JP5975105B2 - 温度管理システム - Google Patents

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Description

本発明は、温度管理システムに関する。
近年、高度情報化社会の到来にともなって計算機で多量のデータが扱われるようになり、データセンター等の施設において多数の計算機を同一室内に設置して一括管理することが多くなっている。例えば、データセンターでは、計算機室内に多数のラック（サーバラック）を設置し、各ラックにそれぞれ複数の計算機（サーバ）を収納している。そして、それらの計算機の稼動状態に応じて各計算機にジョブを有機的に配分し、大量のジョブを効率的に処理している。
ところで、計算機は、稼働にともなって多量の熱を発生する。計算機内の温度が高くなると誤動作や故障の原因となるため、冷却ファンを使用してラック内に冷気を取り込み、計算機内で発生した熱をラックの外に排出している。
一方、データセンターでは多大な電力を消費しており、省エネルギーの観点から消費電力の削減が要求されている。計算機の熱による故障や誤動作を防止するために、冷却ファンを常に最大回転数で回転させることも考えられる。しかし、データセンターには多数の冷却ファンが設置されているので、それらの冷却ファンを常に最大回転数で回転させると消費電力が増大し、消費電力の削減が達成できなくなる。
従って、データセンター等の施設で消費する電力を削減するためには、計算機の稼働状態に応じて、冷却設備を効率的に稼働させることが重要となる。
特開２００８−２２７１２７号公報 特開２０１１−２２２０２９号公報
ASTROM,K., and HAGGLUND,T.:"PID controllers: theory, design and tuning"(ISA Press, Research Triangle Park, North Carolina,1995)
リセットワインドアップによる制御性能の低下を抑制でき、計算機等の電子機器を効率的に冷却できる温度管理システムを提供することを目的とする。
開示の技術の一観点によれば、稼働状態に応じて発熱量が変化する複数の電子機器と、前記複数の電子機器の温度を個別に検出する温度検出部と、前記複数の電子機器を冷却する冷却装置と、前記温度検出部の出力に応じて前記冷却装置を制御する制御部とを有し、前記制御部は、前記電子機器がアイドル状態か否かを判定するアイドル状態判定部と、積分器を備え目標値と制御量との差分から操作量を演算する操作量演算部と、前記アイドル状態判定部がアイドル状態と判定したときに前記積分器の蓄積値を所定の値に修正する蓄積値修正部とを有する温度管理システムが提供される。
上記の温度管理システムによれば、アイドル状態のときに積分器の蓄積値を所定の値に修正するので、リセットワインドアップによる制御性能の低下を抑制でき、安定的且つ適切に電子機器を冷却できる。
図１は、第１の実施形態に係る温度管理システムが適用されるデータセンターの一例を示す模式上面図である。 図２は、同じくそのデータセンターの模式側面図である。 図３は、同じくそのデータセンターにおいて、気化式冷却装置を介して外気導入部内に外気を導入した例を示す模式上面図である。 図４は、第１の実施形態に係る温度管理システムを示すブロック図である。 図５は、制御部の構成を説明する機能ブロック図である 図６は、アイドル状態判定マップ記憶部に記憶されるアイドル状態判定マップの一例を示す図である。 図７は、第１の実施形態に係る温度管理システムによる温度管理方法を示すフローチャート（その１）である。 図８は、第１の実施形態に係る温度管理システムによる温度管理方法を示すフローチャート（その２）である。 図９（ａ），（ｂ）は、ＰＩＤ制御を用いた従来法による温度管理の一例（比較例）を示す図である。 図１０（ａ），（ｂ）は、第１の実施形態に係る温度管理システムによる温度管理の例を示す図である。 図１１（ａ），（ｂ）は、観測ノイズが加わる状況における従来法による温度管理の例（比較例）を示す図である。 図１２（ａ），（ｂ）は、観測ノイズが加わる状況における第１の実施形態に係る温度管理システムによる温度管理の例を示す図である。 図１３は、第２の実施形態に係る温度管理システムを示すブロック図である。 図１４は、第２の実施形態に係る温度管理システムの制御部の構成を説明する機能ブロック図である。 図１５は、第２の実施形態に係る温度管理システムによる温度管理方法を示すフローチャート（その１）である。 図１６は、第２の実施形態に係る温度管理システムによる温度管理方法を示すフローチャート（その２）である。 図１７は、第３の実施形態に係る温度管理システムの制御部の構成を説明する機能ブロック図である。 図１８は、第３の実施形態に係る温度管理システムによる温度管理方法を示すフローチャート（その１）である。 図１９は、第３の実施形態に係る温度管理システムによる温度管理方法を示すフローチャート（その２）である。 図２０（ａ），（ｂ）は、第３の実施形態に係る温度管理システムによる温度管理の例を従来法と比較して示す図である。 図２１は、室内に外気を導入しない方式のデータセンターの一例を示す図である。
以下、実施形態について説明する前に、実施形態の理解を容易にするための予備的事項について説明する。
前述したように、データセンター等の施設で消費する電力を削減するためには、電子機器の稼働状態に応じて、冷却設備を効率的に稼働させることが重要となる。
そのために、例えば計算機の温度を測定し、その測定温度と目標温度との偏差に応じて冷却ファンをＰＩＤ（Proportional-Integral-Derivative）制御することが考えられる。しかし、一般的なＰＩＤ制御を計算機の冷却に使用すると、計算機がアイドル状態から稼働状態に移行したときに一時的に制御が機能しない状態が発生し、目標温度に到達するまでに長時間かかってしまうことがある。
これは、計算機がアイドル状態のときにＰＩＤ制御部の積分器に目標値と制御量との偏差が過剰に蓄積されるリセットワインドアップと呼ばれる現象が生じるためである。このリセットワインドアップのため、計算機がアイドル状態から稼働状態に移行した後も、積分器に過剰に蓄積された偏差がなくなるまで制御が機能しなくなる。
一般的に、ＰＩＤ制御では、制御量が目標値に追従できない条件に移行したときや、ある条件下において制御量が追従できない範囲に目標値が設定されたときに、リセットワインドアップが生じる。
以下の実施形態では、リセットワインドアップによる制御性能の低下を抑制でき、計算機を効率的に冷却できる温度管理システムについて説明する。
（第１の実施形態）
図１は第１の実施形態に係る温度管理システムが適用されるデータセンターの一例を示す模式上面図、図２は同じくそのデータセンターの模式側面図である。なお、本実施形態では、外気を利用して計算機（サーバ）を冷却するモジュール型データセンターを例として説明している。
図１，図２に例示したモジュール型データセンターは、直方体形状のコンテナ（筐体）１０と、コンテナ１０内に配置された冷却ファンユニット１２と、複数のラック１３とを有する。各ラック１３には、それぞれ複数の計算機１４が収納されている。
コンテナ１０の相互に対向する２つの面のうちの一方には吸気口１１ａが設けられており、他方には排気口１１ｂが設けられている。また、冷却ファンユニット１２とラック１３との間の空間の上には仕切り板１５が配置されている。
冷却ファンユニット１２には複数の冷却ファン１２ａが設けられている。更に、吸気口１１ａ及び排気口１１ｂには、雨水の侵入を防ぐ雨水侵入防止板や虫等の侵入を防ぐ防虫網が設けられている。本実施形態では、図１に示すように、ラック１３毎に冷却ファンユニット１２が設けられている。
コンテナ１０内の空間は、冷却ファンユニット１２、ラック１３及び仕切り板１５により、外気導入部２１、コールドアイル２２、ホットアイル２３及び暖気循環路２４に分割されている。外気導入部２１は吸気口１１ａと冷却ファンユニット１２との間の空間であり、コールドアイル２２は冷却ファンユニット１２とラック１３との間の空間であり、ホットアイル２３はラック１３と排気口１１ｂとの間の空間である。
