，并发送至周期调节模块。T>0。
控制模块生成周期信号T分为以下两种情况：
I)若控制模块接收到舒适自然风识别模块发送的自然风仿真成功信号，则控制模块调控制周期信号T不变。
II)若控制模块接收到舒适自然风识别模块发送的自然风仿真失败信号，则控制模块迭代生成周期信号T＝T+T1。T1>0。T初始值为T0。
基于波动调控函数信号，所述风速调节模块调节风扇的风速在最大风速Vmax和最小风速Vmin范围内波动变化。
基于周期信号，所述周期调节模块调节风扇风速的波动周期。
所述单片机集成舒适自然风识别模块、环境参数采集模块、机械风风速采集模块、机械风特征参数计算模块、处理模块、控制模块、风速调节模块和周期调节模块。
若舒适自然风识别结果为自然风仿真成功信号，则风扇处于自然风仿真成功状态。若舒适自然风识别结果为自然风仿真失败信号，则风扇处于自然风仿真失败状态。
实施例2：
一种舒适仿自然风的机械营造装置，主要包括风扇、舒适自然风识别模块、环境参数采集模块、机械风风速采集模块、机械风特征参数计算模块、处理模块、控制模块、风速调节模块和周期调节模块。
所述风扇输送正弦波动风。
每隔K周期，所述环境参数采集模块采集风扇所处环境的温度和湿度，并发送至处理模块。
所述处理模块对风扇所处环境的温度和湿度进行处理，判断当前风扇工况，并确定当前风扇产生的波动风初始风速V0、波动周期T0、最大风速Vmax和最小风速Vmin。
所述处理模块将初始风速V0、波动周期T0、最大风速Vmax和最小风速Vmin发送至控制模块。
每隔K周期，所述机械风风速采集模块持续采集x时间内距离风扇轴心l处的风速值，并发送至机械风特征参数计算模块。K>0。l>0。
所述机械风特征参数计算模块将采集到的连续风速值进行离散化，并计算出当前机械风流场特征参数，并发送至舒适自然风识别模块。
所述舒适自然风识别模块存储舒适自然风识别模型。所述舒适自然风识别模型对当前机械风流场特征参数进行处理，得到舒适自然风识别结果。所述舒适自然风识别结果为自然风仿真成功信号或自然风仿真失败信号。所述舒适自然风识别模块将舒适自然风识别结果发送至控制模块。
基于初始风速V0、波动周期T0、最大风速Vmax和最小风速Vmin，所述控制模块生成波动调控函数信号，并发送至风速调节模块。
基于舒适自然风识别结果，所述控制模块生成周期信号T，并发送至周期调节模块。T>0。
基于波动调控函数信号，所述风速调节模块调节风扇的风速在最大风速Vmax和最小风速Vmin范围内波动变化。
基于周期信号，所述周期调节模块调节风扇风速的波动周期。
实施例3：
一种舒适仿自然风的机械营造装置，主要结构见实施例2，其中，舒适仿自然风的机械营造装置还包括单片机。所述单片机集成舒适自然风识别模块、环境参数采集模块、机械风风速采集模块、机械风特征参数计算模块、处理模块、控制模块、风速调节模块和周期调节模块。
实施例4：
一种舒适仿自然风的机械营造装置，主要结构见实施例2，其中，所述风扇工况见表1：
表1不同环境工况对应的温湿度范围
Figure BDA0002119644990000101
不同环境工况对应的初始风速V0、周期T0、最大风速Vmax与最小风速Vmin见表2：
表2不同环境工况对应的参数
Figure BDA0002119644990000102
实施例5：
一种舒适仿自然风的机械营造装置，主要结构见实施例2，其中，舒适风/机械风流场特征参数主要包括偏度Skew、峰度Kurt、湍流度Tu和双对数功率谱曲线负斜率β，即：
Figure BDA0002119644990000111
Figure BDA0002119644990000112
Figure BDA0002119644990000113
式中，vi为采集的离散风速样本。i＝1,2,3,…,N。
