Обзор контроллера Aquaero 5 XT

Алгоритмы управления

Переходим к закладке Controller, где сосредоточены настройки самих алгоритмов управления. Область закладки условно разделена на три части Sensor, Controller и Output. Первая область отвечает за выбор датчика, относительно которого происходит автоматическое управление, вторая — позволяет выбрать и настроить сам режим регулирования и наконец Output указывает на объект управления. Объектом управления в данном случае могут быть вентиляторы, помпы, модули и лампы подсветки, реле и т.д. Далее мы будет описывать регулировку на примере вентиляторов, но всё ниже сказанное справедливо и для других объектов перечисленных ранее.

При первом запуске Aquasuite 2012 в этой закладке уже присутствовали некие настройки алгоритмов, но мы продемонстрируем как настроить алгоритмы управления с нуля, попутно указав особенности каждого из доступных режимов.

Для добавления режима управления нажмите на «+» в верхнем правом углу закладки Controller.

На момент версии Aquasuite 2012 Beta 8 доступно 5 алгоритмов управления. Четыре из них отведены под вентиляторы/помпы/неоновые лампы и один по модуль подсветки RGB LED. За неимением последнего, рассмотрим только первые четыре.

Начнём с самого простого режима — «Constant value». Иными словами, это режим ручного управления путём задания для вентилятора желаемой постоянной скорости работы.

Так как автоматическая регулировка тут невозможна, то при выборе этого алгоритма недоступно поле Sensor. Для удобства присутствует возможность задания собственного имени (это справедливо для всех режимов, так что в дальнейшем мы будем опускать этот момент).
Доступные параметры:

«Power» — скорость вращения вентилятора в процентах. Меняется с шагом 1%.

Далее следует выбрать объект управления, для этого нажимаем на «+» в верхнем правом углу поля Output.

Перед нами появляется список, включающий основные каналы управления, канал управления модулем подсветки RGB LED, два дополнительных ШИМ каналы управления (Power output) и реле.

Мы выбрали 4-й канал, к которому подключена помпа СВО. Далее останется лишь задать желаемую скорость работы помпы.

Следующий режим, «Two-Point Controller», предусматривает наличие автоматической регулировки по упрошенному алгоритму типа «включить-выключить».

Поле Controller содержит следующие параметры:

«Switch on at» — задаёт температуру, при которой вентилятор будет вращается на максимальной скорости.

«Switch off at» — задаёт температуру, при которой вентилятор выключается.

Таким образом, на вентилятор подаётся напряжение когда температура в контрольной точке достигла значения «Switch on at» и снимается напряжение при достижении температуры «Switch off at».

Для реализации автоматической работы следует выбрать датчик, относительно которого будут меняться обороты вентилятора. Как и в случае выбора объекта управления, список доступных датчиков вызывается нажатием на «+» в поле Sensor.

Список включает все подключённые датчики температуры, а так же встроенные датчики на силовых элементах, программные и виртуальные датчики.

Выбрав датчик и настроив параметры работы режима, добавляем вентилятор в поле Outputs.

Для наших целей мы выбрали 3-й канал управления с вентилятором, обдувающим радиатор силовых транзисторов Aquaero 5.

Режим «Set point Controller» позволяет довольно гибко настроить регулировку скорости вентилятора в зависимости от изменения показаний датчика температуры.

Поле Controller содержит следующие параметры:

«Temperature» — номинальная температура, которую необходимо удерживать.Диапазон значений от 0 до 120 С с шагом 0,01

«Hysteresis» — создаёт диапазон значений «Temperature» +/- значение параметра. Таким образом скорость вентилятора изменятся не сразу достигнув значения «Temperature» а лишь превысив/снизив значение до уровня «Temperature» +/- значение параметра. Диапазон значений параметра от 0 до 10 с шагом 0,1

«Factor P» — пропорциональная составляющая регулятора. Диапазон значений от 0 до 10000 с шагом 1. Обороты вентилятора меняются пропорционально изменению температуры. Чем больше значение параметра тем более интенсивнее меняться скорость вентилятора. Значение 0 отключает пропорциональную составляющую.

