CN117365994A - 风扇控制方法 - Google Patents

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CN117365994A CN202311561531.3A CN202311561531A CN117365994A CN 117365994 A CN117365994 A CN 117365994A CN 202311561531 A CN202311561531 A CN 202311561531A CN 117365994 A CN117365994 A CN 117365994A
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吴国平
张连飞
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Inventec Pudong Technology Corp
Inventec Corp
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Inventec Pudong Technology Corp
Inventec Corp
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D27/00—Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or pumping systems specially adapted for elastic fluids
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D27/00—Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or pumping systems specially adapted for elastic fluids
    • F04D27/004—Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or pumping systems specially adapted for elastic fluids by varying driving speed

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)
  • Control Of Positive-Displacement Air Blowers (AREA)

Abstract

本发明提供一种风扇控制方法，包括以基板管理控制器执行：从第一温度传感器取得第一温度，依据第一温度及一比例‑积分‑微分计算式决定第一转速，其中所述比例‑积分‑微分计算式的比例项为：其中t代表时间，Δt代表间隔时间，EV(t)代表在时间为t时，所述第一温度与设定温度的误差，EV′(t)代表EV(t)的一阶导数，f(EV(t),p)代表比例项的系数，以及至少依据所述第一转速控制至少一风扇。本发明能够对服务器内的组件产生的高温进行快速响应。