Figure BDA0002119644990000114
为平均风速。
Figure BDA0002119644990000115
为离散风速样本的方差。
其中，平均风速
Figure BDA0002119644990000116
如下所示：
Figure BDA0002119644990000117
Figure BDA0002119644990000118
双对数功率谱曲线负斜率β的计算步骤如下：
1)机械风特征参数计算模块对样本风速vi进行一次平滑处理。
2)利用快速傅里叶变换FFT处理平滑后的风速，建立频率-功率谱密度图。
3)将频率和功率谱密度分别取对数，得到logE(f)-logf的关系，从而建立双对数功率谱图。
4)以E(f)＝a+b×f-β的形式对双对数功率谱图中风速的谱特征进行分析，通过最小二乘法拟合双对数功率谱密度曲线，得到双对数功率谱曲线负斜率β。
所述舒适自然风识别模块接收到当前机械风流场特征参数值后，根据舒适自然风识别模型对当前机械风的仿自然风程度进行判断，并将判断结果发送至处理模块。所述判断结果为自然风仿真成功信号或自然风仿真失败信号。
实施例6：
一种舒适仿自然风的机械营造装置，主要结构见实施例2，其中，建立舒适自然风识别模型的主要步骤如下：1)搭建目标函数包括偏度Skew、峰度Kurt和双对数功率谱曲线负斜率β。
2)建立约束条件，分别如公式6至公式8所示：
Skew.>0。 (7)
Tu∈(0.3,0.5)。 (8)
β>1.1。 (9)
式中，t表示调节时间，T表示正弦波动的周期。
3)当偏度Skew、峰度Kurt和双对数功率谱曲线负斜率β满足约束条件时，输出自然风仿真成功信号，否则，输出自然风仿真失败信号。
实施例7：
一种舒适仿自然风的机械营造装置，主要结构见实施例2，其中，正弦波动风的函数表达如下：
Figure BDA0002119644990000121
式中，t表示调节时间，T表示正弦波动的周期。
实施例8：
一种使用舒适仿自然风的机械营造装置的方法，主要步骤如下：
1)风扇开启时，处于自然风仿真成功状态。
2)每隔K周期，所述环境参数采集模块采集风扇所处环境的温度和湿度，并发送至处理模块。
3)所述处理模块对风扇所处环境的温度和湿度进行处理，判断当前风扇工况，并确定当前风扇产生的波动风初始风速V0、波动周期T0、最大风速Vmax和最小风速Vmin。所述处理模块将初始风速V0、波动周期T0、最大风速Vmax和最小风速Vmin发送至控制模块。
4)基于初始风速V0、波动周期T0、最大风速Vmax和最小风速Vmin，所述控制模块生成波动调控函数信号，并发送至风速调节模块。
5)基于波动调控函数信号，风速调节模块调节风扇风速在最大风速Vmax和最小风速Vmin范围内波动变化。
6)每隔K周期，所述机械风风速采集模块持续采集x时间内距离风扇轴心l处的风速值，并发送至机械风特征参数计算模块。
7)所述机械风特征参数计算模块将采集到的连续风速值进行离散化，并计算出当前机械风流场特征参数，并发送至舒适自然风识别模块。
8)所述舒适自然风识别模块接收到当前机械风流场特征参数值后，根据舒适自然风识别模型对当前机械风的仿自然风程度进行判断，并将舒适自然风识别结果发送至控制模块。所述舒适自然风识别为自然风仿真成功信号或自然风仿真失败信号。
9)若控制模块接收到舒适自然风识别模块发送的自然风仿真失败信号，则控制模块生成周期信号T＝T+T1，并返回步骤2。
若控制模块接收到舒适自然风识别模块发送的自然风仿真失败信号，则控制模块控制周期信号T不变。

Claims (10)

1.一种舒适仿自然风的机械营造装置，其特征在于，主要包括风扇、舒适自然风识别模块、环境参数采集模块、机械风风速采集模块、机械风特征参数计算模块、处理模块、控制模块、风速调节模块和周期调节模块；