ラック１３は、コールドアイル２２側の面が吸気面、ホットアイル２３側の面が排気面となるように配置される。
暖気循環路２４はラック１３及び仕切り板１５の上方の空間であり、ホットアイル２３と外気導入部２１との間を連絡している。暖気循環路２４には、暖気の循環量を調整するためのダンパー１７が設けられている。
図１，図２に例示したモジュール型データセンターでは、外気導入部２１に、外気温が高いときに水の気化熱を利用して外部導入部２１に導入するエアーの温度を下げる気化式冷却装置１６が設けられている。
このようなモジュール型データセンターにおいて、冷却ファンユニット１２の冷却ファン１２ａが回転し、吸気口１１ａを介して外気導入部２１にエアー（外気）が導入される。そして、外気導入部２１内に導入されたエアーは、冷却ファンユニット１２を介してコールドアイル２２に移動し、更にラック１３の吸気面からラック１３内に入って各計算機１４を冷却する。
計算機１４を冷却することにより温度が上昇したエアー（暖気）は、ラック１３の排気面からホットアイル２３に排出され、排気口１１ｂから屋外に排出される。
外気温が高いときにはダンパー１７を閉状態とし、ホットアイル２３から外気導入部２１に暖気が移動しないようにする。外気温が更に高いときには気化式冷却装置１６に水を供給し、図３に示すように気化式冷却装置１６を介して外気導入部２１内に外気を導入する。外気が気化式冷却装置１６を通過する際に水が気化して気化熱を奪うため、外気導入部２１には外気温よりも低温のエアーが導入される。
一方、外気温が低く、ラック１３内に導入されるエアーの温度が予め設定された許容下限温度よりも低くなるおそれがあるときにはダンパー１７を開状態とする。これにより、ホットアイル２３から暖気循環路２４を介して外気導入部２１に暖気の一部が戻り、ラック１３内に導入されるエアーの温度が上昇する。
図４は、第１の実施形態に係る温度管理システムを示すブロック図である。
図４に示すように、本実施形態に係る温度管理システムは、各計算機１４のＣＰＵ１４ａの温度を個別に検出する温度センサ３２と、ラック１３の吸気面側のエアーの温度を検出する温度センサ３３と、制御部３０と、目標値設定部３１と、冷却ファンユニット１２とを含んでいる。計算機１４は電子機器の一例であり、温度センサ３２は温度検出部の一例であり、冷却ファンユニット１２は冷却装置の一例である。
温度センサ３２は、ＣＰＵ１４ａと同一チップ内に形成されており、計算機１４内に設けられた通信器（図示せず）を介してＣＰＵ１４ａの温度を制御部３０に伝送する。
本実施形態では、制御部３０と計算機１４との間の信号の送受信は、ＵＤＰ（User Datagram Protocol）通信を介して行うものとする。但し、制御部３０と計算機１４との間の通信はＵＤＰ通信に限定するものではない。また、本実施形態では、温度センサ３２としてＣＰＵ１４ａと同一チップ内に配置された温度センサを使用しているが、ＣＰＵ１４ａのパッケージに密着して配置した温度センサを使用してもよい。
制御部３０は、例えばマイクロコンピュータ、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）又はＰＬＣ（Programmable logic controller）等を含んで構成される。ラック１３内の特定の計算機１４に専用プログラムを読み込ませ、制御部３０として使用してもよい。
目標値設定部３１には、ＣＰＵ温度の目標値が設定される。目標値は、ＣＰＵ１４ａの許容上限温度よりも低い温度であればよく、ＣＰＵ１４ａの動作状況に応じて変更することができる。本実施形態では、目標値の初期値を８０℃とする。
制御部３０は、温度センサ３２，３３の出力及び目標値設定部３１に設定された目標値に応じて、冷却ファンユニット１２を制御する。制御部３０の動作の詳細については後述する。
図５は、制御部３０の構成を説明する機能ブロック図である。図５のように、制御部３０は、操作量演算部４０と、アイドル状態判定マップ記憶部４１と、高水準温度演算部４２と、制御量平滑化部４３と、アイドル状態判定部４４と、蓄積値修正部４５と、上下限制約部５４と、操作量平滑化部５５と、制御信号生成部５６とを有する。
また、操作量演算部４０は、演算器４０ａ，４０ｂと、比例操作量演算部５１と、微分操作量演算部５２と、積分操作量演算部５３とを有する。比例操作量演算部５１は、比例ゲイン設定部４６を含んで構成されている。また、微分操作量演算部５２は、微分ゲイン設定部４７及び微分器４８を含んで構成されている。更に、積分操作量演算部５３は、積分ゲイン設定部４９及び積分器５０を含んで構成されている。
アイドル状態判定マップ記憶部４１には、ラック１３の吸気面側のエアーの温度とＣＰＵ１４ａのアイドル状態における基準温度との関係を示すアイドル状態判定マップが記憶されている。アイドル状態判定マップ記憶部４１に記憶されるアイドル状態判定マップの一例を図６に示す。
図６のように、アイドル状態判定マップには、データ番号毎に、吸入空気温度Ｔｃ（ラック１３の吸気面側のエアーの温度）と、アイドル状態における基準温度Ｔａ（ＣＰＵ温度）との関係が記載されている。
高水準温度演算部４２は、温度センサ３２から各計算機１４のＣＰＵ温度を入力し、後述するように基準値を超えるＣＰＵ温度を抽出して、アイドル状態判定部４４及び制御量平滑部４３に出力する。制御量平滑部４３は、高水準温度演算部４２から入力したＣＰＵ温度を平滑化処理し、操作量演算部４０に出力する。
アイドル状態判定部４４は、温度センサ３３を介してラック１３の吸気面側のエアーの温度を入力するとともに、高水準演算部４２を介してＣＰＵ温度を入力する。そして、アイドル状態判定部４４は、これらの入力したデータとアイドル状態判定マップ記憶部４１に記憶されているアイドル状態判定マップとを使用して、ＣＰＵ１４ａがアイドル状態か否かを判定する。
アイドル状態判定部４４による判定結果は、蓄積値修正部４５に伝達される。蓄積値修正部４５は、アイドル状態判定部４４によりＣＰＵ１４ａがアイドル状態であると判定したときは、後述するように操作量演算部４０内の積分器５０の蓄積値を修正する。
操作量演算部４０の演算器４０ａは、目標値設定部３１に設定された目標値と、制御量平滑部４３から入力したＣＰＵ温度（平滑化されたＣＰＵ温度）との差分を演算する。
比例操作量演算部５１は、比例ゲイン設定部４６を用いて、演算器４０ａの出力から比例操作量ｕPを算出する。また、微分操作量演算部５２は、微分ゲイン設定部４７及び微分器４８を用いて、演算器４０ａの出力から微分操作量ｕDを算出する。更に、積分操作量演算部５３は、積分ゲイン設定部４９及び積分器５０を用いて、演算器４０ａの出力から積分操作量ｕIを算出する。
演算器４０ｂは、比例操作量演算部５１から出力される比例操作量ｕPと、微分操作量演算部５２から出力される微分操作量ｕDと、積分操作量演算部５３から出力される積分操作量ｕIとを加算する。この演算器４０ｂから出力される操作量が、操作量演算部４０の出力として上下限制約部５４に出力される。
上下限制約部５４は、操作量演算部４０から出力された操作量を操作量平滑部５５に伝達する。但し、上下限制約部５４は、操作量演算部４０から出力された操作量が予め設定された上限値よりも大きいときは上限値を操作量として操作量平滑部５５に伝達し、下限値よりも小さいときは下限値を操作量として操作量平滑部５５に伝達する。
操作量平滑部５５は、上下限制約部５４から伝達された操作量を平滑化する。制御信号生成部５６は、操作量平滑部５５から出力される操作量に応じた制御信号を生成する。冷却ファンユニット１２の各冷却ファン１２ａは、制御信号生成部５６から出力される制御信号に応じた回転数で回転する。
図７，図８は、本実施例に係る温度管理システムによる温度管理方法を示すフローチャートである。このフローチャートを参照して、制御部３０の動作をより詳細に説明する。なお、ここでは、制御部３０は、図７，図８に示す一連の動作をラック１３毎に、且つ一定の時間毎（例えば１秒毎）に行うものとする。
まず、ステップＳ１１において、制御部３０は、目標値設定部３１に設定された目標値を取得する。
