一种风扇控制方法和控制系统与流程

1.本发明实施例涉及计算机技术领域，尤其涉及一种风扇控制方法和控制系统。


背景技术：

2.一般来说，在现有技术当中，伺服器(server)的控制系统需要在设定的特定环境与状况下进行温度与整机系统总功耗等的测试。伺服器的整机系统内至少配置有以下各项设备：中央处理器(central processing unit，cpu)、存储器、硬盘、网卡以及图形处理器(graphic processing unit，gpu)等。在实际测试中，要求控制系统在25摄氏度的环境温度下所测得的控制系统的瞬间最大总功耗不超过900w。
3.在25摄氏度的环境温度条件下，图形处理器安全工作的临界温度tsp为72摄氏度，负载(loading)压力则是从10％一直加压至100％为止，每10％的负载压力测试一组结果，单一组的测试时间长为20分钟。测试结果显示，稳定阶段的控制系统的总功耗低于870w，但控制系统功耗会存在数个尖峰(peak)，尖峰的暂态功耗最高达到了930w，显著地大于控制系统稳定时的设定总功耗900w。为了满足暂态总功耗不超过900w的要求，此处必须消除控制系统的功耗尖峰。


技术实现要素：

4.本发明提供一种风扇控制方法和控制系统，以实现对控制系统总功耗的控制。
5.本发明实施例提供了一种风扇控制方法，该方法应用于至少包括发热组件、风扇以及控制器的控制系统，包括：
6.设定升温控制参数和降温控制参数；
7.基于控制器读取发热组件的当前温度以及前一刻温度；
8.基于控制器比较当前温度与前一刻温度，以判断发热组件处于升温阶段或降温阶段；
9.其中，当确定发热组件处于升温阶段时，基于控制器依据升温控制参数回馈控制风扇，当确定发热组件处于降温阶段时，基于控制器依据降温控制参数回馈控制风扇。
10.进一步地，还包括：基于控制器判断是否需要启动比例积分微分(proportional-integral-derivative，pid)控速策略。
11.进一步地，升温控制参数大于降温控制参数。
12.本发明实施例还提供了一种控制系统，所述控制系统至少包括：发热元件、风扇、控制器，所述控制器用于读取所述发热组件的当前温度以及前一刻温度；比较所述当前温度与所述前一刻温度，以判断所述发热组件处于升温阶段或降温阶段；当确定所述发热组件处于所述升温阶段时，依据预先设定的升温控制参数回馈控制所述风扇，当确定所述发热组件处于所述降温阶段时，依据预先设定的降温控制参数回馈控制所述风扇。
13.本发明实施例的技术方案，提供一种风扇控制方法，该方法应用于至少包括发热组件、风扇以及控制器的控制系统，包括：设定升温控制参数和降温控制参数；基于控制器
读取发热组件的当前温度以及前一刻温度；基于控制器比较当前温度与前一刻温度，以判断发热组件处于升温阶段或降温阶段；其中，当确定发热组件处于升温阶段时，基于控制器依据升温控制参数回馈控制风扇，当确定发热组件处于降温阶段时，基于控制器依据降温控制参数回馈控制风扇。上述技术方案，利用不同的升温控制参数和降温控制参数实现对控制系统总功耗的控制，有效的达到较为稳定的控制系统总功耗。
14.本技术的这些方面或其他方面在以下的描述中会更加简明易懂。
附图说明
15.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
16.图1为本发明实施例提供的风扇控制方法的流程图；
17.图2为本发明实施例提供的控制系统的结构示意图。
18.附图标记：
19.10:发热组件、20:控制器、21:输入单元、22:储存单元、23:计算单元、24:输出单元、30:复杂可程序化逻辑设备、40:风扇。
具体实施方式
20.下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
21.本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。
