工业自动化领域的下一个发展方向要求机器独立调整其性能参数，以完成工厂运营商分配的任务，或根据生产力提高人工智能（AI）算法的输入重新配置了机器本身，以优化其行为。具有自我意识的机器的价值在于，它可以最大限度地提高生产力，延长设备的运行寿命，降低维护成本。

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具有自我意识的运动控制之旅

自我意识是指系统本身的自我意识，基于对其能力和系统性能目标的理解。事实上，具有自我意识的运动控制系统需要实施多个控制环，以解释传感器输入和预期系统参数，并允许比较系统自身的操作行为和预期系统性能。为了实现这些目标，创建自我意识的运动控制系统，需要创建自适应运动控制代理来监控系统的运行，并根据驱动系统的工作环境动态调整其性能。在ADI运动控制系统似乎可以通过使用自动代理来检测和监控不断变化的工作环境条件。这些条件来源于一系列嵌套闭环实时性能模型，采用现场级驱动器的运动参数。在推导出驱动系统的电气和机械模型后，可以比较和调整自动化系统金字塔中的预期系统性能（如图1所示）。在要求新的预期系统性能时，需要将一组新的控制参数传输到运动控制系统的自适应控制部分。然后，系统通过调整其性能来响应匹配新的性能要求。

图1.自动化系统金字塔

实现自我意识运动控制系统的两个优点是可以自我调节，实时自动最大限度地提高运动控制系统的性能。这一新功能为自动化系统金字塔的监督、规划和管理提供了机会，允许通过增强生产力来调整自我意识的运动控制系统。支持人工智能的软件算法可用于调整系统性能，从而在工厂范围内取得更好的效果。为了更直观，ADI为了更好地了解实施具有自我意识的运动控制系统所需的四个基本要素，设计了具有自我意识的运动控制概念图。

运动控制概念图具有自我意识：为了实现这一级别的自我意识运动控制，需要开发控制系统图。图2显示了成功实施自我意识运动控制所需的四个关键要素。

要素I：目标或任务：有必要为系统设定明确的目标或任务。例如，这意味着以最佳方式将啤酒杯从A点移动到B点，而不洒啤酒。

要素II：预期系统行为：明确目标后，具有自我意识的运动控制图将在下一级发起预期的运动行为。在啤酒杯的例子中，这将是使用线性运动移动啤酒杯，并自动调整其运动，以补偿不同啤酒杯的重量和尺寸。

自适应控制引擎在确定目标和预期系统行为后，通过自动调整运动控制驱动及其集成机械系统，在独特的工作环境中实现峰值工作性能，实现核心驱动系统运动与机械系统的动态驱动集成。

图2.运动控制概念图具有自我意识

要素III：核心驱动系统：运动控制系统的核心是运动学。电机和驱动系统的性能水平受到观察、学习和监控。要创建有效的驱动系统模型，需要智能观察器来获得对其运动参数及其物理限制的基本理解。为了实现这一目标，磁场定向控制器可以使用(FOC)特殊位置传感器或无传感器FOC了解电机在操作环境中如何受力，如何做出反应。电机扭矩-磁通电流环路、速度环路及其定位环路的控制参数值可通过监控和自动调整进一步优化驱动系统响应。在收集这些信息并将其送入智能观察器后，实施优化算法，确保运动控制参数的计算，并确保基本运动控制算法收敛，形成一组最佳运动参数（如图3所示）。现在，在创建了间接运动模型来建模和优化驱动系统的运动后，可以引入自适应控制引擎，实现下一个具有自我意识的运动控制解决方案。 目前，Trinamic（现已成为ADI公司的一部分)TMCL- IDE运动控制工具的自动调整可以优化运动控制值。

图3.监控和自动调整扭矩-磁通电流、速度和位置环路

要素IV：自适应控制：运动学和系统FOC在自动调节功能的基础上，我们现在可以专注于下一具有自我意识的下一级运动控制——自适应控制引擎。XPPower代理水平智能运动侧重于将预期系统行为(如图4所示)传达到自适应控制引擎。该系统行为由生产人员和工厂主管提供，或根据在智能传感器网络中收集工厂数据的人工智能生产力算法生成。将预期行为传输到自适应控制引擎后，具有自我意识的运动控制系统开始动态重新配置驱动系统的操作参数，以匹配预期系统的行为。这些预期行为的一些例子包括要求提高工厂吞吐量或在安全模式下延长电机的使用寿命。自适应控制系统继续监控闭环系统，以保持其预期的性能水平，因为运动控制系统自动调整其运动控制参数以达到新的要求性能水平。即使驱动系统因机械系统磨损而发生变化，或者即使电机工作环境发生变化，也会保持这种状态。现在，该系统已经达到了自我意识运动控制的最终水平。

图4.自适应控制模型

使用真实的例子可能是演示这个概念的最佳方式(如图5所示)。比如调酒师想从吧台一侧准确地把一杯满满的啤酒传顾客，但在这个过程中没有洒出一滴啤酒。如何实现？使用自我意识的运动控制系统会变得非常简单。这项任务的目标是在尽可能快的时间内将啤酒从调酒师处取出（A点)送给坐在酒吧旁边的顾客（B点)，不洒啤酒。本例中的传输系统是一个带有内置重量探测器的杯托，用于检测各种尺寸啤酒杯的重量，并在酒吧上线性移动啤酒杯。想象一下，使用有自我意识的运动控制系统，啤酒可以尽快送给客户。如果客户将空啤酒杯或半空啤酒杯放回杯托，方便回调酒师更新或丢弃，系统将自动调整其速度和性能。此外，如果调酒师为顾客提供不同尺寸的玻璃，系统还可以优化效率。

图5.运动控制系统具有自我意识的实际应用示例(负载质量不同)

虽然听起来有点令人难以置信，但自我意识的运动控制技术现在正在迅速发展，我相信它将在不久的将来进入人们的生活和工作。想象一下，当整个工厂的设备使用自我意识的电机和智能传感器时，智能工厂将远远超出人们的想象。届时，工厂车间设备的潜在故障可以自行修复，设备的运行寿命可以有效延长，生产过程可以自动调整，生产力可以最大限度地提高。欢迎来到激动人心的新世界，来真正体验一下ADI自我意识的运动控制和下一次工业革命的到来。