次に、ステップＳ１２に移行し、制御部３０は、温度センサ３２を介して各計算機１４のＣＰＵ温度を取得する。また、ステップＳ１３において、制御部３０は、温度センサ３３を介してラック１３の吸気面側のエアーの温度を取得する。
次に、ステップＳ１４に移行し、制御部３０は、温度センサ３２を介して取得した各計算機１４のＣＰＵ温度の測定値から、ＣＰＵ温度が基準値θ以上のＣＰＵ温度を抽出する。
ここで、基準値θは、0＜θ＜Ｔmaxとする。Ｔmaxは例えば計算機１４のＣＰＵ１４ａがスロットリング（Throttling）する温度である。ＣＰＵ１４ａの温度がＴmaxになると、ＣＰＵ１４ａは自動的にクロックを下げて、ＣＰＵ１４ａの温度がＴmax以上に上昇しないようにする。本実施形態では、基準値θの初期値を１００℃とする。
次に、ステップＳ１５において、制御部３０はＣＰＵ温度を１以上抽出できたか否かを判定する。ＣＰＵ温度を１つも抽出していない場合、すなわち対象とするラック１３内にＣＰＵ温度が基準値θを超えるＣＰＵ１４ａがない場合は、ステップＳ１６に移行する。そして、制御部３０は、基準値θの値をφだけ減少した後、ステップＳ１４に移行する。φは、下記（１）式により算出する。
Figure 0005975105
ここで、αは基準値θの値の減少量を決める定数であり、１よりも小さい任意の値である。但し、αの値が大きすぎると詳細な温度制御ができなくなり、小さすぎると制御が煩雑になる。本実施形態では、αの値を０．０１とする。
このようにして、制御部３０は、基準値θを超えるＣＰＵ温度が１以上抽出されるまでステップＳ１４からステップＳ１６までを繰り返す。
ステップＳ１４において基準値θを超えるＣＰＵ温度が１以上抽出されると、ステップＳ１５からステップＳ１７に移行する。ステップＳ１７において、制御部３０は、ステップＳ１４で取得したＣＰＵ温度を制御量ｙ(ｓ)に設定する。ステップＳ１４で抽出されたＣＰＵ温度が複数の場合は、それらの平均値又は最高値を制御量ｙ(ｓ)に設定する。
上述のステップＳ１４からステップＳ１７までの動作は、高水準温度演算部４２において実行される。
その後、ステップＳ１８に移行し、制御部３０は、制御量ｙ(ｓ)の変動を滑らかにする平滑化処理を実施する。この平滑化処理は、制御量平滑化部４３で行われる。
本実施形態では平滑化法として、一次遅れ伝達関数Ｆ(ｓ)を用いる。この場合、平滑前の制御量をｙinとすると、平滑化後の制御量ｙoutは下記（２）式により算出される。
Figure 0005975105
ここで、一次遅れ伝達関数Ｆ(ｓ)は、下記（３）式で表現される。
Figure 0005975105
（３）式において、ｓはラプラス演算子である。また、Ｔfはフィルタ時定数であり、Ｔfの値が大きいほど時系列において制御量が滑らかになるが、制御応答が遅くなる。本実施形態では、Ｔf＝５とする。
平滑化は、一次遅れ伝達関数のほかに、カルマンフィルタなどを用いて実施することもできる。
次に、ステップＳ１９に移行し、制御部３０は、目標値設定部３１から取得した目標値ｒ(ｔ)と平滑後の制御量ｙ(ｔ)との偏差ｅ(ｔ)を、下記（４）式により計算する。
Figure 0005975105
この計算は、演算器４０ａにより行われる。
また、ステップＳ２０において、制御部３０は、偏差ｅ(ｔ)に応じて比例操作量ｕP(ｔ)を下記（５）式により算出する。
Figure 0005975105
更に、制御部３０は、偏差ｅ(ｔ)の変化量に応じて微分操作量ｕD(ｔ)を、下記（６）式により算出する。
Figure 0005975105
ここで、ＫPは比例ゲインであり、ＫDは微分ゲインである。微分ゲインＫDは、下記（７）式のように比例ゲインＫPと微分時間ＴDとで表現することもできる。
Figure 0005975105
これらの演算は、演算器４０の比例操作量演算部５１及び微分操作量演算部５２により行われる。
次に、ステップＳ２１に移行し、制御部３０は、アイドル状態判定マップ記憶部４１に記憶されているアイドル状態判定マップを参照する。そして、吸気面側のエアーの温度を検索キーとして、吸気面側のエアーの温度の値が近いデータ番号を所定の数だけ取得する。その後、ラック１３の吸気面側のエアーの温度Ｔｃとアイドル状態のＣＰＵの基準温度Ｔａとから、後述するように補間処理を実施してアイドル状態のＣＰＵ基準温度Ｔａbaseを求める。
例えば、アイドル状態判定マップから（Ｔｃi、Ｔａi）,（Ｔｃi+1、Ｔａi+1）の２点を取得し線形補間した場合は、現在の吸入空気温度Ｔｃinから、アイドル状態のＣＰＵ基準温度Ｔａbaseを下記（８）式で算出する。
Figure 0005975105
アイドル状態判定マップから３点以上取得し補間する場合は、下記（９）式に示すラグランジェ補間を用いることもできる。
Figure 0005975105
ここで、Ｍは取得したデータ数である。このほかに、スプライン補間などを用いることもできる。
次に、ステップＳ２２において、制御部３０は、計算機１４がアイドル状態か否かを判定する。ここでは、高水準温度演算部４２から伝達されたＣＰＵ温度（制御量ｙ(ｓ)）の値がＴａbase＋βの値よりも小さければ、すなわちＴａbase＋β＞ｙ(ｓ)が真であるのならば、アイドル状態と判定する。
ここで、βは、アイドル状態のＣＰＵ温度のバラツキを考慮するパラメータであり、正の数である。本実施形態では、βを５℃と設定する。βの値が大きいとアイドル状態の判定基準が緩和され、アイドル状態と判定する温度範囲が広がり、βの値が小さいとアイドル状態の判定基準が厳密になり、アイドル状態と判定する温度範囲が狭くなる。
ステップＳ２２でアイドル状態と判定した場合（ＹＥＳの場合）はステップＳ２３に移行し、アイドル状態でないと判定した場合（ＮＯの場合）はステップＳ２２からステップＳ２４に移行する。
ステップＳ２３では、積分器５０の蓄積値Ｓ(ｔ)を、下記（１０）式に示すように所定の値γに再設定する。本実施形態では、γ＝０とする。
Figure 0005975105
その後、積分操作量演算部５３において、下記（１１）式により積分操作量ｕI(ｔ)を演算する。その後、ステップＳ２５に移行する。
一方、ステップＳ２２からステップＳ２４に移行した場合、制御部３０は、積分操作量演算部５３において下記（１１）式により積分操作量ｕI(ｔ)を演算する。
Figure 0005975105
ここで、Ｓ(ｔ)は積分器５０の蓄積値であり、ＫIは積分ゲインである。ＫIは、下記（１２）式に示すように、比例ゲインＫPと積分時間ＴIとで表現される。
Figure 0005975105
積分演算は、説明を容易にするために離散化した式で表現する。本実施形態では、修正オイラー法（台形則）を採用し、積分演算を下記（１３）式で算出するものとする。
Figure 0005975105
ここで、Δｔはステップ時間である。積分操作量ｕI(ｔ)を演算した後、ステップＳ２５に移行する。
ステップＳ２５において、制御部３０は、演算器４０ｂを使用して、比例操作量演算部５１、微分操作量演算部５２及び積分操作量演算部５３の出力の総和を演算し、操作量として出力する。本実施形態では、冷却ファンユニット１２をＰＩＤ制御する場合について説明しているので、操作量ｕ(ｔ)を下記（１４）式で算出する。
Figure 0005975105
なお、冷却ファンユニット１２をＰＩ制御するのであれば、操作量ｕ(ｔ)を下記（１５）式で算出する。
Figure 0005975105
次に、ステップＳ２６において、制御部３０は、操作量ｕ(ｔ)がｕmin≦ｕ(ｔ)≦ｕmaxの範囲となるように、必要に応じて下記（１６）式又は（１７）式により操作量ｕ(ｔ)を修正する。
Figure 0005975105
Figure 0005975105
この演算は、上下限制約部５４にて行われる。
次に、ステップＳ２７に移行し、制御部３０は、例えば前述した一次遅れ伝達関数を使用して、操作量ｕ(ｔ)を平滑化する。ここでは、操作量ｕ(ｔ)を平滑化する際のフィルタ時定数Ｔfの値を、Ｔf＝１０とする。
次に、ステップＳ２８に移行し、制御部３０は、制御信号生成部５６を使用して、操作量ｕ(ｔ)から冷却ファンユニット１２の制御信号を生成する。本実施形態では、冷却ファン１２ａを制御するためにＰＷＭ(Pulse Width Modulation)信号を生成するものとする。
