CN116838631A

CN116838631A - 一种基于算法控制的变频风扇自然风模拟方法

Info

Publication number: CN116838631A
Application number: CN202310715322.3A
Authority: CN
Inventors: 周仁武; 韩炎兵; 徐玉娟
Original assignee: Hangzhou H&t Intelligent Control Technology Co ltd
Current assignee: Hangzhou H&t Intelligent Control Technology Co ltd
Priority date: 2023-06-15
Filing date: 2023-06-15
Publication date: 2023-10-03

Abstract

本发明提高了一种基于算法控制的变频风扇自然风模拟方法，解决了目前变频风扇自然风模拟非完全随机、存在部分周期性仍可预测、随机误差大从而导致用户体验感降低的问题，本发明方法包括：确定自然风基础风速；选定某段模拟自然风持续时间长度；选定脉冲风速参考值，计算脉冲风速；判断并计算此段时间内的模拟自然风风速；由控制持续时间与选定模拟自然风持续时间之前的关系判断是否返回步骤，本发明采用单片机控制风机转速，利用算法对自然风进行模拟，通过不断循环往复改变风机的转速实现自然风的模拟，同时应用一阶低通滤波器，转速变化更加平滑，机体使用寿命也得以保护，具有智能高效、强化用户使用舒适感等优点。

Description

一种基于算法控制的变频风扇自然风模拟方法

技术领域

本发明涉及自然风模拟技术领域，尤其涉及一种基于算法控制的变频风扇自然风模拟方法。

背景技术

在现代社会，风扇已成为人们不可或缺的生活用品之一。随着人们生活水平和环保意识的提高，越来越多的家庭希望能够使用更加舒适、安静、节能的风扇，目前市场上大多数室内环境下使用的风扇大多采用机械式或者电子式控制，风扇速度控制只有简单几档功能，送风模式单一，始终以恒定的风速来送风，长时间接触同一风速可能造成身体不适，无法满足人们追求更加舒适的风的需求。而市场上拥有自然风模式的风扇多是使用内置运行曲线进行自然风模拟，这样的自然风存在非完全随机、仍可预测、部分周期性运行的缺点。

在中国专利文献上公开的一种“模拟自然风的方法及装置”，其公开号为CN106481593B，提供了一种自然风模拟方法，从预设的正态分布转速数据库中随机读取至少一个第一转速数据，确定每个第一转速数据通过预设算法得出的相对应的运行时间；根据至少一个第一转速数据和第一转速数据相对应的运行时间设置马达，马达可以按照设置好的转速值和运行时间运行。当上述技术方案被周期性的执行时，不断地持续地随机读取符合正态分布的第一转速数据，并基于此转速值设置马达，使得马达带动风扇产生的风速符合正态分布，保持与每个转速相对应的运行时间，从而能够尽可能地模拟自然风，但是该方法由于第一转速数据是从预设的正态分布转速数据库中随机抽取的，第一风速数据的确定偶然性较大，随机误差大，可能造成用户体验感降低的问题。

