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工業(yè)自動化領(lǐng)域的下一個發(fā)展方向要求機器獨立調(diào)整其性能參數(shù)，以完成工廠運營商分配的任務(wù)，或根據(jù)生產(chǎn)力提高人工智能（AI）算法的輸入重新配置了機器本身，以優(yōu)化其行為。具有自我意識的機器的價值在于，它可以最大限度地提高生產(chǎn)力，延長設(shè)備的運行壽命，降低維護成本。

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具有自我意識的運動控制之旅

自我意識是指系統(tǒng)本身的自我意識，基于對其能力和系統(tǒng)性能目標的理解。事實上，具有自我意識的運動控制系統(tǒng)需要實施多個控制環(huán)，以解釋傳感器輸入和預期系統(tǒng)參數(shù)，并允許比較系統(tǒng)自身的操作行為和預期系統(tǒng)性能。為了實現(xiàn)這些目標，創(chuàng)建自我意識的運動控制系統(tǒng)，需要創(chuàng)建自適應(yīng)運動控制代理來監(jiān)控系統(tǒng)的運行，并根據(jù)驅(qū)動系統(tǒng)的工作環(huán)境動態(tài)調(diào)整其性能。在ADI運動控制系統(tǒng)似乎可以通過使用自動代理來檢測和監(jiān)控不斷變化的工作環(huán)境條件。這些條件來源于一系列嵌套閉環(huán)實時性能模型，采用現(xiàn)場級驅(qū)動器的運動參數(shù)。在推導出驅(qū)動系統(tǒng)的電氣和機械模型后，可以比較和調(diào)整自動化系統(tǒng)金字塔中的預期系統(tǒng)性能（如圖1所示）。在要求新的預期系統(tǒng)性能時，需要將一組新的控制參數(shù)傳輸?shù)竭\動控制系統(tǒng)的自適應(yīng)控制部分。然后，系統(tǒng)通過調(diào)整其性能來響應(yīng)匹配新的性能要求。

圖1.自動化系統(tǒng)金字塔

實現(xiàn)自我意識運動控制系統(tǒng)的兩個優(yōu)點是可以自我調(diào)節(jié)，實時自動最大限度地提高運動控制系統(tǒng)的性能。這一新功能為自動化系統(tǒng)金字塔的監(jiān)督、規(guī)劃和管理提供了機會，允許通過增強生產(chǎn)力來調(diào)整自我意識的運動控制系統(tǒng)。支持人工智能的軟件算法可用于調(diào)整系統(tǒng)性能，從而在工廠范圍內(nèi)取得更好的效果。為了更直觀，ADI為了更好地了解實施具有自我意識的運動控制系統(tǒng)所需的四個基本要素，設(shè)計了具有自我意識的運動控制概念圖。

運動控制概念圖具有自我意識：為了實現(xiàn)這一級別的自我意識運動控制，需要開發(fā)控制系統(tǒng)圖。圖2顯示了成功實施自我意識運動控制所需的四個關(guān)鍵要素。

要素I：目標或任務(wù)：有必要為系統(tǒng)設(shè)定明確的目標或任務(wù)。例如，這意味著以最佳方式將啤酒杯從A點移動到B點，而不灑啤酒。

要素II：預期系統(tǒng)行為：明確目標后，具有自我意識的運動控制圖將在下一級發(fā)起預期的運動行為。在啤酒杯的例子中，這將是使用線性運動移動啤酒杯，并自動調(diào)整其運動，以補償不同啤酒杯的重量和尺寸。

自適應(yīng)控制引擎在確定目標和預期系統(tǒng)行為后，通過自動調(diào)整運動控制驅(qū)動及其集成機械系統(tǒng)，在獨特的工作環(huán)境中實現(xiàn)峰值工作性能，實現(xiàn)核心驅(qū)動系統(tǒng)運動與機械系統(tǒng)的動態(tài)驅(qū)動集成。