«Factor I» — интегральная составляющая регулятора. Диапазон значений от 0 до 10000 с шагом 1. Влияет на изменение скорости вентилятора в зависимости от времени. Чем дольше текущее значение температуры в контрольной точке превышает/меньше «Temperature» +/- «Hysteresis» тем быстрее/медленнее вращается крыльчатка вентилятора. Большее значение параметра соответствует более быстрому изменению скорости вентилятора. Значение 0 отключает интегральную составляющую.

«Factor D» — дифференциальная составляющая регулятора. Диапазон значений от 0 до 10000 с шагом 1. Влияет на изменение скорости вентилятора только в случае изменения температуры. Т.е. важна не текущая температура, а разница между текущей и температурой в предыдущей момент времени. Чем больше эта разница, тем резче меняется скорость вентилятора за данный интервал времени. Большее значение параметра соответствует меньшему интервалу времени. Данный параметр рекомендуется использовать вкупе с «Factor I». Значение 0 отключает пропорциональную составляющую.

Режим «Set point Controller» на самом деле позволяет организовать сразу несколько законов управления скоростью вентилятора. Так например, используя только «Factor P» или только «Factor I» можно получить соответственно пропорциональный и интегральный законы управления скоростью вентилятора или П-регулятор и И-регулятор. Комбинации «Factor P»+«Factor I» и «Factor P»+«Factor D» дают соответственно ПИ- и ПД-регулятор. Ну а задействовав все три параметра получим ПИД-регулятор — наиболее быстрый и точный способ автоматической подстройки скорости вентилятора в зависимости от изменяемой температуры.

Последний и наиболее интересный алгоритм — «Curve controller» — предоставляет возможность пользователю самостоятельно задать характер изменения скорости вентилятора от температуры.

Зависимость задаётся по 16 точкам. По оси X отложена температура от -40 до 100 °C. По оси Y — скорость вентилятора в процентах от 0 до 100%. Видоизменять зависимость совсем не сложно, а следовательно затруднений с настройкой данного алгоритм возникнуть не должно.

Две кнопки «Linear» и «Progressive&» призваны облегчить построение желаемой линии зависимости. Так например, последняя формирует экспоненциальную зависимость. После чего можно вносить собственные корректировки.

Для задания температурного интервала регулирования под графиком есть два движка (в виде стрелок). Двигая вправо и влево можно выставить желаемый диапазон. Так например, на скриншоте выше интервал регулирования составляет 24-38°C.

Итак, изучив настройки датчиков, вентиляторов, а также алгоритмов управления перейдём к их непосредственной отработке.
Тестовая конфигурация:

• Intel Pentium 4 631 @4000Mhz, Vcore=1.25 V
• Asus P5WD2 Intel Glenwood i955X
• 1x1Gb Kingston DDR2-533 4-6-6-18
• Sapphire x1800GTO
• СВО: Резервуар -> Swiftech MCP35X -> Датчик потока -> Датчик температуры -> Thermochill 140.3 + 3 x Yateloon D14SM-12 (втягивают воздух через радиатор) -> Датчик температуры -> резервуар -> проточный нагреватель
• Максимальная возможная скорость вентиляторов на радиаторе 1400RPM

Для определения температурного режима моей системы была использована следующая методология:

• Скорость вентиляторов была зафиксирована на полной мощности, после чего стенд был нагружен 300 Ваттами от проточного нагревателя. Длительность теста — 30-40 мин
• С фиксированной скоростью тех же вентиляторов в 700 оборотов в минуту были сняты показания без тепловой нагрузки
• Температура воздуха в комнате на момент тестирования составила 22.1°C ±0.5°C

В ходе тестирования были получены следующие данные:

Из 4 описанных нами режимов, автоматическую регулировку обеспечивают только последние три. Именно их отработку рассмотрим далее.