发明内容

本发明旨在解决目前变频风扇自然风模拟非完全随机、存在部分周期性仍可预测、随机误差大从而导致用户体验感降低的问题。

以上技术问题是通过以下技术方案解决的：一种基于算法控制的变频风扇自然风模拟方法，包括：

S1、根据用户选定的风速档位确定自然风基础风速，基于用户设置的自然风模式，随机选定某段模拟自然风持续时间长度；

S2、随机选定若干个此段持续时间内的脉冲风速参考值，计算此段持续时间内的脉冲风速；

S3、根据此段持续时间内的脉冲风速与自然风基础风速，判断并计算此段时间内的模拟自然风风速；

S4、根据控制模拟时间长度与某段模拟自然风持续时间长度之间的关系，判断是否返回步骤S1。

作为优选，将用户设定的档位作为自然风的基准风速，大致定位用户需求的基准风速，在用户选定的自然风模式下，通过从不同模式下的正态分布时间数据库中随机抽取生成一个符合高斯分布的随机时间数据作为模拟自然风的持续时间，再通过随机抽取的方式从正态分布转速数据库中选定若干个此段持续时间内的脉冲风速参考值计算生成脉冲风速，一般脉动分量与平均风相比较小，使得模拟自然风的平均风速变化不大，且风速是脉动的，不是平稳周期的，建立在此段持续时间内的脉冲风速与自然风基础风速的基础上，进行此段时间内的模拟自然风风速的计算，使得模拟自然风也不存在周期性运转，最后判断控制模拟时间长度与某段模拟自然风持续时间长度之间的关系并结合实际，折返前述步骤，如此反复循环，不断生成模拟自然风。由于模拟自然风持续时间长度的随机选定基于不同的自然风模式，模拟的自然风更能够满足用户的实际需求，并且通过某段时间内的脉冲风速与自然风基础风速生成的此段时间内的模拟自然风具备阵性、无规律等特点，空气流相当接近自然风，提高用户的体验舒适感，解决了目前变频风扇自然风模拟非完全随机、存在部分周期性仍可预测等问题。

作为优选，在步骤S3中，判断并计算是根据此段时间是否为开机后选取的第一段时间，若此段时间是开机后选取的第一段时间，则将此段持续时间内的脉冲风速与自然风基础风速相加获得此段时间内的模拟自然风风速；若此段时间不是开机后选取的第一段时间，则将此段持续时间内的脉冲风速与自然风基础风速相加后再通过一阶低通滤波计算获得此段时间内的模拟自然风风速。生成的叠加风速经过一阶低通滤波处理，使得转速变化更加平滑，避免随机抽取的偶然性，降低随机误差，防止风扇长时间以不适当的速度运行，有效保护机体，延长使用寿命。

作为优选，在步骤S2中，随机选定若干个此段持续时间内的脉冲风速参考值是从预设的正态分布转速数据库随机抽取若干个转速数据。由于自然风是不规则变化的，为了适应自然风特性，转速数据库随机抽取的脉冲风速参考值满足正态分布，达到较佳的模拟效果，实现模拟自然风送风，提高用户的体感舒适度。

作为优选，在步骤S2中，若干个脉冲风速参考值经过求取平均值，获得此段持续时间内的脉冲风速。由于随机抽取的脉冲风速参考值过分依赖于预设的转速数据库，存在偶然性，求取平均值是一种有效降低随机误差的方式，解决了脉冲风速参考值仅是单次抽取导致随机误差大而降低用户体验感的问题。

作为优选，在步骤S1中，随机选定某段模拟自然风持续时间长度是从预设的正态分布时间数据库随机抽取时间数据。模拟自然风速的持续时间决定了模拟自然风的变化快慢，实际自然风是阵性的，变化快慢也是无规律的，随机抽取的持续时间长度能满足无规则的特性，达到良好的模拟效果。

作为优选，在步骤S1中，自然风模式包括节能模式和运动模式，选择节能模式时抽取持续时间长度的随机库下限大于选择运动模式时抽取持续时间长度的随机库上限。单片机设定的不同控制条件产生不同的自然风模式，节能模式下模拟自然风的变化速度较为缓慢，生成的模拟自然风较为柔和；运动模式下的模拟自然风的变化速度较为急促，生成的模拟自然风较为强烈，客户可以根据自身实际体验或实际需求调换不同类型模拟自然风，提升自身体感舒适度。

作为优选，在步骤S3中，通过一阶低通滤波获得此段时间内的模拟自然风风速的计算公式为：n=a*s+（1-a）*m，式中，s：此段持续时间内的脉冲风速与自然风基础风速之和；a：一阶滤波器的滤波系数；m：上一段时间内的模拟自然风风速；n：此段时间内的模拟自然风风速。a是一阶滤波器的滤波系数，a越大，实际转速越靠近计算转速。低通滤波处理可以平滑风速，防止机体以不适当风速运行，达到更佳的自然风模拟效果。

作为优选，在步骤S4中，判断是当控制模拟时间长度达到某段模拟自然风持续时间长度时，返回S1；当控制模拟时间长度未达到某段模拟自然风持续时间长度时，若风速档位或自然风模式发生变化，则返回S1，否则保持当前模拟自然风风速直至控制模拟时间长度达到某段模拟自然风持续时间长度。结合风速档位和风速模式的实际调整，通过循环往复抽取计算的方式，生成的模拟自然风在风速的快、慢和风量的强、弱方面都是随机、不重复的，并且风速运行保持的时间也不固定，机体实现自然风的高度模拟，提升了用户的使用体验。

