TW201821924A - 溫度控制方法及機櫃 - Google Patents

Abstract

一種溫度控制方法，適用於一機櫃，其中一風扇設置於該機櫃，且該風扇根據一輸入訊號而運轉。所述的溫度控制方法包含擷取對應該機櫃的一溫度訊號，計算該輸入訊號與該溫度訊號之間的一偏差訊號，根據偏差訊號來執行一模糊學習，以產生一第一比例係數、一第一積分係數與一第一微分係數，以及根據該第一比例係數、該第一積分係數與該第一微分係數產生一驅動訊號，以執行一比例積分微分（Proportional Integral Derivative, PID）控制，其中該驅動訊號用以驅動該風扇以調節該機櫃的溫度。

Description

溫度控制方法及機櫃

本發明係關於一機櫃，特別關於一種具有溫度感測器的機櫃。

工業生產和測試的過程當中，溫度是常見的控制參數之一，因此溫度的測量及控制具有廣泛的應用價值。目前溫度控制方法主要係使機櫃內部的溫度可以自行調整至一設定溫度，然而當機櫃被設置於複雜的操作環境，例如與多個機櫃一同擺設，環境溫度易有大幅的變化，而僅具有內部溫度調整的機櫃無法立即對環境溫度的變化產生反應，使得機櫃內部的元件的溫度隨環境溫度大幅變化，以至於損毀。

本發明在於提供一種溫度控制方法及機櫃，用以偵測環境溫度變化並因應執行散熱的動作。

依據本發明一實施例的溫度控制方法，適用於一機櫃，其中一風扇設置於該機櫃，且該風扇根據一輸入訊號而運轉。所述的溫度控制方法包含： 擷取對應該機櫃的一溫度訊號；計算該輸入訊號與該溫度訊號之間的一偏差訊號；根據偏差訊號來執行一模糊學習，以產生一第一比例係數、一第一積分係數與一第一微分係數；以及根據該第一比例係數、該第一積分係數與該第一微分係數產生一驅動訊號，以執行一比例積分微分（Proportional-Integral-Derivative, PID）控制，其中該驅動訊號用以驅動該風扇以調節該機櫃的溫度。

依據本發明一實施例的機櫃，具有一風扇、一溫度感測器、一模糊學習模組以及一PID控制模組。其中偏差計算模組耦接於溫度感測模組及模糊學習模組，且PID控制模組耦接於模糊學習模組。風扇係用以根據一輸入訊號而運轉，溫度感測器則用以擷取對應該機櫃的一溫度訊號，偏差計算模組係用以計算該輸入訊號與該溫度訊號之間的一偏差訊號，模糊學習模組根據偏差訊號來執行一模糊學習，以產生一第一比例係數、一第一積分係數與一第一微分係數，且PID控制模組係用以根據該第一比例係數、該第一積分係數與該第一微分係數產生一驅動訊號，以執行一PID控制，其中該驅動訊號用以驅動該些風扇以調節該機櫃的溫度。

藉由上述結構，本案所揭示的溫度控制方法及機櫃，偵測對應機櫃的溫度訊號，藉由模糊學習及PID演算法產生驅動訊號，對機櫃的風扇執行PID控制，以調節機櫃的溫度。因此，當環境溫度有大幅變化時，例如機櫃位於其他機櫃的出風口，其他機櫃所排出的熱氣使環境溫度上升，本發明所提出的溫度控制方法及機櫃可以隨著環境溫度變化產生驅動訊號以控制風扇的轉速，避免機櫃因溫度大幅變化而內部元件損壞的情形。

以上之關於本揭露內容之說明及以下之實施方式之說明係用以示範與解釋本發明之精神與原理，並且提供本發明之專利申請範圍更進一步之解釋。

以下在實施方式中詳細敘述本發明之詳細特徵以及優點，其內容足以使任何熟習相關技藝者了解本發明之技術內容並據以實施，且根據本說明書所揭露之內容、申請專利範圍及圖式，任何熟習相關技藝者可輕易地理解本發明相關之目的及優點。以下之實施例係進一步詳細說明本發明之觀點，但非以任何觀點限制本發明之範疇。