Two point controller

Для данного режима были выбраны следующие настройки:

В качестве зависимого параметра, был были выбраны показания виртуального датчика — «Water Avg.» — среднее значение температуры теплоносителя. Максимальная скорость вентиляторов зафиксирована на уровне 90%. Результат работы алгоритма представлен ниже:

Контроллер дожидается повышения температуры до 35 градусов, после чего включает вентиляторы на 1200RPM (или 90%). Снизив температуру ниже 31 градуса, вентиляторы останавливаются. Как видно за час работы такая смена скоростей происходит довольно часто и быстро, что не совсем комфортно из соображений тишины. Немного исправить ситуацию можно зафиксировав нижний предел работы вентилятора в районе 700RPM, установив галочку «Hold minimum power». Также мы изменили приделы работы алгоритма до 31-33 после чего получили следующее:

Как видно, число переключений за час наблюдения снизилось до одного. Плюс данного режима это мгновенная реакция контроллера на выход показаний температуры за установленные пределы. Минус — быстрая смена скоростей вносит неудобства в виде резко меняющегося уровня шума системы.

По нашему мнению, данный режим автоматической регулировки не совсем подходит для комфортной повседневной работы с вентиляторами, если конечно последние не шумны даже на своей максимальной скорости. Но это не делает его полностью бесполезным. Реакцию срабатывания данного алгоритма можно использовать в целях безопасности вашей системы, например, быстро обесточить систему при аварийной ситуации.

Set point controller

Настройки предлагаемые Aquasuite 2012 по умолчанию. Мы лишь изменили температуру удержания — 31°C.

В настройках вентилятора стоит галочка зафиксировать минимальную скорость на уровне 700RPM, максимальное значение — 1200RPM (90%).

Результат:

Контроллер стремится удержать заданную температуру, постепенно подстраивая скорость вентилятора. На пике скорость достигла 85% после чего температура в контрольной точке стала уменьшатся. Стабилизировавшись на уровне 31°C, скорость вентилятора упала до 70% и оставалась таковой вплоть до момента снятия нагрузки.

Совершенству не предела, поэтому поигравшись с настройками можно добиться более быстрой стабилизации скорости вентилятора, что в итоге немного снизит уровень шума системы под нагрузкой. В целом, «Set point controller» отлично справился со своей задачей при этом грамотно распорядился мощностью вентилятора для удержания температуры на заданном уровне.

Curve controller

Учитывая опыт работы предыдущих режимов, мы создали собственную зависимость работы вентилятора от температуры в контрольной точке.

В таблице ниже приведены значения скорости и температуры для каждой из 16 точек, образующие кривую.

Здесь стоит отметить что, в настройках канала управления пределы работы вентилятора были заданы от 42% до 90%. Этот диапазон соответствует 100% диапазону работы режима. Поэтому 50% скорости вентилятора в данном случае не соответствуют 50% работы режима. Это следует учитывать при создании собственных кривых зависимостей по данному алгоритму управления.

В итоге был получен следующий результат:

В начале скорость вентилятора меняется соизмеримо быстро с темпом роста температуры. Далее ввиду большой инерционности системы, обороты увеличивается постепенно, пока температура не достигнет установившегося значения. Кстати последнее, так и не достигло ожидаемых 31°C. При этом максимальная скорость вентиляторов установилась на отметке 72%. Таким образом мы без особых усилий получили режим наиболее эффективный для нашей системы.

Время подвести небольшие итоги по алгоритмам управления. Режим ручного регулирования в излишних комментариях не нуждается. Применим там, где требуется постоянная заданная скорость вентилятора или иных объектов управления. Режим «Two point controller» по нашему скромному мнению мало пригоден для автоматической регулировки оборотов из-за резко меняющегося уровня шума. Такой режим больше пригоден в экстренных ситуациях, когда большие значения RPM могут спасти вашу систему от перегрева. «Set point controller» — довольно гибкий инструмент настройки скорости вентилятора от контролируемой температуры, но требует понимания самого принципа ПИД-регулирования. Иначе можно потратить уйму времени прежде, чем сможете добиться желаемого результата. Как показала практика, предлагаемые производителем параметры для данного режима не являются наилучшими, по крайней мере для нашей системы. Гораздо быстрее настроить кривую регулирования позволяет режим «Curve controller» — он нагляден и интуитивно понятен. Такой подход, без сомнения, понравится как новичкам, так и опытным пользователям.