Description

风扇控制方法
技术领域
本发明关于服务器以及风冷系统，特别是一种风扇控制方法。
背景技术
服务器的风冷系统用于控制服务器的温度。风冷系统通常由风扇和散热器组成，风扇将空气吹入服务器并通过散热器冷却，从而降低服务器的温度。
为了合理地调节服务器在工作时的功率损耗，并有效的控制噪音音量，通常采用比例-积分-微分(Proportional-Integral-Derivative，PID)的控制方法，通过监控服务器内的组件的当前温度或基板上的温度传感器数值的变化，实时且动态地调整风扇转速，从而达到冷却服务器内发热组件的目的。
然而，随着服务器组件的功耗不断地增加，组件的温度上升速度也逐渐增快，为了响应这种异常状态下的组件产生的高温，通常会给风冷系统设置一个较高的风扇转速，从而达到控制系统内组件温度的目的。但是紧急提升风扇转速将会使得风冷系统的调速不稳定，若想再次恢复稳定，将会耗费大量的时间。
发明内容
有鉴于此，本发明提出一种风扇控制方法，这是一种应对服务器内的组件产生的高温的快速响应机制。
依据本发明一实施例的一种风扇控制方法，包括以基板管理控制器执行：从至少一第一温度传感器取得至少一第一温度；依据所述至少一第一温度及一比例-积分-微分计算式决定第一转速，其中所述比例-积分-微分计算式的比例项为：
其中t代表时间，Δt代表间隔时间，EV(t)代表在时间为t时，所述至少一第一温度与设定温度的误差，EV′(t)代表EV(t)的一阶导数，f(EV(t),p)代表比例项的系数；以及至少依据所述第一转速控制至少一风扇。
以上关于本揭露内容的说明及以下实施方式的说明用以示范与解释本发明的精神与原理，并且提供本发明的专利申请范围更进一步的解释。
附图说明
图1为本发明一实施例的风扇控制方法适用的风冷系统的方块架构图；
图2为依据本发明一实施例所绘示的风扇控制方法的流程图；以及
图3为依据本发明另一实施例所绘示的风扇控制方法的流程图。
元件标号说明
S0 开机状态
S5 关机状态
T1-T3,P0-P8 步骤
10 入口传感器
11 智能网络卡
12 开放运算计划网络卡
13 温度传感器
14 中央处理器
15 双列直插内存模块
16 电压调解模块
19 其他组件
20 基板管理控制器
30 复杂可程序化逻辑设备
41,42,43 风扇
具体实施方式
以下在实施方式中详细叙述本发明的详细特征以及优点，其内容足以使任何熟习相关技艺者了解本发明的技术内容并据以实施，且根据本说明书所揭露的内容、申请专利范围及图式，任何熟习相关技艺者可轻易地理解本发明相关的目的及优点。以下实施例用于进一步详细说明本发明的观点，但非以任何观点限制本发明的范畴。
请参考图1。图1为本发明一实施例的风扇控制方法适用的服务器的方块架构图。如图1所示，所述服务器包括下列组件：入口(inlet)传感器10、智能网络卡(Smart NetworkInterface Card,Smart NIC)11、开放运算计划网络卡(Open Compute Project NIC，OCPNIC)、设置在基板上的多个温度传感器13、中央处理器(Central Processing Unit，CPU)14、双列直插内存模块(Dual In-line Memory Module，DIMM)15、电压调解模块(VoltageRegulator Module，VRM)16、服务器所需的其他组件19、基板管理控制器(BaseboardManagement Controller，BMC)20、复杂可程序化逻辑设备(Complex Programmable LogicDevice，CPLD)30、风扇41、42及43。所述服务器所需的其他组件例如包括：显示适配器、电源供应组件…等。本发明不限制其他组件的数量以及类型。
服务器上电不开机的状态称为S5状态，在此状态下，需要进行风扇控速的组件包括入口传感器10、智能网络卡11、开放运算计划网络卡12以及设置在基板上的多个温度传感器13，如图1中的虚线方框S5所示。服务器上电开机的状态称为S0状态，在此状态下，图1所示的所有组件都可以进行风扇控速。
请一并参考图1及图2。图2为依据本发明一实施例所绘示的风扇控制方法的流程图。图2所示的方法可适用但不限于图1所示的服务器，以下以图1所示的服务器的组件运作来示例性地说明图2所示的方法。图2所示的步骤T1至步骤T3可以由图1所示的基板管理控制器20执行。
在步骤T1中，基板管理控制器20从至少一第一温度传感器取得至少一第一温度。
所述至少一第一温度传感器包括分别设置于智能网络卡11、开放运算计划网络卡12及主板的多个温度传感器13。
在步骤T2中，当基板管理控制器20的工作状态正常的时候，基板管理控制器20依据所述至少一第一温度及一比例-积分-微分计算式决定第一转速，其中比例-积分-微分计算式的比例项如下方式一：
其中t代表时间，Δt代表间隔时间，EV(t)代表在时间为t时，所述至少一第一温度与设定温度的误差，EV′(t)代表EV(t)的一阶导数，f(EV(t),p)代表比例项的系数。
在步骤T3中，基板管理控制器20至少依据所述第一转速控制风扇41、42及43中的至少一个。
一般而言，PID控速的数学模型如下方式二：
其中PWM(t)代表控制器(也称为调节器)的输出；EV(t)代表控制器的输入(通常是当前温度与设定温度的差，即EV(t)＝PV(t)-SV(t)，其中PV(t)代表当前温度，SV(t)代表设定温度)；kp代表控制器的比例放大系数；ki代表控制器的积分时间；kd代表控制器的微分时间。
将式二离散化，可以获得第t秒时风扇41、42及43的PWM表达式，如下方式三：
依据式三，在时间上退Δt可以得到风扇41、42及43的PWM表达式，如下方式四：
结合式三及式四，可以得到标准的风扇41、42及43的PWM表达式，如下方式五：
在式五中，比例项为kp[EV(t)-EV(t-Δt)]，积分项为kiEV(t)，微分项为kd[EV(t)+EV(t-2Δt)-2EV(t-Δt)]。
为了区分在不同PID参数的修正引入值做统一修正，本发明针对不同的温差区间提出修正函数定义项f(EV,τ)，如下方式六：