請參考圖1，圖1係依據本發明一實施例所繪示的機櫃。如圖1所示，機櫃10具有風扇101、溫度感測器103、偏差計算模組105、模糊學習模組107及比例積分微分（Proportional-Integral-Derivative, PID)控制模組109。其中偏差計算模組105耦接於溫度感測模組103及模糊學習模組107，且PID控制模組109耦接於模糊學習模組107。

風扇101例如係用以排出機櫃10內熱空氣的散熱風扇，用以根據一輸入訊號而運轉。其中輸入訊號例如係關於裝置預設溫度值或使用者所設定的溫度值，本發明不予限制。溫度感測器103例如係一溫度檢測電路，用以擷取對應該機櫃的溫度訊號。於一實施例中，溫度檢測電路藉由三線制熱電阻方法，將機櫃相關的溫度值轉換產生差動電壓訊號，差動電壓訊號經放大器放大後經類比數位轉換成為一電流訊號或電壓訊號，溫度檢測電路再將該電流訊號或電壓訊號傳送至偏差計算模組105。偏差計算模組105例如係一減法器，用以計算輸入訊號與溫度訊號之間的差值作為偏差訊號。模糊學習模組107例如係一軟體，根據偏差訊號執行模糊學習，以產生第一比例係數、第一積分係數與第一微分係數。於另一實施例中，模糊學習模組107係具有上述功能的晶片。PID控制模組109例如係進階精簡指令集機器（Advanced RISC Machine, ARM）晶片，根據第一比例係數、第一積分係數與第一微分係數產生驅動訊號，以執行PID控制。其中，驅動訊號係用以驅動風扇101以調節機櫃的溫度。

請一併參考圖1及圖2。圖2係依據本發明一實施例所繪示的機櫃操作環境的示意圖。於一實施例中，機櫃20具有圖1所示的實施例中的風扇101、溫度感測器103、偏差計算模組105、模糊學習模組107及PID控制模組109，上述各元件的作用及彼此的連接關係於此不再贅述。除了上述元件，機櫃20更具有一進風口211及一出風口213，且機櫃20的風扇201係設置於進風口211或出風口213。如圖2所示，機櫃20在操作環境下被擺設於第二機櫃30周遭，其中第二機櫃30例如係與機櫃20相同的機種，或係其他具有出風口313的機種，本發明不予限制。 於此實施例中，機櫃20的溫度感測器103擷取對應於機櫃20的溫度訊號，其中溫度訊號包含對應於進風口211的一第一溫度及對應於出風口213的一第二溫度。更詳細地說，溫度感測器103例如包含兩溫度感測單元203a, 203b，分別設置於機櫃20的進風口211及出風口213，且兩溫度感測單元分別偵測對應該進風口211的第一溫度以及對應於該出風口213的第二溫度。如此一來，機櫃20藉由溫度感測單元1031, 1033偵測周遭環境的溫度，偵測到的溫度訊號再經偏差計算模組105、模糊學習模組107及PID控制模組109處理以產生驅動訊號控制風扇201。也就是說，機櫃20可以依據周遭環境的溫度以控制風扇101調節機櫃溫度。舉例來說，當機櫃20的出風口213與第二機櫃30的出風口313相對，且第二機櫃30排出熱氣時，機櫃20位於出風口213的溫度感測單元103b將偵測到的溫度訊號傳送至偏差計算模組105，偏差計算模組105計算輸入訊號及溫度訊號之間的偏差訊號，模糊學習模組107依據偏差訊號產生第一比例係數、第一積分係數與第一微分係數，PID控制模組109再依據模糊學習模組107所產生的各係數產生驅動訊號以驅動風扇，使機櫃20能立即對應第二機櫃30排出的熱氣產生反應，避免以往當環境溫度驟升，機櫃因無法即時偵測環境溫度，內部溫度亦隨之驟升，而導致元件損毀的情況。