本发明的有益效果是：本发明采用单片机控制风机转速，利用算法对自然风进行模拟，智能高效，通过不断循环往复改变风机的转速以此实现自然风的送风模式，生成的模拟自然风和大自然的风接近，不存在周期性运转，同时生成的风速经过一阶低通滤波器，转速变化更加平滑，机体使用寿命也得以保护，用户使用舒适感得以提高。

附图说明

图1是本发明方法流程图。

具体实施方式

实施例：如图1所示，本实施例提供了一种基于算法控制的变频风扇自然风模拟方法，包括S101: 根据用户选定的风速档位确定自然风基础风速，基于用户设置的自然风模式，随机选定某段模拟自然风持续时间长度； S102、随机选定若干个此段持续时间内的脉冲风速参考值，计算此段持续时间内的脉冲风速；S103、根据此段持续时间内的脉冲风速与自然风基础风速，判断并计算此段时间内的模拟自然风风速；S104、根据控制模拟时间长度与某段模拟自然风持续时间长度之间的关系，判断是否返回步骤S101。在S101中，变频风扇上设置有不同档位的基本风速，用户根据实际需要，选定适合的风扇档位，作为自然风基础风速。用户可选择的自然风模式包括节能模式和运动模式，节能模式下选定某段模拟自然风持续时间长度较长，风速变化相较之下不明显；运动模式下选定某段模拟自然风持续时间长度较短，风速变化较快。由于某段模拟自然风持续时间长度选定是随机的，具体实施时是从预设的正态分布时间数据库随机抽取时间数据，故结合上述条件，选择节能模式时抽取持续时间长度的随机库下限大于选择运动模式时抽取持续时间长度的随机库上限，实际应用时，所涉及的不同模式下的正态分布时间数据库可由以下C函数实现：

#include<stdio.h>

#include<math.h>

#include "stdlib.h"

unsigned short creat_time(unsigned short min, unsigned short max)

{

unsigned short diff = max - min;

return min + rand() % diff;//生成min到max的随机整数

}

/**

* @brief 生成节能模式时间

*

* @return unsigned short

*/

unsigned short energy_saving_time()

{

return creat_time(10, 20);

}

/**

* @brief 运动模式时间

*

* @return unsigned short

*/

unsigned short movement_time()

{

return creat_time(1, 9);

}

在S102中，脉冲风速是形成模拟自然风风速的重要因素之一，脉冲风速的实际形成过程是从预设的正态分布转速数据库随机抽取若干个转速数据作为此段持续时间内的脉冲风速参考值，即生成多个符合高斯分布的随机转速数据作为试验值，并求取平均值获得此段持续时间内的脉冲风速，实际应用时，进行正态分布转速数据库抽取的过程可由以下C函数实现：

#include<stdio.h>

#include<math.h>

#include "stdlib.h"

double gaussrand_NORMAL()

{

static double V1, V2, S;

static int phase = 0;

float X;

if (phase == 0)

{

do

{

double U1 = (float)rand() / RAND_MAX;

double U2 = (float)rand() / RAND_MAX;

V1 = 2 * U1 - 1;

V2 = 2 * U2 - 1;

S = V1 * V1 + V2 * V2;

}

while (S>= 1 || S == 0);

X = V1 * sqrt(-2 * log(S) / S);

}

else

{

X = V2 * sqrt(-2 * log(S) / S);

}

phase = 1 - phase;

return X;

}

/**

* @brief 生成正态分布的随机数

*

* @param mean 生成随机数的均值

* @param stdc 随机数的偏差

* @return float

*/

float gaussrand(float mean, float stdc)

{

static float last = 0;//上一次转速

float sum = 0;

float a = 0.5;

for (int i = 0; i<10; i++)//多次求平均

{

sum += mean + gaussrand_NORMAL() * stdc;

}

sum /= 10;

if (last == 0) // 第一次生成

{

last = sum;

}

else

{

sum = a * sum + (1 - a) * last; //一阶低通滤波器

last = sum;