在式六的设定中，当EV的温差范围低于-10℃或者高于10℃时，抑止PID控速，目的是为了将实际不参与控速的温度范围各个组件的对于风扇PWM的输出的干扰清除掉。
式六中的τ可以用p、i或d取代，且满足下方式七：
此外，kp，ki和kd分别是PID函数中的P，I，和D中的设定参数值项。一般情况下，kp取值范围是2-5，ki取值范围是0.2-1，kd取值范围是0-1。
本发明的核心内容是将PWM的比例项进行关于温度的积分处理，再关于时间参数离散化。这么做的好处是能够通过PID中的比例项强作用控制风扇转速的上升和下降。更新后的比例项函数计算如下方式八：
更新后的积分项函数计算如下方式九，其中f(EV,i)代表积分项系数。
f(EV,i)×EV(t)(式九)
更新后的微分项函数计算如下方式十，其中f(EV,d)代表微分项的系数。
f(EV,d)×[EV(t)+EV(t-2Δt)-2EV(t-Δt)](式十)
以下范例说明更新后的比例项函数的效果：
当EV<-10时，因为当前组件的温度距离设定温度具有较大的余量，所以不需要做额外的控速。
当-10≤EV<5时，组件的PID控速将会作用，这部分与现有的PID控速的效果相同。
当5≤EV<10时，分为以下几种状况讨论：
状况1，上一秒EV＝3，切入时PWM值为P1，下一秒为EV＝8，风扇的转速将会爬升到P1+Ki×2+(8-5)×20＝P1+2Ki+60。
状况2，上一秒EV＝3，切入时PWM值为P1，下一秒为EV＝12，风扇的转速将会爬升到P1+Ki×2+(10-5)×20＝P1+2Ki+100。由于风扇最高转速是100％，最终输出的风扇PWM为100％。
状况3，上一秒EV＝3，切入时PWM值为P1，下一秒为EV＝12，风扇的转速将会爬升到P1+Ki×2+(10-5)×20+(12-10)×0＝P1+2Ki+100。最终输出的风扇PWM为100％，但是这部分能够记录。
状况4，当在状况3的基础上，如果EV有跌落到3，风扇的PWM有稳定跌落到P1，以防止风扇转速无法实时回调或者回调不充分引起的风扇PWM的失控下的转速转动。
请一并参考图1及图3。图3为依据本发明另一实施例所绘示的风扇控制方法的流程图。图3所示的方法可适用但不限于图1所示的服务器，以下以图1所示的服务器的组件运作来示例性地说明图3所示的方法。图3所示的步骤P0、P2至P7可以由图1所示的基板管理控制器20执行。
在步骤P0中，判断基板管理控制器20是否正常工作。若判断为否则继续步骤P1，若判断为是则继续步骤P2。
在步骤P1中，当基板管理控制器20的工作状态不正常时，以复杂可程序化逻辑设备30控制风扇41、42及43。
在步骤P2中，基板管理控制器20取得入口传感器10的感测温度，并判断入口传感器10的温度是否正常(是否落于第一默认正常温度范围)。若判断为否(未落于第一默认正常温度范围)则继续步骤P3，若判断为是(落于第一默认正常温度范围)则继续步骤P4及步骤P5。
在步骤P3中，若基板管理控制器20判断入口传感器10的温度异常增高，则写入入口传感器10的温度为40℃以参与后续针对入口处的控速逻辑，也就是继续步骤P4。步骤P3完成后也会继续步骤P5。
在步骤P4中，基板管理控制器20启用入口线性控速。详言之，从入口传感器10取得的感测温度称为第二温度，基板管理控制器20利用第二温度及一默认比例决定第二转速，再依据第一转速及第二转速决定第三转速，并以第三转速控制该控制风扇41、42及43。
在步骤P5中，基板管理控制器20判断其他温度传感器13的温度是否正常。若判断为是则继续步骤P6，若判断为否则继续步骤P7。
在步骤P6中，如果每个组件的温度都正常，则启用PID控速。步骤P6的具体实施细节如图2的步骤T1至步骤T3所述，在此不重复叙述。
在步骤P7中，如果有某个传感器的感测温度异常，则进入异常控速，由异常进风控速表进行风扇控速。
在一实施例中，为了保证所有的组件没有散热问题，因此会设置一个依据入口温度进行控制的系统风扇转速的异常控速表。此异常控速表是对应到能够控制所有组件在最大压力下不会产生散热问题的最低风扇转速。举例来说，读取不到中央处理器14的温度不代表中央处理器14的散热没有问题，为了保证这种情况下不产生散热问题，会依据实际系统的异常控速表去拉动系统的风扇转速来保证散热没有问题。
如图3所示，步骤P4、P6及P7完成后皆会继续步骤P8。在步骤P8中，以复杂可程序化逻辑设备30对应控制风扇41、42及43。详言之，复杂可程序化逻辑设备30通过计算各个途径计算的风扇PWM权重，择取最高的保证系统内组件的散热效果。换句话说，所有组件的温度都会通过汇总给基板管理控制器20以及通过复杂可程序化逻辑设备30对于置于系统的所有风扇进行控速，最终系统会以最大的风扇Duty去控制，从而保证系统的散热不会有问题。
在本发明其他实施例中，风扇控制方法可以仅包括图3中的步骤P2至P6(即步骤P0-P1、P7至P8可以采用不同于前述的实作方式)；或是仅包括图3中的步骤P5至P7(即步骤P0至P4以及P8可以采用不同于前述的实作方式)；或是步骤P0、P1以及P6(即步骤P2至P5以及P7至P8可以采用不同于前述的实作方式)。
综上所述，本发明一实施例的风扇控制方法提出一种快速响应机制以应对服务器内组件产生的高温。具体逻辑如下：在对组件温度进行PID控制时，对于对应的PID中的ΔPWM的计算模式进行更改。更改的结果主要是将PID中的比例项更改为连续函数的积分差值。当温度远离默认温度范围时，会触发异常控速区间，该段函数中比例项调节程度调整为增加1℃对应系统风扇增加20％风扇PWM，积分项和微分项通过各自的系数设定值进行抑制。当组件产生高温的时候，系统的风扇会在预定的5℃内快速的响应为100％以达到紧急冷却的目的。当组件的高温现象解除后，系统会回落到温度调节所带入的系统风扇转速积分项初始生效的位置，从而实现到系统异常转速解除后，系统能更快的解除异常转速。
虽然本发明以前述的实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。在不脱离本发明的精神和范围内，所为的更动与润饰，均属本发明的专利保护范围。关于本发明所界定的保护范围请参考所附的申请专利范围。