請參考圖1至圖3。圖3係依據本發明一實施例所繪示的溫度控制方法流程圖。於一實施例中，溫度控制方法適用於如圖1所示的機櫃10。於步驟S31中，溫度感測器103擷取對應於機櫃10的溫度訊號。於另一實施例中，溫度控制方法適用於如圖2所示的機櫃20，溫度感測器103所擷取的溫度訊號包含對應進風口211的第一溫度以及對應出風口213的第二溫度。於步驟S33中，偏差計算模組105計算一輸入訊號與溫度訊號之間的偏差訊號。於步驟S35中，模糊學習模組107根據偏差訊號來執行模糊學習，以產生第一比例係數、第一積分係數及第一微分係數。於一實施例中，偏差訊號包含偏差值以及偏差值變化率，模糊學習模組107判斷偏差值是否超過一第一預設範圍，並判斷偏差值變化率是否超過一第二預設範圍，當偏差值超過第一預設範圍或偏差值變化率超過第二預設範圍，調整偏差值變化率。而當偏差值不超過第一預設範圍且偏差值變化率不超過第二預設範圍，模糊學習模組107執行模糊學習。於一實施例中，輸入訊號與溫度訊號之間的偏差訊號包含偏差值及偏差值變化率，模糊學習模組107根據一量化因子，將偏差值與偏差值變化率量化至一模糊域，以求得第二比例係數、第二積分係數及第二微分係數，再將第二比例係數、第二積分係數及第二微分係數去模糊化，以產生第一比例係數、第一積分係數及第一微分係數。於步驟S37中，PID控制模組109根據第一比例係數、第一積分係數與第一微分係數產生一驅動訊號，以執行PID控制，其中驅動訊號係用以驅動風扇101以調節機櫃的溫度。於一實施例中，PID控制模組109根據第一比例係數、第一積分係數與第一微分係數計算驅動訊號的脈衝寬度調制的一占空比，以驅動風扇101。

請參考圖1及圖4。圖4係依據本發明一實施例所繪示的訊號處理示意圖。溫度感測器103擷取對應機櫃10的溫度訊號S1並傳送制偏差計算模組105，偏差計算模組105計算輸入訊號S2與溫度訊號S1的一偏差訊號e1再將偏差訊號e1傳送至模糊學習模組107以進行模糊學習。模糊學習模組107藉由模糊學習以產生第一比例係數Kp、第一積分係數Ti及第一微分係數Td，並將上述係數分別傳送至PID控制模組109的比例單元1091、積分單元1093及微分單元1095。PID控制模組109依據第一比例係數Kp、第一積分係數Ti及第一微分係數Td產生驅動訊號S3，以控制風扇101的轉速。於一實施例中，溫度感測器103持續將擷取到的溫度訊號S1回饋至偏差計算模組105，直至溫度訊號S1與輸入訊號S2一致或小於一閾值，避免機櫃10因溫度劇烈變化，導致內部元件毀損的情形。

藉由上述結構，本案所揭示的溫度控制方法及機櫃，偵測對應機櫃的溫度訊號，藉由模糊學習及PID演算法產生驅動訊號，對機櫃的風扇執行PID控制，以調節機櫃的溫度。因此，當環境溫度有大幅變化時，例如機櫃位於其他機櫃的出風口，其他機櫃所排出的熱氣使環境溫度上升，本發明所提出的溫度控制方法及機櫃可以隨著環境溫度變化產生驅動訊號以控制風扇的轉速，避免機櫃因溫度大幅變化而內部元件損壞的情形。

雖然本發明以前述之實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。在不脫離本發明之精神和範圍內，所為之更動與潤飾，均屬本發明之專利保護範圍。關於本發明所界定之保護範圍請參考所附之申請專利範圍。

10‧‧‧機櫃

101‧‧‧風扇

103‧‧‧溫度感測器

105‧‧‧偏差計算模組

107‧‧‧模糊學習模組

109‧‧‧比例積分微分控制模組

1091‧‧‧比例單元

1093‧‧‧積分單元

1095‧‧‧微分單元

20‧‧‧機櫃

211‧‧‧進風口

213‧‧‧出風口

203a、203b‧‧‧感測單元

30‧‧‧第二機櫃

313‧‧‧出風口

S1‧‧‧溫度訊號

S2‧‧‧輸入訊號

S3‧‧‧驅動訊號

e1‧‧‧偏差訊號

Kp‧‧‧第一比例係數

Ti‧‧‧第一積分係數

Td‧‧‧第一微分係數

圖1係依據本發明一實施例所繪示的機櫃。 圖2係依據本發明一實施例所繪示的機櫃操作環境的示意圖。 圖3係依據本發明一實施例所繪示的溫度控制方法流程圖。 圖4係依據本發明一實施例所繪示的訊號處理示意圖。

