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工業自動化領域的下一個發展方向要求機器獨立調整其性能參數，以完成工廠運營商分配的任務，或根據生產力提高人工智能（AI）算法的輸入重新配置了機器本身，以優化其行為。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力，延長設備的運行壽命，降低維護成本。

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具有自我意識的運動控制之旅

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

圖1.自動化系統金字塔

實現自我意識運動控制系統的兩個優點是可以自我調節，實時自動最大限度地提高運動控制系統的性能。這一新功能為自動化系統金字塔的監督、規劃和管理提供了機會，允許通過增強生產力來調整自我意識的運動控制系統。支持人工智能的軟件算法可用于調整系統性能，從而在工廠范圍內取得更好的效果。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所需的四個基本要素，設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：為了實現這一級別的自我意識運動控制，需要開發控制系統圖。圖2顯示了成功實施自我意識運動控制所需的四個關鍵要素。

要素I：目標或任務：有必要為系統設定明確的目標或任務。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，并自動調整其運動，以補償不同啤酒杯的重量和尺寸。

自適應控制引擎在確定目標和預期系統行為后，通過自動調整運動控制驅動及其集成機械系統，在獨特的工作環境中實現峰值工作性能，實現核心驅動系統運動與機械系統的動態驅動集成。

圖2.運動控制概念圖具有自我意識

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

圖3.監控和自動調整扭矩-磁通電流、速度和位置環路

要素IV：自適應控制：運動學和系統FOC在自動調節功能的基礎上，我們現在可以專注于下一具有自我意識的下一級運動控制——自適應控制引擎。XPPower代理水平智能運動側重于將預期系統行為(如圖4所示)傳達到自適應控制引擎。該系統行為由生產人員和工廠主管提供，或根據在智能傳感器網絡中收集工廠數據的人工智能生產力算法生成。將預期行為傳輸到自適應控制引擎后，具有自我意識的運動控制系統開始動態重新配置驅動系統的操作參數，以匹配預期系統的行為。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。自適應控制系統繼續監控閉環系統，以保持其預期的性能水平，因為運動控制系統自動調整其運動控制參數以達到新的要求性能水平。即使驅動系統因機械系統磨損而發生變化，或者即使電機工作環境發生變化，也會保持這種狀態。現在，該系統已經達到了自我意識運動控制的最終水平。

圖4.自適應控制模型

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)。比如調酒師想從吧臺一側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？使用自我意識的運動控制系統會變得非常簡單。這項任務的目標是在盡可能快的時間內將啤酒從調酒師處取出（A點)送給坐在酒吧旁邊的顧客（B點)，不灑啤酒。本例中的傳輸系統是一個帶有內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，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，方便回調酒師更新或丟棄，系統將自動調整其速度和性能。此外，如果調酒師為顧客提供不同尺寸的玻璃，系統還可以優化效率。

圖5.運動控制系統具有自我意識的實際應用示例(負載質量不同)

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現在正在迅速發展，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，工廠車間設備的潛在故障可以自行修復，設備的運行壽命可以有效延長，生產過程可以自動調整，生產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革命的到來。