次いで、ステップＳ２９に移行し、制御部３０は、制御信号に基づいて冷却ファンユニット１２の各冷却ファン１２ａの回転数を制御する。
本実施形態では、上述したように、制御部３０は、アイドル状態のときに積分操作量演算部５３の積分器５０の蓄積値Ｓ(ｔ)を、所定の値γに再設定する。このため、アイドル状態のときに積分器５０に偏差が過剰に蓄積されることがなく、アイドル状態から稼働状態に移行後の制御が適切に行われ、安定的且つ効率的に計算機１４が冷却される。
また、本実施形態においては、制御量平滑化部４３により制御量ｙ(ｓ)を平滑化するとともに、操作量平滑部５５により操作量ｕ(ｔ)を平滑化するので、実際には実施できない振動的な操作量ではなく、実用的な滑らかな操作量が生成される。
更に、本実施形態においては、温度センサ３２を用いてＣＰＵ温度を直接測定し、高水準にあるＣＰＵ温度が目標値を超えないように冷却ファンユニット１２を制御するので、ＣＰＵ温度に応じた効率的な冷却が可能になる。これにより、計算機１４の熱による不具合の発生を回避しつつ、データセンターの消費電力の削減が達成できる。
図９（ａ），（ｂ）は、比較例として、ＰＩＤ制御を用いた従来法による温度管理の一例を示す図である。図９（ａ）はＣＰＵ温度の経時的な変化を示しており、図９（ｂ）は制御部から冷却ファンユニットに供給する制御信号（ファン回転数指令値）の経時的な変化を示している。
図９（ａ），（ｂ）に示す例では、目標温度を８０℃とし、５００秒後にアイドル状態から稼働状態に移行している。なお、図９（ａ）中の実線はＣＰＵ温度の実測値であり、破線は目標温度である。
図９（ａ），（ｂ）からわかるように、従来法では、５００秒後にＣＰＵ温度が上昇して目標値を超えてもしばらくの間は制御が機能せず、ＣＰＵ温度が大きくオーバーシュートしている。
図１０（ａ），（ｂ）は、本実施形態に係る温度管理システムによる温度管理の例を示す図である。図１０（ａ）はＣＰＵ温度の経時的な変化を示しており、図１０（ｂ）は制御部３０から冷却ファンユニット１２に供給する制御信号（ファン回転数指令値）の経時的な変化を示している。図１０（ａ），（ｂ）に示す例では、目標温度を８０℃とし、５００秒後にアイドル状態から稼働状態に移行している。
図１０（ａ），（ｂ）からわかるように、本実施形態に係る温度管理システムによれば、計算機１４がアイドル状態から稼働状態に移行したときに、ファン回転数指令値が速やかに応答して、冷却ファン１２ａの回転数が上昇する。そして、約１１００秒後にＣＰＵ温度が目標温度に到達し、その後ＣＰＵ温度は目標温度に維持される。
図１１（ａ），（ｂ）は、比較例として、観測ノイズが加わる状況における従来法による温度管理の例を示す図である。図１１（ａ）はＣＰＵ温度の経時的な変化を示しており、図１１（ｂ）は制御部から冷却ファンユニットに供給する制御信号のファン回転数指令値の経時的な変化を示している。
図１１（ａ），（ｂ）に示す例では、目標温度の初期値を７０℃とし、約２００秒後に目標温度を８０℃に変更している。なお、図１１（ａ）中の実線はＣＰＵ温度の実測値であり、破線は目標温度である。
図１１（ａ），（ｂ）からわかるように、従来法では、制御信号（ファン回転数指令値）が振動的であり、実際の冷却ファンユニット１２では追従困難な信号を生成していることがわかる。
図１２（ａ），（ｂ）は、観測ノイズが加わる状況における本実施形態に係る温度管理システムによる温度管理の例を示す図である。図１２（ａ）はＣＰＵ温度の経時的な変化を示しており、図１２（ｂ）は制御部３０から冷却ファンユニット１２に供給する制御信号（ファン回転数指令値）の経時的な変化を示している。
図１２（ａ），（ｂ）に示す例では、目標温度の初期値を７０℃とし、約２００秒後に目標温度を８０℃に変更している。なお、図１２（ａ）中の実線はＣＰＵ温度の実測値であり、破線は目標温度である。
図１２（ａ），（ｂ）からわかるように、本実施形態に係る温度管理システムによれば、制御量が振動的であっても、実際の冷却ファンユニット１２が追従可能な滑らかな制御信号を生成している。また、従来法と比較しても応答性が著しく低下することはなく、適切に冷却制御が実現できている。
（第２の実施形態）
図１３は、第２の実施形態に係る温度管理システムを示すブロック図である。本実施形態が第１の実施形態と異なる点は、計算機の消費電力に基づいて計算機がアイドル状態か否かを判定する点にあり、その他の構成は基本的に第１の実施形態と同様である。このため、図１３において、図４と同一物には同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。また、本実施形態においても、図１，図２を参照して説明する。
本実施形態に係る温度管理システムでは、図１３に示すように、計算機１４毎に消費電力センサ６１が設けられており、これらの消費電力センサ６１から制御部３０ａに各計算機１４の消費電力がリアルタイムに入力される。消費電力センサは、消費電力検出部の一例である。
計算機１４は、アイドル状態のときは消費電力が小さく、ＣＰＵ１４ａの稼働率が高いほど消費電力が大きくなる。このため、消費電力を監視することにより、計算機１４がアイドル状態か否かを判定することができる。
図１４は、制御部３０ａの構成を説明する機能ブロック図である。図１４においても、図５と同一物には同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。
計算機１４毎に設置された消費電力センサ６１の出力は、最大消費電力演算部６２に伝達される。最大消費電力演算部６２は、各消費電力センサ６１から与えられる各計算機１４の消費電力のうちから、消費電力の最大値（最大消費電力）を抽出する。
アイドル状態判定部４４は、高水準温度演算部４２を介して与えられるＣＰＵ温度と最大消費電力演算部６２から与えられる最大消費電力とから、計算機１４がアイドル状態か否かを判定する。
例えば、アイドル状態判定部４４は、最大消費電力演算部６２から与えられた最大消費電力が予め設定された値よりも低いとき、又は高水準温度演算部４２から与えられたＣＰＵ温度が予め設定された温度よりも低いときは、アイドル状態と判定する。
一方、アイドル状態判定部４４は、最大消費電力演算部６２から与えられた最大消費電力が予め設定された値以上であり、且つ高水準温度演算部４２から与えられたＣＰＵ温度が予め設定された温度以上であるときには、アイドル状態ではないと判定する。
そして、蓄積値修正部４５は、アイドル状態判定部４４により計算機１４がアイドル状態であると判定したときに、操作量演算部４０内の積分器５０の蓄積値を修正する。
図１５，図１６は、本実施形態に係る温度管理システムによる温度管理方法を示すフローチャートである。このフローチャートを参照して、制御部３０ａの動作をより詳細に説明する。ここでは、制御部３０ａは、図１５，図１６に示す一連の動作をラック１３毎に、且つ一定の時間毎（例えば１秒毎）に行うものとする。
まず、ステップＳ３１において、制御部３０ａは目標値設定部３１に設定された目標値を取得する。
次に、ステップＳ３２に移行し、制御部３０ａは、温度センサ３２を介して各計算機１４のＣＰＵ温度を取得する。また、ステップＳ３３において、制御部３０ａは、消費電力センサ６１を介して各計算機１４の消費電力を取得する。
次に、ステップＳ３４に移行し、制御部３０ａは、温度センサ３２を介して取得した各計算機１４のＣＰＵ温度の測定値から、ＣＰＵ温度が基準値θ以上のＣＰＵ温度を抽出する。
次に、ステップＳ３５において、制御部３０ａはＣＰＵ温度を１以上抽出できたか否かを判定する。ＣＰＵ温度を１つも抽出していない場合、すなわち対象とするラック１３内にＣＰＵ温度が基準値θを超えるＣＰＵ１４ａがない場合は、ステップＳ３６に移行する。そして、制御部３０ａは、基準値θの値を前述の（１）式により算出したφだけ減少した後、ステップＳ３４に移行する。
このようにして、制御部３０ａは、基準値θを超えるＣＰＵ温度が１以上抽出されるまで、ステップＳ３４からステップＳ３６までを繰り返す。