Claims (10)

1.一种风扇控制方法，其特征在于，包括以一基板管理控制器执行：
从至少一第一温度传感器取得至少一第一温度；
依据所述至少一第一温度及一比例-积分-微分计算式决定一第一转速，其中所述比例-积分-微分计算式的比例项为：
其中t代表时间，Δt代表间隔时间，EV(t)代表在所述时间为t时，所述至少一第一温度与设定温度的误差，EV′(t)代表EV(t)的一阶导数，f(EV(t),p)代表所述比例项的系数；以及
至少依据所述第一转速控制至少一风扇。
2.根据权利要求1所述的风扇转速控制方法，其特征在于：
当EV(t)<-10时，f(EV(t),p)为0；
当-10<EV(t)<5时，f(EV(t),p)的设定范围为2至5；
当5<EV(t)<10时，f(EV(t),p)为20；以及
当10<EV(t)时，f(EV(t),p)为0。
3.根据权利要求1所述的风扇转速控制方法，其特征在于，所述比例-积分-微分计算式的积分项为：f(EV,i)×EV(t)；以及所述比例-积分-微分计算式的微分项为：f(EV,d)×[EV(t)+EV(t-2Δt)-2EV(t-Δt)]，其中f(EV,i)及f(EV,d)分别代表所述积分项及所述微分项的系数。
4.根据权利要求1所述的风扇转速控制方法，其特征在于，还包括：
依据一第二温度传感器的感测温度取得一第二温度；
利用所述第二温度及一默认比例决定一第二转速；以及
依据所述第一转速及所述第二转速决定一第三转速，并以所述第三转速控制所述至少一风扇。
5.根据权利要求4所述的风扇转速控制方法，其特征在于，依据所述第二温度传感器的感测温度取得所述第二温度包括：
判断所述感测温度是否落于一第一默认正常温度范围；
当所述感测温度未落于所述第一默认正常温度范围时，设定所述第二温度为一默认温度；以及
当所述感测温度落于所述第一默认正常温度范围时，以所述感测温度作为所述第二温度。
6.根据权利要求1所述的风扇转速控制方法，其特征在于，依据所述至少一第一温度及所述比例-积分-微分计算式决定所述第一转速执行于所述至少一第一温度落于一第二默认正常温度范围的时候。
7.根据权利要求6所述的风扇转速控制方法，其特征在于，还包括：当所述至少一第一温度落于所述第二默认正常温度范围时，依据一异常控速表控制所述至少一风扇，其中所述异常控速表包括一预设最低风扇转速。
8.根据权利要求1所述的风扇转速控制方法，其特征在于，所述至少一第一温度传感器包括分别设置于智能网络卡、开放运算计划网络卡及主板的多个温度传感器。
9.根据权利要求1所述的风扇转速控制方法，其特征在于，依据所述至少一第一温度及所述比例-积分-微分计算式决定所述第一转速执行于所述基板管理控制器的工作状态正常的时候。
10.根据权利要求9所述的风扇转速控制方法，其特征在于，还包括：当所述基板管理控制器的所述工作状态不正常时，以一复杂可程序化逻辑设备控制所述至少一风扇。
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