22.本技术的说明书以及附图中的术语“第一”和“第二”等是用于区别不同的对象，或者用于区别对同一对象的不同处理，而不是用于描述对象的特定顺序。
23.此外，本技术的描述中所提到的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选的还包括其他没有列出的步骤或单元，或可选的还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
24.在更加详细地讨论示例性实施例之前应当提到的是，一些示例性实施例被描述成作为流程图描绘的处理或方法。虽然流程图将各项操作(或步骤)描述成顺序的处理，但是其中的许多操作可以被并行地、并发地或者同时实施。此外，各项操作的顺序可以被重新安排。当其操作完成时所述处理可以被终止，但是还可以具有未包括在附图中的附加步骤。所述处理可以对应于方法、函数、规程、子例程、子程序等等。此外，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
25.需要说明的是，本技术实施例中，“示例性的”或者“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本技术实施例中被描述为“示例性的”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其它实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“示例性的”或者“例
如”等词旨在以具体方式呈现相关概念。
26.在本技术的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指两个或两个以上。
27.图1为本发明实施例提供的风扇控制方法的流程图，图2为本发明实施例提供的控制系统的结构示意图，如图2所示，控制系统至少包括：发热元件10、风扇40以及控制器20。其中，发热元件10通常为产生热量的发热元件，例如，可以为cpu或者gpu等。控制器20可以为基板管理控制器(baseboard management controller，bmc)，控制器20为pid控制器时，pid控制器可以包括储存单元22和计算单元23，储存单元22中储存有pid控制值，计算单元23用于基于pid控制值进行计算。本实施例可适用于需要对图2所示的控制系统总功耗进行控制的情况，该方法可以由控制系统来执行，如图1所示，该方法具体包括如下步骤：
28.s01、设定升温控制参数和降温控制参数。
29.s02、基于控制器读取发热组件的当前温度以及前一刻温度。
30.s03、基于控制器判断是否需要启动pid控速策略。
31.具体地，基于控制器读取到发热元件的温度和风扇的转速之后，可以根据发热元件的温度和风扇的转速判断风扇是否处于正常工作状态，进而确定是否需要启动pid控速策略以及启动pid控速策略的计算方式等。
32.pid控速策略具有的pid控制值包括比例系数kp、积分系数ki以及微分系数kd。通常在负载加压测试中启动pid控速策略，pid控速策略可以快速确定合适的风扇转速以满足发热元件的控温要求。
33.在确定需要启动pid控速策略时，执行s04，否则，返回执行s02。
34.s04、启动pid控速策略。
35.s05、基于控制器比较当前温度与前一刻温度，以判断发热组件处于升温阶段或降温阶段。
36.具体地，基于控制器比较当前温度与前一刻温度，以判断发热组件的温度为上升趋势或者下降趋势，即处于升温阶段或者降温阶段。
37.需要说明的是，可以根据当前温度与前一刻温度的数值大小来判断发热组件的温度处于上升趋势或者下降趋势，也可以根据当前温度与前一刻温度的数值差距来判断发热组件的温度处于上升趋势或者下降趋势，即可以根据数值差距和特定阀值(threshold)确定发热组件的温度处于上升趋势或者下降趋势。