ステップＳ３４において基準値θを超えるＣＰＵ温度が１以上抽出されると、ステップＳ３５からステップＳ３７に移行する。ステップＳ３７において、制御部３０ａは、ステップＳ３４で取得したＣＰＵ温度を制御量ｙ(ｓ)に設定する。ステップＳ３４で抽出されたＣＰＵ温度が複数の場合は、それらの平均値又は最高値を制御量ｙ(ｓ)に設定する。
以上のステップＳ３４からステップＳ３７までの動作は、高水準温度演算部４２において実行される。
その後、ステップＳ３８に移行し、制御部３０ａは、制御量ｙ(ｓ)の変動を滑らかにする平滑化処理を実施する。この平滑処理は、制御量平滑部４３で行われる。
次に、ステップＳ３９に移行し、制御部３０ａは、目標値設定部３１から取得した目標値ｒ(ｔ)と平滑後の制御量ｙ(ｓ)との偏差ｅ(ｔ)を計算する。この計算は、演算器４０ａにより行われる。
次に、ステップＳ４０に移行し、制御部３０ａは、偏差ｅ(ｔ)に応じて比例制御量ｕP(ｔ)を、前述の（５）式により算出する。また、制御部３０ａは、偏差ｅ(ｔ)の変化量に応じて微分操作量ｕD(ｔ)を、前述の（６）式により算出する。
これらの演算は、演算器４０の比例操作量演算部５１及び微分操作量演算部５２により行われる。
次に、ステップＳ４１に移行し、制御部３０ａは、最大電力演算部６２を使用し、消費電力センサ６１から入力した各計算機１４の消費電力から、最大消費電力を抽出する。
次に、ステップＳ４２に移行し、制御部３０ａは、アイドル状態判定部４４において、高水準温度演算部４２により抽出されたＣＰＵ温度と最大消費電力演算部６２により抽出された最大消費電力とを使用して、計算機１４がアイドル状態か否かを判定する。
すなわち、アイドル状態判定部４４は、高水準温度演算部４２により抽出されたＣＰＵ温度が予め設定された温度よりも低い場合、又は最大消費電力演算部６２で抽出された最大消費電力が予め設定された値よりも低い場合は、アイドル状態であると判定する。また、アイドル状態判定部４４は、高水準温度演算部４２により抽出されたＣＰＵ温度が予め設定された温度以上であり、且つ最大消費電力演算部６２で抽出された最大消費電力が予め設定された値以上である場合は、アイドル状態ではないと判定する。
ステップＳ４２でアイドル状態と判定した場合（ＹＥＳの場合）はステップＳ４３に移行し、アイドル状態でないと判定した場合（ＮＯの場合）はステップＳ４２からステップＳ４４に移行する。
ステップＳ４３では、積分器５０の蓄積値Ｓ(ｔ)を、前述の（１０）式に示すように所定の値γに再設定する。本実施形態においても、γ＝０とする。その後、前述の（１１）式により積分操作量ｕI(ｔ)を演算し、ステップＳ４５に移行する。
一方、ステップＳ４２からステップＳ４４に移行した場合、積分操作量ｕI(ｔ)を、前述の（１１）式により算出する。積分操作量ｕI(ｔ)を演算した後、ステップＳ４５に移行する。
ステップＳ４５において、制御部３０ａは、演算器４０ｂを使用し、前述の（１４）式により比例操作量演算部５１、微分操作量演算部５２及び積分操作量演算部５３の出力の総和を演算し、操作量ｕ(ｔ)として出力する。
次に、ステップＳ４６において、制御部３０ａは、操作量ｕ(ｔ)がｕmin≦ｕ(ｔ)≦ｕmaxの範囲となるように、必要に応じて前述の（１６）式又は（１７）式により操作量ｕ(ｔ)を修正する。
次に、ステップＳ４７に移行し、制御部３０ａは、操作量平滑部５５において、操作量ｕ(ｔ)を平滑化する。
次に、ステップＳ４８に移行し、制御部３０ａは、制御信号生成部５６を使用して、操作量ｕ(ｔ)から冷却ファンユニット１２の制御信号を生成する。
次いで、ステップＳ４９に移行し、制御部３０ａは、制御信号に基づいて冷却ファンユニット１２の各冷却ファン１２ａの回転数を制御する。
上述したように、本実施形態においては、計算機１４の消費電力に基づいて計算機１４がアイドル状態か否かを判定する。
本実施形態においても、第１の実施形態と同様に、制御部３０ａは、アイドル状態のときに積分操作量演算部５３の積分器５０の蓄積値Ｓ(ｔ)を、所定の値γに再設定する。このため、アイドル状態のときに積分器５０に偏差が過剰に蓄積されることがなく、アイドル状態から稼働状態に移行後の制御が適切に行われ、安定的且つ効率的に計算機１４が冷却される。
また、本実施形態においても、制御量平滑化部４３により制御量ｙ(ｓ)を平滑化するとともに、操作量平滑部５５により操作量ｕ(ｔ)を平滑化するので、実際には実施できない振動的な操作量ではなく、実用的な滑らかな操作量が生成される。
更に、本実施形態においても、温度センサ３２を用いてＣＰＵ温度を直接測定し、高水準にあるＣＰＵ温度が目標値を超えないように冷却ファンユニット１２を制御するので、ＣＰＵ温度に応じた効率的な冷却が可能になる。これにより、計算機１４の熱による不具合の発生を回避しつつ、データセンターの消費電力の削減が達成できる。
（第３の実施形態）
図１７は、第３の実施形態に係る温度管理システムの制御部の構成を説明する機能ブロック図である。本実施形態が第１の実施形態と異なる点は、制御部内に蓄積値上下限飽和判定部と蓄積値飽和修正部とを設けた点にあり、その他の構成は基本的に第１の実施形態と同様である。このため、図１７において、図５と同一物には同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。また、本実施形態においても、図１，図２を参照して説明する。
本実施形態に係る温度管理システムでは、図１７に示すように、制御部３０ｂ内に、蓄積値上下限飽和判定部７１と、蓄積値飽和修正部７２とを設けている。蓄積値上下限飽和判定部７１は、積分器５０の蓄積値が所定の範囲内であるか否かを判定する。蓄積値飽和修正部７２は、蓄積値上下限飽和判定部７１で積分器５０の蓄積値が予め設定された上限値よりも大きいと判定したときには蓄積値を上限値に修正し、積分器５０の蓄積値が予め設定された下限値よりも小さいと判定したときには蓄積値を下限値に修正する。
図１８，図１９は、本実施形態に係る温度管理システムによる温度管理方法を示すフローチャートである。このフローチャートを参照して、制御部３０ｂの動作をより詳細に説明する。ここでは、制御部３０ｂは、図１８，図１９に示す一連の動作をラック１３毎に、且つ一定の時間毎（例えば１秒毎）に行うものとする。
まず、ステップＳ５１において、制御部３０ｂは目標値設定部３１に設定された目標値を取得する。
次に、ステップＳ５２に移行し、制御部３０ｂは、温度センサ３２を介して各計算機１４のＣＰＵ温度を取得する。また、ステップＳ５３において、制御部３０ｂは、温度センサ３３を介してラック１３の吸気面側のエアーの温度を取得する。
次に、ステップＳ５４に移行し、制御部３０ｂは、温度センサ３２を介して取得した各計算機１４のＣＰＵ温度の測定値から、ＣＰＵ温度が基準値θ以上のＣＰＵ温度を抽出する。
次に、ステップＳ５５において、制御部３０ｂはＣＰＵ温度を１以上抽出できたか否かを判定する。ＣＰＵ温度を１つも抽出していない場合、すなわち対象とするラック１３内にＣＰＵ温度が基準値θを超えるＣＰＵ１４ａがない場合は、ステップＳ５６に移行する。そして、制御部３０ｂは、基準値θの値を前述の（１）式により算出したφだけ減少した後、ステップＳ５４に移行する。
このようにして、制御部３０ｂは、基準値θを超えるＣＰＵ温度が１以上抽出されるまで、ステップＳ５４からステップＳ５６までを繰り返す。
ステップＳ５４において基準値θを超えるＣＰＵ温度が１以上抽出されると、ステップＳ５５からステップＳ５７に移行する。ステップＳ５７において、制御部３０ｂは、ステップＳ５４で取得したＣＰＵ温度を制御量ｙ(ｓ)に設定する。ステップＳ５４で抽出されたＣＰＵ温度が複数の場合は、それらの平均値又は最高値を制御量ｙ(ｓ)に設定する。
以上のステップＳ５４からステップＳ５７までの動作は、高水準温度演算部４２において実行される。
その後、ステップＳ５８に移行し、制御部３０ｂは、制御量ｙ(ｓ)の変動を滑らかにする平滑化処理を実施する。この平滑化処理は、制御量平滑部４３で行われる。
次に、ステップＳ５９に移行し、制御部３０ｂは、目標値設定部３１から取得した目標値ｒ(ｔ)と平滑後の制御量ｙ(ｓ)との偏差ｅ(ｔ)を、前述の（４）式により計算する。この計算は、演算器４０ａにより行われる。
