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工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的下一個(gè)發(fā)展方向要求機(jī)器獨(dú)立調(diào)整其性能參數(shù)，以完成工廠運(yùn)營(yíng)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(jī)器本身，以優(yōu)化其行為。具有自我意識(shí)的機(jī)器的價(jià)值在于，它可以最大限度地提高生產(chǎn)力，延長(zhǎng)設(shè)備的運(yùn)行壽命，降低維護(hù)成本。

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具有自我意識(shí)的運(yùn)動(dòng)控制之旅

自我意識(shí)是指系統(tǒng)本身的自我意識(shí)，基于對(duì)其能力和系統(tǒng)性能目標(biāo)的理解。事實(shí)上，具有自我意識(shí)的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)需要實(shí)施多個(gè)控制環(huán)，以解釋傳感器輸入和預(yù)期系統(tǒng)參數(shù)，并允許比較系統(tǒng)自身的操作行為和預(yù)期系統(tǒng)性能。為了實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，創(chuàng)建自我意識(shí)的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，需要?jiǎng)?chuàng)建自適應(yīng)運(yùn)動(dòng)控制代理來(lái)監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行，并根據(jù)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的工作環(huán)境動(dòng)態(tài)調(diào)整其性能。在ADI運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)似乎可以通過使用自動(dòng)代理來(lái)檢測(cè)和監(jiān)控不斷變化的工作環(huán)境條件。這些條件來(lái)源于一系列嵌套閉環(huán)實(shí)時(shí)性能模型，采用現(xiàn)場(chǎng)級(jí)驅(qū)動(dòng)器的運(yùn)動(dòng)參數(shù)。在推導(dǎo)出驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的電氣和機(jī)械模型后，可以比較和調(diào)整自動(dòng)化系統(tǒng)金字塔中的預(yù)期系統(tǒng)性能（如圖1所示）。在要求新的預(yù)期系統(tǒng)性能時(shí)，需要將一組新的控制參數(shù)傳輸?shù)竭\(yùn)動(dòng)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(lái)響應(yīng)匹配新的性能要求。

圖1.自動(dòng)化系統(tǒng)金字塔

實(shí)現(xiàn)自我意識(shí)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)是可以自我調(diào)節(jié)，實(shí)時(shí)自動(dòng)最大限度地提高運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的性能。這一新功能為自動(dòng)化系統(tǒng)金字塔的監(jiān)督、規(guī)劃和管理提供了機(jī)會(huì)，允許通過增強(qiáng)生產(chǎn)力來(lái)調(diào)整自我意識(shí)的運(yùn)動(dòng)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(shí)施具有自我意識(shí)的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)所需的四個(gè)基本要素，設(shè)計(jì)了具有自我意識(shí)的運(yùn)動(dòng)控制概念圖。

運(yùn)動(dòng)控制概念圖具有自我意識(shí)：為了實(shí)現(xiàn)這一級(jí)別的自我意識(shí)運(yùn)動(dòng)控制，需要開發(fā)控制系統(tǒng)圖。圖2顯示了成功實(shí)施自我意識(shí)運(yùn)動(dòng)控制所需的四個(gè)關(guān)鍵要素。

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

要素II：預(yù)期系統(tǒng)行為：明確目標(biāo)后，具有自我意識(shí)的運(yùn)動(dòng)控制圖將在下一級(jí)發(fā)起預(yù)期的運(yùn)動(dòng)行為。在啤酒杯的例子中，這將是使用線性運(yùn)動(dòng)移動(dòng)啤酒杯，并自動(dòng)調(diào)整其運(yùn)動(dòng)，以補(bǔ)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(biāo)和預(yù)期系統(tǒng)行為后，通過自動(dòng)調(diào)整運(yùn)動(dòng)控制驅(qū)動(dòng)及其集成機(jī)械系統(tǒng)，在獨(dú)特的工作環(huán)境中實(shí)現(xiàn)峰值工作性能，實(shí)現(xiàn)核心驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)與機(jī)械系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)集成。

圖2.運(yùn)動(dòng)控制概念圖具有自我意識(shí)