所述风扇输送正弦波动风；
每隔K周期，所述环境参数采集模块采集风扇所处环境的温度和湿度，并发送至处理模块；
所述处理模块对风扇所处环境的温度和湿度进行处理，判断当前风扇工况，并根据工况确定对应的当前风扇产生的波动风初始风速V0、波动周期T0、最大风速Vmax和最小风速Vmin；
所述处理模块将初始风速V0、波动周期T0、最大风速Vmax和最小风速Vmin发送至控制模块；
基于初始风速V0、波动周期T0、最大风速Vmax和最小风速Vmin，所述控制模块生成波动调控函数信号，并发送至风速调节模块；
基于波动调控函数信号，所述风速调节模块调节风扇的风速在最大风速Vmax和最小风速Vmin范围内波动变化；
每隔K周期，所述机械风风速采集模块持续采集x时间内距离风扇轴心l处的风速值，并发送至机械风特征参数计算模块；K>0；l>0；
所述机械风特征参数计算模块将采集到的连续风速值进行离散化，并计算出当前机械风流场特征参数，并发送至舒适自然风识别模块；
所述舒适自然风识别模块存储舒适自然风识别模型；所述舒适自然风识别模型对当前机械风流场特征参数进行处理，得到舒适自然风识别结果；所述舒适自然风识别结果为自然风仿真成功信号或自然风仿真失败信号；所述舒适自然风识别模块将舒适自然风识别结果发送至控制模块；
基于舒适自然风识别结果，所述控制模块生成周期信号T，并发送至周期调节模块；T>0；
基于周期信号，所述周期调节模块调节风扇风速的波动周期。
2.根据权利要求1所述的一种舒适仿自然风的机械营造装置，其特征在于，控制模块生成周期信号T分为以下两种情况：
I)若控制模块接收到舒适自然风识别模块发送的自然风仿真成功信号，则控制模块调控制周期信号T不变；
II)若控制模块接收到舒适自然风识别模块发送的自然风仿真失败信号，则控制模块迭代生成周期信号T＝T+T1；T1>0；T初始值为T0。
3.根据权利要求1所述的一种舒适仿自然风的机械营造装置，其特征在于：所述风扇工况分为工况1、工况2、工况3、工况4、工况5、工况6、工况7、工况8和工况9；
所述工况1的温度范围为(-∞，28℃]，湿度范围为(0，50％]；
所述工况2的温度范围为(0℃，28℃]，湿度范围为(50％，70％]；
所述工况3的温度范围为(0℃，28℃]，湿度范围为(70％，100％]；
所述工况4的温度范围为(28℃，30℃]，湿度范围为(0，50％]；
所述工况5的温度范围为(28℃，30℃]，湿度范围为(50％，70％]；
所述工况6的温度范围为(28℃，30℃]，湿度范围为(70％，100％]；
所述工况7的温度范围为(30℃，+∞]，湿度范围为(0，50％]；
所述工况8的温度范围为(30℃，+∞]，湿度范围为(50％，70％]；
所述工况9的温度范围为(30℃，+∞]，湿度范围为(70％，100％]。
4.根据权利要求1或2所述的一种舒适仿自然风的机械营造装置，其特征在于，机械风流场特征参数主要包括偏度Skew、峰度Kurt、湍流度Tu和双对数功率谱曲线负斜率β，即：
Figure FDA0002397635570000021
Figure FDA0002397635570000022
Figure FDA0002397635570000023
式中，vi为采集的离散风速样本；i＝1,2,3,...,N；
Figure FDA0002397635570000024
为平均风速；
Figure FDA0002397635570000025
为离散风速样本的方差；N为采样总数；σ为计算参数；
其中，平均风速
Figure FDA0002397635570000026
如下所示：
Figure FDA0002397635570000027