次に、ステップＳ６０に移行し、制御部３０ｂは、偏差ｅ(ｔ)に応じて比例制御量ｕP(ｔ)を、前述の（５）式により算出する。更に、制御部３０ｂは、偏差ｅ(ｔ)の変化量に応じて微分操作量ｕD(ｔ)を、前述の（６）式により算出する。
これらの演算は、演算器４０の比例操作量演算部５１及び微分操作量演算部５２により行われる。
次に、ステップＳ６１に移行し、制御部３０ｂは、アイドル状態判定マップ４１を参照し、ラック１３の吸気面側のエアーの温度Ｔｃとアイドル状態のＣＰＵの基準温度Ｔａとから、アイドル状態のＣＰＵ基準温度Ｔａbaseを求める。
次に、ステップＳ６２において、制御部３０ｂは、計算機１４がアイドル状態か否かを判定する。ここでは、高水準温度演算部４２から伝達されたＣＰＵ温度（制御量ｙ(ｓ)）の値がＴａbase＋βの値よりも小さければ、すなわちＴａbase＋β＞ｙ(ｓ)が真であるのならば、アイドル状態と判定する。本実施形態においても、第１の実施形態と同様に、βの値を５℃とする。
ステップＳ６２でアイドル状態と判定した場合（ＹＥＳの場合）はステップＳ６３に移行し、アイドル状態でないと判定した場合（ＮＯの場合）はステップＳ６２からステップＳ６４ａに移行する。
ステップＳ６３では、積分器５０の蓄積値Ｓ(ｔ)を所定の値γに再設定する。本実施形態においても、γ＝０とする。その後、前述の（１１）式により積分操作量ｕI(ｔ)を演算し、ステップＳ６５に移行する。
一方、ステップＳ６２からステップＳ６４ａに移行した場合、制御部３０ｂは、積分操作量ｕI(ｔ)を、前述の（１１）式で算出する。
その後、ステップＳ６４ｂに移行し、制御部３０ｂは、積分器５０の蓄積値Ｓ(ｔ)がＳmin≦Ｓ(ｔ)≦Ｓmaxを満たすように、必要に応じて積分器５０の蓄積値Ｓ(ｔ)を下記（１８）式又は（１９）式により修正する。
Figure 0005975105
Figure 0005975105
ここで、Ｓminは予め設定された蓄積値の下限値であり、Ｓmaxは予め設定された蓄積値の上限値である。本実施形態では、チューニングを行った結果から、Ｓmaxの値を１００（Ｓmax＝１００）とし、Ｓminの値を−１００（Ｓmin＝−１００）とした。
次に、ステップＳ６５において、制御部３０ｂは、演算器４０ｂを使用し、比例操作量演算部５１、微分操作量演算部５２及び積分操作量演算部５３の出力の総和を演算し、操作量ｕ(ｔ)として出力する。
次に、ステップＳ６６において、制御部３０ｂは、操作量ｕ(ｔ)がｕmin≦ｕ(ｔ)≦ｕmaxの範囲となるように、必要に応じて操作量ｕ(ｔ)を修正する。
次に、ステップＳ６７に移行し、制御部３０ｂは、操作量平滑部５５において、操作量ｕ(ｔ)を平滑化する。
次に、ステップＳ６８に移行し、制御部３０ｂは、制御信号生成部５６を使用して、操作量ｕ(ｔ)から冷却ファンユニット１２の制御信号を生成する。
次いで、ステップＳ６９に移行し、制御部３０ｂは、制御信号に基づいて冷却ファンユニット１２の各冷却ファン１２ａの回転数を制御する。
本実施形態では、上述したように、制御部３０ｂは、アイドル状態のときには積分操作量演算部５３の積分器５０の蓄積量Ｓ(ｔ)を所定の値γに再設定する。このため、アイドル状態のときに積分器５０に偏差が過剰に蓄積されることがなく、アイドル状態から稼働状態に移行後の制御が適切に行われる。
また、本実施形態では、アイドル状態でないときに、積分器５０の蓄積値が所定の範囲内となるように必要に応じて蓄積値を修正する。このため、従来法では制御が追従できない範囲に目標値が範囲に設定された場合においても、積分器５０に偏差が過剰に蓄積されることがなく、安定的且つ効率的に計算機１４が冷却される。
図２０（ａ），（ｂ）は、本実施形態に係る温度管理システムによる温度管理の例を従来法と比較して示す図である。これらの図２０（ａ），（ｂ）において破線は目標値を示し、実線は制御量を示す。ここでは、１０００秒後から２０００秒後までの間、及び３０００秒後から４０００秒後までの間、目標値を制御量が追従できない値に設定している。
従来法では、図２０（ａ）に示すように、制御量が追従できない値に目標値が設定されたときに、目標値が追従できる範囲になってもしばらくの間は制御が機能しない状態が発生する。
これに対し、本実施形態に係る温度管理システムでは、図２０（ｂ）に示すように、制御量が追従できない値に目標値が設定されたときであっても、目標値が追従できる範囲になると速やかに制御が機能する。
（その他の実施形態）
第１〜第３の実施形態では、いずれも室内に外気を導入して計算機を冷却するモジュール型データセンターの温度管理システムについて説明している。しかし、開示の技術は、室内に外気を導入しない方式のデータセンターの温度管理に使用することもできる。図２１は、そのようなデータセンターの一例を示す図である。
計算機室８０内には複数のラック８３と、空調機（パッケージエアコン）８１と、冷却ファンユニット８２とが配置されている。各ラック８３内にはそれぞれ複数の計算機８４が収納されている。また、冷却ファンユニット８２は、複数の冷却ファン８２ａを有している。
冷却ファンユニット８２とラック８３の吸気面との間の区間がコールドアイル９１であり、ラック８３の排気面側の空間がホットアイル９２である。また、冷却ファンユニット８２及びラック８３の上方には仕切り板８５が設けられており、仕切り板８５の上の空間は、ホットアイル９２に排出されたエアーを空調機８１に戻す暖気流路９３となっている。
空調機８１の吹き出し口から吹き出された低温のエアーは、冷却ファンユニット８２によりコールドアイル９１に送られ、ラック８３の吸気面からラック８３内に導入される。ラック８３内に導入されたエアーは、計算機８４内を通る間にＣＰＵ等の電子部品を冷却して温度が上昇し、ラック８３の排気面からホットアイル９２に排出される。
ホットアイル９２に排出されたエアーは、暖気流路９３を通って空調機８１の吸気口に移動する。そして、空調機８１により温度が調整された後、再度吹き出し口から吹き出される。
このようなデータセンターにおいても、例えば第１〜第３の実施形態に記載した温度管理システムを採用することにより、計算機８４の実質的な稼働率の低下を抑制しつつ、ＣＰＵの温度に応じた適切な冷却が可能となる。
なお、上述した各実施形態はいずれも計算機の温度を管理する温度管理システムについて説明しているが、開示した技術を計算機以外の電子機器の冷却に適用することも可能である。
また、上述した各実施形態では同一のラック１３内に収納されている複数の計算機１４を１つのグループとし、グループ毎（ラック１３毎）に対応する冷却ファンユニット１２を制御する場合について説明している。しかし、例えば各ラック１３の上側に配置された複数の計算機１４を１つのグループとし、下側に配置された複数の計算機１４を他のグループとして、各冷却ファンユニット１２の上側の冷却ファン１２ａ及び下側の冷却ファン１２ａを個別に制御してもよい。

Claims (10)

  1. 稼働状態に応じて発熱量が変化する複数の電子機器と、
    前記複数の電子機器の温度を個別に検出する温度検出部と、
    前記複数の電子機器を冷却する冷却装置と、
    前記温度検出部の出力に応じて前記冷却装置を制御する制御部とを有し、
    前記制御部は、前記電子機器がアイドル状態か否かを判定するアイドル状態判定部と、積分器を備え目標値と制御量との差分から操作量を演算する操作量演算部と、前記アイドル状態判定部がアイドル状態と判定したときに前記積分器の蓄積値を所定の値に修正する蓄積値修正部とを有することを特徴とする温度管理システム。
  2. 前記制御部は、前記冷却装置をＰＩＤ（Proportional-Integral-Derivative）制御又はＰＩ（Proportional-Integral）制御することを特徴とする請求項１に記載の温度管理システム。
  3. 前記制御部は、更に前記温度検出部で検出した温度のうちから基準値以上の温度を抽出して前記制御量とする高水準温度演算部と、前記高水準温度演算部から出力される前記制御量を平滑化する制御量平滑部と、前記操作量演算部から出力される操作量に基づいて前記冷却装置を制御する制御信号を生成する制御信号生成部とを有することを特徴とする請求項１又は２に記載の温度管理システム。