}

return sum;

}

在S103中，结合上述获取的随机值，在实际计算模拟此段时间内的模拟自然风风速时，先判断选取的此段时间是否为风扇开机后选取的第一段时间，若此段时间是开机后选取的第一段时间，则模拟自然风风速为此段持续时间内的脉冲风速与自然风基础风速之和；若此段时间不是开机后选取的第一段时间，则将此段持续时间内的脉冲风速与自然风基础风速相加后再通过一阶低通滤波计算获得此段时间内的模拟自然风风速。一阶低通滤波的实现既可以通过硬件电路实现，又可以通过软件算法实现，实际应用时由于变频风扇由单片机控制，一般选用软件算法实现，由一阶低通滤波算法公式推导可知，非第一段时间内的模拟自然风风速计算公式为：n=a*s+（1-a）*m，式中，s：此段持续时间内的脉冲风速与自然风基础风速之和；a：一阶滤波器的滤波系数；m：上一段时间内的模拟自然风风速；n：此段时间内的模拟自然风风速。在S104中，变频风扇按照计算获取的模拟自然风风速保持运行，当控制模拟时间长度达到某段模拟自然风持续时间长度时，返回S101，进行下一轮模拟自然风持续时间长度的随机选定。当控制模拟时间长度未达到某段模拟自然风持续时间长度时，若中途由于用户更改设置风速档位或风速模式发生变化，则返回S101，重新确定自然风基础风速或根据用户设定的自然风模式重新随机选定下一段模拟自然风持续时间长度；否则变频风扇继续保持当前模拟自然风风速直至控制模拟时间长度达到某段模拟自然风持续时间长度。

Claims

1.一种基于算法控制的变频风扇自然风模拟方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种基于算法控制的变频风扇自然风模拟方法，其特征在于，在步骤S3中，所述判断并计算是根据此段时间是否为开机后选取的第一段时间，若此段时间是开机后选取的第一段时间，则将此段持续时间内的脉冲风速与自然风基础风速相加获得此段时间内的模拟自然风风速；若此段时间不是开机后选取的第一段时间，则将此段持续时间内的脉冲风速与自然风基础风速相加后再通过一阶低通滤波计算获得此段时间内的模拟自然风风速。

3.根据权利要求1所述的一种基于算法控制的变频风扇自然风模拟方法，其特征在于，在步骤S2中，所述随机选定若干个此段持续时间内的脉冲风速参考值是从预设的正态分布转速数据库随机抽取若干个转速数据。

4.根据权利要求3所述的一种基于算法控制的变频风扇自然风模拟方法，其特征在于，在步骤S2中，所述若干个脉冲风速参考值经过求取平均值，获得此段持续时间内的脉冲风速。

5.根据权利要求1所述的一种基于算法控制的变频风扇自然风模拟方法，其特征在于，在步骤S1中，所述随机选定某段模拟自然风持续时间长度是从预设的正态分布时间数据库随机抽取时间数据。

6.根据权利要求5所述的一种基于算法控制的变频风扇自然风模拟系统，其特征在于，在步骤S1中，所述自然风模式包括节能模式和运动模式，选择节能模式时抽取持续时间长度的随机库下限大于选择运动模式时抽取持续时间长度的随机库上限。

7.根据权利要求2所述的一种基于算法控制的变频风扇自然风模拟方法，其特征在于，在步骤S3中，所述通过一阶低通滤波获得此段时间内的模拟自然风风速的计算公式为：

n=a*s+（1-a）*m

式中，s：此段持续时间内的脉冲风速与自然风基础风速之和；a：一阶滤波器的滤波系数；m：上一段时间内的模拟自然风风速；n：此段时间内的模拟自然风风速。

8.根据权利要求 1所述的一种基于算法控制的变频风扇自然风模拟方法，其特征在于，在步骤S4中，所述判断是当控制模拟时间长度达到某段模拟自然风持续时间长度时，返回S1；当控制模拟时间长度未达到某段模拟自然风持续时间长度时，若风速档位或自然风模式发生变化，则返回S1，否则保持当前模拟自然风风速直至控制模拟时间长度达到某段模拟自然风持续时间长度。