圖2.運動控制概念圖具有自我意識

要素III：核心驅(qū)動系統(tǒng)：運動控制系統(tǒng)的核心是運動學。電機和驅(qū)動系統(tǒng)的性能水平受到觀察、學習和監(jiān)控。要創(chuàng)建有效的驅(qū)動系統(tǒng)模型，需要智能觀察器來獲得對其運動參數(shù)及其物理限制的基本理解。為了實現(xiàn)這一目標，磁場定向控制器可以使用(FOC)特殊位置傳感器或無傳感器FOC了解電機在操作環(huán)境中如何受力，如何做出反應(yīng)。電機扭矩-磁通電流環(huán)路、速度環(huán)路及其定位環(huán)路的控制參數(shù)值可通過監(jiān)控和自動調(diào)整進一步優(yōu)化驅(qū)動系統(tǒng)響應(yīng)。在收集這些信息并將其送入智能觀察器后，實施優(yōu)化算法，確保運動控制參數(shù)的計算，并確保基本運動控制算法收斂，形成一組最佳運動參數(shù)（如圖3所示）。現(xiàn)在，在創(chuàng)建了間接運動模型來建模和優(yōu)化驅(qū)動系統(tǒng)的運動后，可以引入自適應(yīng)控制引擎，實現(xiàn)下一個具有自我意識的運動控制解決方案。 目前，Trinamic（現(xiàn)已成為ADI公司的一部分)TMCL- IDE運動控制工具的自動調(diào)整可以優(yōu)化運動控制值。

圖3.監(jiān)控和自動調(diào)整扭矩-磁通電流、速度和位置環(huán)路

要素IV：自適應(yīng)控制：運動學和系統(tǒng)FOC在自動調(diào)節(jié)功能的基礎(chǔ)上，我們現(xiàn)在可以專注于下一具有自我意識的下一級運動控制——自適應(yīng)控制引擎。XPPower代理水平智能運動側(cè)重于將預期系統(tǒng)行為(如圖4所示)傳達到自適應(yīng)控制引擎。該系統(tǒng)行為由生產(chǎn)人員和工廠主管提供，或根據(jù)在智能傳感器網(wǎng)絡(luò)中收集工廠數(shù)據(jù)的人工智能生產(chǎn)力算法生成。將預期行為傳輸?shù)阶赃m應(yīng)控制引擎后，具有自我意識的運動控制系統(tǒng)開始動態(tài)重新配置驅(qū)動系統(tǒng)的操作參數(shù)，以匹配預期系統(tǒng)的行為。這些預期行為的一些例子包括要求提高工廠吞吐量或在安全模式下延長電機的使用壽命。自適應(yīng)控制系統(tǒng)繼續(xù)監(jiān)控閉環(huán)系統(tǒng)，以保持其預期的性能水平，因為運動控制系統(tǒng)自動調(diào)整其運動控制參數(shù)以達到新的要求性能水平。即使驅(qū)動系統(tǒng)因機械系統(tǒng)磨損而發(fā)生變化，或者即使電機工作環(huán)境發(fā)生變化，也會保持這種狀態(tài)。現(xiàn)在，該系統(tǒng)已經(jīng)達到了自我意識運動控制的最終水平。

圖4.自適應(yīng)控制模型

使用真實的例子可能是演示這個概念的最佳方式(如圖5所示)。比如調(diào)酒師想從吧臺一側(cè)準確地把一杯滿滿的啤酒傳顧客，但在這個過程中沒有灑出一滴啤酒。如何實現(xiàn)？使用自我意識的運動控制系統(tǒng)會變得非常簡單。這項任務(wù)的目標是在盡可能快的時間內(nèi)將啤酒從調(diào)酒師處取出（A點)送給坐在酒吧旁邊的顧客（B點)，不灑啤酒。本例中的傳輸系統(tǒng)是一個帶有內(nèi)置重量探測器的杯托，用于檢測各種尺寸啤酒杯的重量，并在酒吧上線性移動啤酒杯。想象一下，使用有自我意識的運動控制系統(tǒng)，啤酒可以盡快送給客戶。如果客戶將空啤酒杯或半空啤酒杯放回杯托，方便回調(diào)酒師更新或丟棄，系統(tǒng)將自動調(diào)整其速度和性能。此外，如果調(diào)酒師為顧客提供不同尺寸的玻璃，系統(tǒng)還可以優(yōu)化效率。

圖5.運動控制系統(tǒng)具有自我意識的實際應(yīng)用示例(負載質(zhì)量不同)

雖然聽起來有點令人難以置信，但自我意識的運動控制技術(shù)現(xiàn)在正在迅速發(fā)展，我相信它將在不久的將來進入人們的生活和工作。想象一下，當整個工廠的設(shè)備使用自我意識的電機和智能傳感器時，智能工廠將遠遠超出人們的想象。屆時，工廠車間設(shè)備的潛在故障可以自行修復，設(shè)備的運行壽命可以有效延長，生產(chǎn)過程可以自動調(diào)整，生產(chǎn)力可以最大限度地提高。歡迎來到激動人心的新世界，來真正體驗一下ADI自我意識的運動控制和下一次工業(yè)革命的到來。