  4. 前記制御部は、更に前記操作量演算部と前記制御信号生成部との間に配置されて前記操作量演算部から出力される操作量の上限値及び下限値を制約する上下限制約部を有することを特徴とする請求項３に記載の温度管理システム。
  5. 前記制御部は、更に前記上下限制約部と前記制御信号生成部との間に配置されて前記操作量を平滑化する操作量平滑部を有することを特徴とする請求項４に記載の温度管理システム。
  6. 前記制御部は、前記アイドル状態判定部がアイドル状態でないと判定したときに前記積分器の蓄積値の上限値及び下限値を制約する蓄積値飽和修正部を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の温度管理システム。
  7. 更に、前記電子機器の外のエアーの温度を検出する温度センサを備え、
    前記アイドル状態判定部は、前記温度検出部により検出した温度と前記温度センサにより検出したエアーの温度とに基づいて前記電子機器がアイドル状態か否かを判定することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の温度管理システム。
  8. 更に、前記電子機器の消費電力を検出する消費電力検出部を備え、
    前記アイドル状態判定部は、前記温度検出部により検出した電子機器の温度と前記消費電力検出部により検出した消費電力とに基づいて前記電子機器がアイドル状態か否かを判定することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の温度管理システム。
  9. 前記制御部は、前記基準値以上の温度が抽出できないときに、少なくとも１以上の温度が抽出されるまで前記基準値の値を減少することを特徴とする請求項３乃至８のいずれか１項に記載の温度管理システム。
  10. 前記制御部は、前記複数の電子機器を複数のグループに分割し、前記グループ毎に前記基準値以上の温度を抽出して、前記グループ毎に前記冷却装置を制御することを特徴とする請求項３乃至８のいずれか１項に記載の温度管理システム。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20150156917A1 (en) * 2012-09-04 2015-06-04 Fujitsu Limited Temperature management system

Families Citing this family (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106407143B (zh) * 2015-07-29 2020-07-31 南京中兴新软件有限责任公司 控制移动终端中cpu的热插拔操作的方法和装置
US11711904B2 (en) * 2016-06-03 2023-07-25 Crestron Electronics, Inc. Apparatus for cooling electronic circuitry
US20170354060A1 (en) * 2016-06-03 2017-12-07 Crestron Electronics, Inc. Apparatus for cooling electronic circuitry
US11076501B2 (en) * 2017-05-23 2021-07-27 Crestron Electronics, Inc. Apparatus for cooling electronic circuitry
CN107882759B (zh) * 2016-09-29 2019-11-19 英业达科技有限公司 最佳化散热风扇控制参数的方法及其系统
TWI619887B (zh) * 2016-10-14 2018-04-01 英業達股份有限公司 最佳化散熱風扇控制參數的方法及其系統
US11076509B2 (en) 2017-01-24 2021-07-27 The Research Foundation for the State University Control systems and prediction methods for it cooling performance in containment
US11480981B2 (en) * 2017-02-28 2022-10-25 Air Water Biodesign Inc. Temperature control apparatus, temperature control method, computer program, and recording medium
US9846444B1 (en) * 2017-06-07 2017-12-19 Aic Inc. Method for controlling and adjusting fans of electronic apparatus
CN109253099B (zh) * 2017-07-13 2021-08-03 中兴通讯股份有限公司 一种基站风扇控制方法及装置
US10455742B2 (en) * 2017-09-01 2019-10-22 Bitmain Technologies Limited Architecture for cryptocurrency mining operation
CN110579075B (zh) * 2018-06-11 2021-10-01 惠而浦（中国）股份有限公司 一种冰箱变频负载转速控制方法及系统
US11096316B1 (en) * 2018-09-05 2021-08-17 Amazon Technologies, Inc. Discrete set-point-based datacenter cooling based on evaporative cooling status
TWI689221B (zh) 2019-03-14 2020-03-21 國家中山科學研究院 基地站主動式智慧型散熱系統
CN112049811B (zh) * 2019-06-05 2022-06-10 英业达科技有限公司 控制装置的转速的方法
US20210342243A1 (en) * 2020-05-01 2021-11-04 Dell Products L.P. Systems and methods for system power capping based on component temperature margins
US11470746B2 (en) 2020-07-24 2022-10-11 Dell Products L.P. System and method for mitigating corrosion based on service life management
US11513934B2 (en) 2020-07-24 2022-11-29 Dell Products L.P. System and method for service life management by actively reducing corrosive interactions
US11503736B2 (en) 2020-07-24 2022-11-15 Dell Products L.P. System and method for service life management by passively reducing corrosive interactions
CN113589682B (zh) * 2021-09-28 2021-12-28 南方电网调峰调频发电有限公司 一种主变冷却器切换方法及系统
US11706900B1 (en) * 2022-01-14 2023-07-18 Dell Products L.P. Passive and active environmental management of an information handling system