Claims (10)

1. 一種溫度控制方法，適用於一機櫃，該機櫃設置一風扇，該風扇根據一輸入訊號而運轉，所述該溫度控制方法包括：擷取對應該機櫃的一溫度訊號；計算該輸入訊號與該溫度訊號之間的一偏差訊號；根據該偏差訊號來執行一模糊學習，以產生一第一比例係數、一第一積分係數與一第一微分係數；以及根據該第一比例係數、該第一積分係數與該第一微分係數產生一驅動訊號，以執行一比例積分微分(PID)控制，其中該驅動訊號用以驅動該風扇以調節該機櫃的溫度。
2. 如請求項1所述之溫度控制方法，其中該機櫃具有一進風口與一出風口，該溫度訊號包括對應該進風口的一第一溫度與對應該出風口的一第二溫度，該風扇設置於該進風口或該出風口。
3. 如請求項1所述之溫度控制方法，其中該偏差訊號包括一偏差值與一偏差值變化率，而於根據該偏差訊號來執行該模糊學習，以產生對應該PID控制的該第一比例係數、該第一積分係數與該第一微分係數的步驟中，更包括：根據一量化因子，將該偏差值與該偏差值變化率量化至一模糊域，以求得一第二比例係數、一第二積分係數與一第二微分係數；以及將該第二比例係數、該第二積分係數與該第二微分係數去模糊化，以產生該第一比例係數、該第一積分係數與該第一微分係數。
4. 如請求項3所述之溫度控制方法，其中於根據該偏差訊號來執行該模糊學習，以產生對應該PID控制的該第一比例係數、該第一積分係數與該第一微分係數的步驟中，更包括：判斷該偏差值是否超過一第一預設範圍以及該偏差值變化率是否超過一第二預設範圍；以及當該偏差值超過該第一預設範圍或該偏差值變化率超過該第二預設範圍時，則調整該偏差值變化率。
5. 如請求項3所述之溫度控制方法，其中於根據該第一比例係數、該第一積分係數與該第一微分係數產生該驅動訊號，以執行該PID控制的步驟中，包括：根據該第一比例係數、該第一積分係數與該第一微分係數計算該驅動訊號的脈衝寬度調制的一占空比，以驅動該風扇。
6. 一種機櫃，包括：一風扇，用以根據一輸入訊號而運轉；一溫度感測器，用以擷取對應該機櫃的一溫度訊號；一偏差計算模組，耦接該溫度感測器，用以計算該輸入訊號與該溫度訊號之間的一偏差訊號；一模糊學習模組，耦接該偏差計算模組，根據該偏差訊號來執行一模糊學習，以產生一第一比例係數、一第一積分係數與一第一微分係數；以及一PID控制模組，耦接該模糊學習模組，用以根據該第一比例係數、該第一積分係數與該第一微分係數產生一驅動訊號，以執行一PID控制，其中該驅動訊號用以驅動該風扇以調節該機櫃的溫度。
7. 如請求項6所述之機櫃，其中該機櫃具有一進風口與一出風口，該溫度訊號包括對應該進風口的一第一溫度與對應該出風口的一第二溫度，該風扇設置於該進風口或該出風口。
8. 如請求項6所述之機櫃，其中該偏差訊號包括一偏差值與一偏差值變化率，而該模糊學習模組更進一步根據一量化因子，將該偏差值與該偏差值變化率量化至一模糊域，以求得一第二比例係數、一第二積分係數與一第二微分係數，以及將該第二比例係數、該第二積分係數與該第二微分係數去模糊化，以產生該第一比例係數、該第一積分係數與該第一微分係數。
9. 如請求項8所述之機櫃，其中該模糊學習模組更進一步判斷該偏差值是否超過一第一預設範圍以及該偏差值變化率是否超過一第二預設範圍，以及當該偏差值超過該第一預設範圍或該偏差值變化率超過該第二預設範圍時，則調整該偏差值變化率。
10. 如請求項8所述之機櫃，其中該PID控制模組更進一步根據該第一比例係數、該第一積分係數與該第一微分係數計算該驅動訊號的脈衝寬度調制的一占空比，以驅動該風扇。