38.s06、当确定发热组件处于降温阶段时，控制器依据降温控制参数确定风扇的当前脉波宽度调变值。
39.当确定发热组件的温度为下降趋势，即处于降温阶段时，控制器依据降温控制参数(一种pid控制值)计算风扇的脉波宽度调变值，并将其确定为风扇的当前脉波宽度调变值pwm(i)，因此，通过控制器回馈控制风扇，实现对控制系统总功耗的控制。
40.s07、当确定发热组件处于升温阶段时，控制器依据升温控制参数确定风扇的当前脉波宽度调变值。
41.当确定发热组件的温度为上升趋势，即处于升温阶段时，控制器依据升温控制参数(另一种pid控制值)计算风扇的脉波宽度调变值，并将其确定为风扇的当前脉波宽度调变值pwm(i)，因此，通过控制器回馈控制风扇，实现对控制系统总功耗的控制。
42.控制器通过pid控速策略计算风扇的脉波宽度调变值的方式如下：
43.控制器根据风扇的前一刻脉波宽度调变值pwm(i-1)以及风扇的脉波宽度调变差值δpwm(i)确定风扇的当前脉波宽度调变值pwm(i)＝pwm(i-1)+pwm(i)。风扇的脉波宽度调变差值δpwm(i)的具体计算方式系依据如下所示的公式来进行计算所得出：pwm(i)＝kp*[e(i)
–
e(i-1)]+ki*e(i)+kd*[t(i)
–
2*t(i-1)+t(i-2)]。其中，e(i)＝t(i)-tsp，t(i)为发热组件在第i时刻、也就是当前时刻的温度；tsp为发热组件安全工作的临界温度；kp、ki和kd为基板管理控制器内储存具有的pid控制值，kp为比例系数、ki为积分系数，kd为微分系数。
[0044]
当处于降温阶段时，pid控制值为降温控制参数，代入进行计算可以得出当前脉波宽度调变值pwm(i)；当处于升温阶段时，pid控制值为升温控制参数，代入进行计算可以得出当前脉波宽度调变值pwm(i)。
[0045]
本发明实施例提供一种风扇控制方法，该方法应用于至少包括发热组件、风扇以及控制器的控制系统，该方法包括：设定升温控制参数和降温控制参数；基于控制器读取发热组件的当前温度以及前一刻温度；基于控制器比较当前温度与前一刻温度，以判断发热组件处于升温阶段或降温阶段；其中，当确定发热组件处于升温阶段时，基于控制器依据升温控制参数回馈控制风扇，当确定发热组件处于降温阶段时，基于控制器依据降温控制参数回馈控制风扇。上述技术方案，利用不同的升温控制参数和降温控制参数实现对控制系统总功耗的控制，有效的达到较为稳定的控制系统总功耗。
[0046]
如图2所示，本发明实施例的pid控速策略通过程式的方式写入控制器20当中，其具体的控制逻辑如下：控制器20与发热组件10和复杂可程序化逻辑设备(complex programmable logic device，简称cpld)30进行通信，控制器20的输入单元21读取到发热组件10的温度和风扇40的当前转速等信息，控制器20的储存单元22中的散热策略(包含pid控速策略)与输入单元21所读取到的信息共同传送到控制器20的计算单元23内，计算单元23判断控制系统是否处于正常工作状态，以决定是否需要启动pid控速策略，以及启动pid控速策略的计算方式等，并将计算出的风扇40的脉波宽度调变差值δpwm(i)作为风扇控制指令由控制器20的输出单元24传送到复杂可程序化逻辑设备30，复杂可程序化逻辑设备30再将控制器20传送的风扇控制指令传送至风扇40，风扇40将依据复杂可程序化逻辑设备30传送的风扇控制指令决定是否调整和如何调整风扇40的转速，最终完成控制器20对风扇40的控制。另外，风扇40也可以将风扇信息(包含有转速等)传送给复杂可程序化逻辑设备30，复杂可程序化逻辑设备30再将其回馈传送至输入单元21。因此，风扇40转速的变化将造成发热组件10的温度发生改变，进而反作用于控制器20的控制，实现了发热组件10的温度与风扇40的转速的双向作用。