Family Cites Families (33)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61121110A (ja) * 1984-11-19 1986-06-09 Fujitsu Ltd サ−ボ制御装置
JPS6314047A (ja) * 1986-06-28 1988-01-21 三菱重工業株式会社 自動車用空調装置の冷媒流量制御装置
US4999557A (en) 1988-05-02 1991-03-12 Shinko Electric Co., Ltd. Integration proportional controller in servo-control system
JPH01279304A (ja) 1988-05-02 1989-11-09 Shinko Electric Co Ltd サーボ制御系の積分比例補償器
JPH02254501A (ja) * 1989-03-29 1990-10-15 Matsushita Electric Ind Co Ltd プロセス制御装置
JPH0490216A (ja) 1990-08-01 1992-03-24 Fujitsu Ltd 位相比較回路及び位相固定ループ回路
JP3162827B2 (ja) * 1992-09-18 2001-05-08 三洋電機株式会社 温度制御装置
JP3422339B2 (ja) * 1994-11-18 2003-06-30 セイコーエプソン株式会社 画像形成装置
US6006168A (en) * 1997-12-12 1999-12-21 Digital Equipment Corporation Thermal model for central processing unit
JP3994208B2 (ja) * 1998-05-14 2007-10-17 株式会社Ｉｈｉ アクチュエータ制御装置
US6553271B1 (en) 1999-05-28 2003-04-22 Deka Products Limited Partnership System and method for control scheduling
JP2001290504A (ja) * 2000-04-11 2001-10-19 Yaskawa Electric Corp 制御装置
JP2002044882A (ja) * 2000-07-27 2002-02-08 Funai Electric Co Ltd コンセント装置、及び、電源管理システム
US7822967B2 (en) * 2000-09-27 2010-10-26 Huron Ip Llc Apparatus, architecture, and method for integrated modular server system providing dynamically power-managed and work-load managed network devices
US20020138159A1 (en) * 2001-03-26 2002-09-26 Atkinson Lee W. Temperature responsive power supply to minimize power consumption of digital logic without reducing system performance
JP2003056389A (ja) * 2001-08-10 2003-02-26 Bosch Automotive Systems Corp 燃料噴射量制御方法及び装置
US6938433B2 (en) * 2002-08-02 2005-09-06 Hewlett-Packard Development Company, Lp. Cooling system with evaporators distributed in series
JP3808826B2 (ja) * 2002-12-25 2006-08-16 京セラミタ株式会社 モータ制御装置
US20080066889A1 (en) * 2003-02-19 2008-03-20 Isothermal Systems Research Heat exchanging fluid return manifold for a liquid cooling system
US6957544B2 (en) * 2003-07-18 2005-10-25 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Method and apparatus for regulating the operating temperature of electronic devices
JP2007239462A (ja) * 2006-03-03 2007-09-20 Toyota Motor Corp 内燃機関の空燃比制御装置
CN2932930Y (zh) * 2006-06-12 2007-08-08 庄智远 单向冷源流动冷却控温装置
JP2008227127A (ja) 2007-03-13 2008-09-25 Seiko Epson Corp 冷却ファン駆動制御システム、プロジェクタ、プログラム、情報記憶媒体及び冷却ファン駆動制御方法
CN201210278Y (zh) * 2008-02-28 2009-03-18 曲峰 笔记本电脑制冷垫
US8224489B2 (en) * 2008-03-03 2012-07-17 Federspiel, Corporation Method and apparatus for coordinating the control of HVAC units
CN101751108B (zh) * 2008-11-28 2012-12-26 英业达股份有限公司 计算机系统
CN101751053A (zh) * 2008-12-04 2010-06-23 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 风扇驱动电路
JP4947221B2 (ja) * 2010-05-11 2012-06-06 ダイキン工業株式会社 空気調和装置の運転制御装置及びそれを備えた空気調和装置
WO2012165019A1 (ja) * 2011-06-02 2012-12-06 ボッシュ株式会社 酸素濃度センサのヒータ制御装置
US8899060B2 (en) * 2011-06-30 2014-12-02 International Business Machines Corporation Methods and apparatus for cooling electronics
EP2894524B1 (en) * 2012-09-04 2020-01-15 Fujitsu Limited Temperature administration system
US9582010B2 (en) * 2013-03-14 2017-02-28 Rackspace Us, Inc. System and method of rack management
US9690270B2 (en) * 2014-10-22 2017-06-27 Xerox Corporation Method and apparatus for cooling a device based on productivity of the device

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20150156917A1 (en) * 2012-09-04 2015-06-04 Fujitsu Limited Temperature management system
US9645622B2 (en) * 2012-09-04 2017-05-09 Fujitsu Limited Temperature management system

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