要素III：核心驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)：運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的核心是運(yùn)動(dòng)學(xué)。電機(jī)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的性能水平受到觀察、學(xué)習(xí)和監(jiān)控。要?jiǎng)?chuàng)建有效的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)模型，需要智能觀察器來(lái)獲得對(duì)其運(yùn)動(dòng)參數(shù)及其物理限制的基本理解。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，磁場(chǎng)定向控制器可以使用(FOC)特殊位置傳感器或無(wú)傳感器FOC了解電機(jī)在操作環(huán)境中如何受力，如何做出反應(yīng)。電機(jī)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(dòng)調(diào)整進(jìn)一步優(yōu)化驅(qū)動(dòng)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(shí)施優(yōu)化算法，確保運(yùn)動(dòng)控制參數(shù)的計(jì)算，并確保基本運(yùn)動(dòng)控制算法收斂，形成一組最佳運(yùn)動(dòng)參數(shù)（如圖3所示）�，F(xiàn)在，在創(chuàng)建了間接運(yùn)動(dòng)模型來(lái)建模和優(yōu)化驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)后，可以引入自適應(yīng)控制引擎，實(shí)現(xiàn)下一個(gè)具有自我意識(shí)的運(yùn)動(dòng)控制解決方案。 目前，Trinamic（現(xiàn)已成為ADI公司的一部分)TMCL- IDE運(yùn)動(dòng)控制工具的自動(dòng)調(diào)整可以優(yōu)化運(yùn)動(dòng)控制值。

圖3.監(jiān)控和自動(dòng)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(yùn)動(dòng)學(xué)和系統(tǒng)FOC在自動(dòng)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(shí)的下一級(jí)運(yùn)動(dòng)控制——自適應(yīng)控制引擎。XPPower代理水平智能運(yùn)動(dòng)側(cè)重于將預(yù)期系統(tǒng)行為(如圖4所示)傳達(dá)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(yù)期行為傳輸?shù)阶赃m應(yīng)控制引擎后，具有自我意識(shí)的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)開始動(dòng)態(tài)重新配置驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的操作參數(shù)，以匹配預(yù)期系統(tǒng)的行為。這些預(yù)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(zhǎng)電機(jī)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(yù)期的性能水平，因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)整其運(yùn)動(dòng)控制參數(shù)以達(dá)到新的要求性能水平。即使驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)因機(jī)械系統(tǒng)磨損而發(fā)生變化，或者即使電機(jī)工作環(huán)境發(fā)生變化，也會(huì)保持這種狀態(tài)�，F(xiàn)在，該系統(tǒng)已經(jīng)達(dá)到了自我意識(shí)運(yùn)動(dòng)控制的最終水平。

圖4.自適應(yīng)控制模型

使用真實(shí)的例子可能是演示這個(gè)概念的最佳方式(如圖5所示)。比如調(diào)酒師想從吧臺(tái)一側(cè)準(zhǔn)確地把一杯滿滿的啤酒傳顧客，但在這個(gè)過程中沒有灑出一滴啤酒。如何實(shí)現(xiàn)？使用自我意識(shí)的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)會(huì)變得非常簡(jiǎn)單。這項(xiàng)任務(wù)的目標(biāo)是在盡可能快的時(shí)間內(nèi)將啤酒從調(diào)酒師處取出（A點(diǎn))送給坐在酒吧旁邊的顧客（B點(diǎn))，不灑啤酒。本例中的傳輸系統(tǒng)是一個(gè)帶有內(nèi)置重量探測(cè)器的杯托，用于檢測(cè)各種尺寸啤酒杯的重量，并在酒吧上線性移動(dòng)啤酒杯。想象一下，使用有自我意識(shí)的運(yùn)動(dòng)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(dòng)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(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)具有自我意識(shí)的實(shí)際應(yīng)用示例(負(fù)載質(zhì)量不同)

雖然聽起來(lái)有點(diǎn)令人難以置信，但自我意識(shí)的運(yùn)動(dòng)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(lái)進(jìn)入人們的生活和工作。想象一下，當(dāng)整個(gè)工廠的設(shè)備使用自我意識(shí)的電機(jī)和智能傳感器時(shí)，智能工廠將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出人們的想象。屆時(shí)，工廠車間設(shè)備的潛在故障可以自行修復(fù)，設(shè)備的運(yùn)行壽命可以有效延長(zhǎng)，生產(chǎn)過程可以自動(dòng)調(diào)整，生產(chǎn)力可以最大限度地提高。歡迎來(lái)到激動(dòng)人心的新世界，來(lái)真正體驗(yàn)一下ADI自我意識(shí)的運(yùn)動(dòng)控制和下一次工業(yè)革命的到來(lái)。