[0047]
在实验测试中，可以利用特定的负载压力测试软件来进行实验测试，尤其是针对控制系统的图形处理器，在实验过程中，图形处理器的功耗将瞬间减半而后快速恢复到满功耗，呈现先急速下降后又急速上升的现象，使得图形处理器的温度随之先快速下降后又快速上升。然而，由于此负载压力加压条件下的散热风险点和风扇的控速点均在图形处理器，即加压条件下的图形处理器会是唯一决定风扇转速的组件。因此，图形处理器每一个周期的结束和开启会造成风扇转速的剧烈波动。
[0048]
由于图形处理器的温度与其功耗紧密相关，而风扇的转速需先读到图形处理器的温度再行调整，因此风扇的转速对于图形处理器功耗的响应存在一定的延迟，而这种延迟
必然导致风扇转速的调整存在过量，造成风扇转速和功耗均存在尖峰，进而造成系统总功耗存在有尖峰。
[0049]
基于以上分析，为减小图形处理器每一个周期的结束和再开启过程对风扇转速的影响，从而达到控制整机系统总功耗的目的，本发明提出了以下的pid控速策略：在升温阶段和降温阶段设置不同的pid控制值。具体来讲，在图形处理器处于升温阶段时设置较大的pid控制值，以快速响应图形处理器温度的变化；在图形处理器处于降温阶段时设置有较小的pid控制值，以减小风扇转速的下降程度。举例来说，图形处理器处于升温阶段时升温控制参数的pid控制值的参数分别为3、0.5和0.1，图形处理器处于降温阶段时降温控制参数的pid控制值的参数分别为1、0.2和0.1，可以明显的看出，升温控制参数大于降温控制参数。
[0050]
更详细地来说，通过在升温阶段和降温阶段设置不同的pid控制值，而且，升温控制参数较大，降温控制参数较小。当处于升温阶段时，图形处理器的温度上升较快，利用较大的升温控制参数的pid控制值可以产生较大的脉波宽度调变差值pwm(i)，利于快速拉升风扇的转速，从而降低图形处理器的温度；当处于降温阶段时，利用较小的降控制参数的pid控制值可以计算得出较小的脉波宽度调变差值pwm(i)，使得周期结束时的风扇转速下降幅度较小，尽管周期再开启时图形处理器的温度上升，但此时风扇的转速较大，可减缓图形处理器的温升速度，减少图形处理器的温度达到最高点后的风扇超调，从而达到降低风扇的功耗尖峰和系统总功耗尖峰的目的。
[0051]
本发明实施例主要目的在于减少图形处理器在降温阶段时风扇转速的下降程度，在降温阶段时的pid控制值的参数较小，使得图形处理器的温度降低时风扇转速的下降程度较小，提高了图形处理器在周期结束到再开启阶段的风扇最低转速，从而尽管周期结束到再开启的功耗和温度上升，但此时风扇的转速仍然较大，故拉升风扇的需求减小，风扇的功耗和系统总功耗将随之下降。
[0052]
本发明实施例中，图形处理器在周期过程当中的功耗将先急速下降后又急速上升，使得图形处理器的温度、风扇的转速、风扇的功耗和控制系统的总功耗均出现先快速下降而后又迅速上升的现象，提出了一种有效的pid控速策略，透过设定升温控制参数和降温控制参数，减小风扇的最大转速，降低风扇的功耗，从而达到降低控制系统瞬间最大总功耗的目的，满足不希望见到功耗尖峰的要求。
[0053]
需要说明的是，上述pid控速策略的重点在于策略本身，而所举例的升温控制参数与降温控制参数并非唯一，亦可根据需求的变化做出进一步调整和优化，重点是通过pid控速策略达到降低风扇的最大转速和控制系统最大总功耗的目的。
[0054]
另外，上述pid控速策略虽然是针对图形处理器来进行实际负载加压的压测软件所进行的实验结果，但仍然可以用于其他具有功耗剧烈波动并对控制系统总功耗有严格要求的控制系统配置和机台上。
[0055]
经由负载压力测试软件对图形处理器进行实际测试后发现，在过程中图形处理器的功耗将会先急速下降后又急速上升，使得图形处理器的温度、风扇的转速、风扇的功耗和控制系统总功耗均出现了先快速下降而后又迅速上升的现象。因此，本发明确实提出了一种有效的控制策略，其优点在于：