Figure FDA0002397635570000028
双对数功率谱曲线负斜率β的计算步骤如下：
1)机械风特征参数计算模块对样本风速vi进行一次平滑处理；
2)利用快速傅里叶变换FFT处理平滑后的风速，建立频率-功率谱密度图；
3)将频率和功率谱密度分别取对数，得到logE(f)-logf的关系，从而建立双对数功率谱图；
4)以E(f)＝a+b×f-β的形式对双对数功率谱图中风速的谱特征进行分析，通过最小二乘法拟合双对数功率谱密度曲线，得到双对数功率谱曲线负斜率β。
5.根据权利要求1所述的一种舒适仿自然风的机械营造装置，其特征在于，搭建舒适自然风识别模型的主要步骤如下：
1)搭建目标函数包括偏度Skew、峰度Kurt和双对数功率谱曲线负斜率β；
2)建立约束条件，分别如公式6至公式8所示：
Skew>0；(6)
Tu∈(0.3,0.5)；(7)
β>1.1；(8)
3)当当前机械风流场特征参数，即偏度Skew、峰度Kurt和双对数功率谱曲线负斜率β满足约束条件6至约束条件8时，输出自然风仿真成功信号，否则，输出自然风仿真失败信号。
6.根据权利要求1所述的一种舒适仿自然风的机械营造装置，其特征在于，所述正弦波动风的函数表达如下：
Figure FDA0002397635570000031
式中，t表示调节时间，T表示正弦波动的周期。
7.根据权利要求1所述的一种舒适仿自然风的机械营造装置，其特征在于，还包括单片机；
所述单片机集成舒适自然风识别模块、环境参数采集模块、机械风风速采集模块、机械风特征参数计算模块、处理模块、控制模块、风速调节模块和周期调节模块。
8.根据权利要求1所述的一种舒适仿自然风的机械营造装置，其特征在于：若舒适自然风识别结果为自然风仿真成功信号，则风扇处于自然风仿真成功状态；若舒适自然风识别结果为自然风仿真失败信号，则风扇处于自然风仿真失败状态。
9.根据权利要求1所述的一种舒适仿自然风的机械营造装置，其特征在于：风扇开启时，处于自然风仿真成功状态。
10.一种使用权利要求1至9任一项所述的舒适仿自然风的机械营造装置的方法，其特征在于，主要步骤如下：
1)风扇开启时，处于自然风仿真成功状态；
2)每隔K周期，所述环境参数采集模块采集风扇所处环境的温度和湿度，并发送至处理模块；
3)所述处理模块对风扇所处环境的温度和湿度进行处理，判断当前风扇工况，并确定当前风扇产生的波动风初始风速V0、波动周期T0、最大风速Vmax和最小风速Vmin；所述处理模块将初始风速V0、波动周期T0、最大风速Vmax和最小风速Vmin发送至控制模块；
4)基于初始风速V0、波动周期T0、最大风速Vmax和最小风速Vmin，所述控制模块生成波动调控函数信号，并发送至风速调节模块；
5)基于波动调控函数信号，风速调节模块调节风扇风速在最大风速Vmax和最小风速Vmin范围内波动变化；
6)每隔K周期，所述机械风风速采集模块持续采集x时间内距离风扇轴心l处的风速值，并发送至机械风特征参数计算模块；
7)所述机械风特征参数计算模块将采集到的连续风速值进行离散化，并计算出当前机械风流场特征参数，并发送至舒适自然风识别模块；
8)所述舒适自然风识别模块接收到当前机械风流场特征参数值后，根据舒适自然风识别模型对当前机械风的仿自然风程度进行判断，并将舒适自然风识别结果发送至控制模块；所述舒适自然风识别为自然风仿真成功信号或自然风仿真失败信号；
9)若控制模块接收到舒适自然风识别模块发送的自然风仿真失败信号，则控制模块生成周期信号T＝T+T1，并返回步骤2；
若控制模块接收到舒适自然风识别模块发送的自然风仿真成功信号，则控制模块控制周期信号T不变。
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