[0056]
1.能根据发热组件(例如，图形处理器)的温度来调整风扇的转速，具有响应速度
快，控制精度高，且能快速实现稳定控制的特点。
[0057]
2.在升降温阶段采用不同的pid控制值，通过减小降温阶段的风扇转速，有效降低了升温阶段的风扇的最大转速和控制系统的总功耗。
[0058]
3.控制系统的功耗曲线较为平缓，无强烈的功耗尖峰，对于供电设备的冲击小，利于延长设备的寿命。
[0059]
4.仅需在控制器的控速指令中做出一定的增减，改动难度小，且改动的成本低。
[0060]
综上所述，由于本发明通过设定升温控制参数和降温控制参数实现对控制系统总功耗的控制，因此，本发明确实可以有效的达到较为稳定的系统总功耗。
[0061]
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

技术特征：
1.一种风扇控制方法，所述方法应用于至少包括发热组件、风扇以及控制器的控制系统，所述方法包括：设定升温控制参数和降温控制参数；基于所述控制器读取所述发热组件的当前温度以及前一刻温度；基于所述控制器比较所述当前温度与所述前一刻温度，以判断所述发热组件处于升温阶段或降温阶段；其中，当确定所述发热组件处于所述升温阶段时，基于所述控制器依据所述升温控制参数回馈控制所述风扇，当确定所述发热组件处于所述降温阶段时，基于所述控制器依据所述降温控制参数回馈控制所述风扇。2.根据权利要求1所述的风扇控制方法，其特征在于，所述发热组件为图形处理器gpu。3.根据权利要求1所述的风扇控制方法，其特征在于，所述控制器为基板管理控制器。4.根据权利要求1所述的风扇控制方法，其特征在于，还包括：基于所述控制器判断是否需要启动比例积分微分pid控速策略。5.根据权利要求1所述的风扇控制方法，其特征在于，所述升温控制参数和所述降温控制参数，分别对应有比例系数、积分系数以及微分系数。6.根据权利要求5所述的风扇控制方法，其特征在于，所述升温控制参数对应的所述比例系数为3、所述积分系数为0.5、所述微分系数为0.1。7.根据权利要求5所述的风扇控制方法，其特征在于，所述降温控制参数对应的所述比例系数为1、所述积分系数为0.2、所述微分系数为0.1。8.根据权利要求1所述的风扇控制方法，其特征在于，所述升温控制参数大于所述降温控制参数。9.根据权利要求1所述的风扇控制方法，其特征在于，所述控制器依据所述升温控制参数以回馈控制所述风扇，以及依据所述降温控制参数以回馈控制所述风扇时，通过所述控制器计算并输出所述风扇的当前脉波宽度调变值。10.一种控制系统，其特征在于，所述控制系统至少包括：发热元件、风扇、控制器，所述控制器用于读取所述发热组件的当前温度以及前一刻温度；比较所述当前温度与所述前一刻温度，以判断所述发热组件处于升温阶段或降温阶段；当确定所述发热组件处于所述升温阶段时，依据预先设定的升温控制参数回馈控制所述风扇，当确定所述发热组件处于所述降温阶段时，依据预先设定的降温控制参数回馈控制所述风扇。

技术总结
本发明公开了一种风扇控制方法和控制系统，该方法应用于至少包括发热组件、风扇以及控制器的控制系统，包括：设定升温控制参数和降温控制参数；基于控制器读取发热组件的当前温度以及前一刻温度；基于控制器比较当前温度与前一刻温度，以判断发热组件处于升温阶段或降温阶段；其中，当确定发热组件处于升温阶段时，基于控制器依据升温控制参数回馈控制风扇，当确定发热组件处于降温阶段时，基于控制器依据降温控制参数回馈控制风扇。上述技术方案，利用不同的升温控制参数和降温控制参数实现对控制系统总功耗的控制，有效的达到较为稳定的控制系统总功耗。定的控制系统总功耗。定的控制系统总功耗。


技术研发人员：李彪 张连飞
受保护的技术使用者：英业达股份有限公司
技术研发日：2023.06.01
技术公布日：2023/8/6