【導讀】工業自動化領域的下一個發展方向要求機器能夠獨立調整其性能參數，以完成工廠操作人員分配的任務，或根據生產力增強的人工智能（AI）算suan法fa的de輸shu入ru，對dui機ji器qi自zi身shen重zhong新xin配pei置zhi以yi優you化hua其qi行xing為wei。具ju有you自zi我wo意yi識shi的de機ji器qi的de價jia值zhi在zai於yu，它ta能neng夠gou最zui大da限xian度du提ti高gao生sheng產chan力li，延yan長chang設she備bei的de運yun行xing壽shou命ming並bing減jian少shao維wei護hu成cheng本ben。

具有自我意識的運動控製之旅

ziwoyishi
，shizhixitongjiyuduiqinenglihexitongxingnengmubiaodelejie

，duixitongzishendeziworenzhi。shishishang，juyouziwoyishideyundongkongzhixitongxuyaoshishiduogekongzhihuanlu，yijieyichuanganqishuruheyuqixitongcanshu


，bingyunxubijiaoxitongzijidecaozuoxingweiyuyuqixitongxingneng。weileshixianzhexiemubiaobingchuangjianjuyouziwoyishideyundongkongzhixitong
，xuyaochuangjianzishiyingyundongkongzhidaili，yijiankongxitongcaozuo
，binggenjuqudongxitongdegongzuohuanjingdongtaitiaozhengqixingneng。zaiADI看(kan)來(lai)
，通(tong)過(guo)使(shi)用(yong)自(zi)動(dong)代(dai)理(li)來(lai)檢(jian)測(ce)和(he)監(jian)控(kong)持(chi)續(xu)變(bian)化(hua)的(de)工(gong)作(zuo)環(huan)境(jing)條(tiao)件(jian)
，能(neng)構(gou)建(jian)實(shi)現(xian)具(ju)有(you)自(zi)我(wo)意(yi)識(shi)的(de)運(yun)動(dong)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)。這(zhe)些(xie)條(tiao)件(jian)衍(yan)生(sheng)自(zi)一(yi)係(xi)列(lie)嵌(qian)套(tao)閉(bi)環(huan)實(shi)時(shi)性(xing)能(neng)模(mo)型(xing)，而(er)這(zhe)些(xie)模(mo)型(xing)均(jun)采(cai)用(yong)現(xian)場(chang)級(ji)別(bie)驅(qu)動(dong)器(qi)的(de)運(yun)動(dong)參(can)數(shu)。在(zai)推(tui)導(dao)出(chu)驅(qu)動(dong)係(xi)統(tong)的(de)電(dian)氣(qi)和(he)機(ji)械(xie)模(mo)型(xing)後(hou)，可(ke)利(li)用(yong)該(gai)模(mo)型(xing)比(bi)較(jiao)和(he)調(tiao)整(zheng)在(zai)自(zi)動(dong)化(hua)係(xi)統(tong)金(jin)字(zi)塔(ta)的(de)監(jian)督(du)、規劃或管理級別請求的預期係統性能（如圖1）。conggaoyuzidonghuaxitongjinzitajiandubufenderenhejibieqingqiuxindeyuqixitongxingnengshi，xuyaojiangyizuxindekongzhicanshuchuanshudaoyundongkongzhixitongdezishiyingkongzhibufen。ranhou，xitongtongguotiaozhengqixingnengyipipeixindexingnengqingqiulaizuochuxiangying。

圖1.自動化係統金字塔

實shi現xian具ju有you自zi我wo意yi識shi的de運yun動dong控kong製zhi係xi統tong的de兩liang大da優you勢shi分fen別bie是shi能neng夠gou自zi我wo調tiao節jie，以yi及ji實shi時shi自zi動dong最zui大da限xian度du提ti高gao運yun動dong控kong製zhi係xi統tong的de性xing能neng。這zhe項xiang新xin功gong能neng為wei自zi動dong化hua係xi統tong金jin字zi塔ta的de監jian督du、規gui劃hua和he管guan理li級ji別bie提ti供gong了le機ji會hui，允yun許xu通tong過guo實shi施shi生sheng產chan力li增zeng強qiang來lai調tiao整zheng具ju有you自zi我wo意yi識shi的de運yun動dong控kong製zhi係xi統tong。此ci外wai，支zhi持chi人ren工gong智zhi能neng的de軟ruan件jian算suan法fa可ke用yong於yu調tiao整zheng係xi統tong性xing能neng
，從cong而er在zai工gong廠chang範fan圍wei實shi現xian更geng好hao的de結jie果guo。為wei了le更geng加jia直zhi觀guan
，ADI設計了一張具有自我意識的運動控製概念圖
，以便更好了解實施具有自我意識的運動控製係統所需的4個基本要素。

具有自我意識的運動控製概念圖：為了實現這一級別的具有自我意識的運動控製，需要開發控製係統圖。如圖2表示成功實施具有自我意識的運動控製所需的4個關鍵要素。

要素I：目標或任務：需要為係統建立明確的目標或任務。在示例中
，這表示“以最佳方式將啤酒杯從A點移動到B點，且不灑出任何啤酒”。

要素II：預期係統行為：明確該目標後，具有自我意識的運動控製圖的下一級別發起預期的運動行為。在啤酒杯例子中，這將是“使用線性運動來移動啤酒杯，同時自動調整其運動，從而在所需的機械係統控製安全限製內補償不同的啤酒杯重量和尺寸”。

確(que)定(ding)了(le)目(mu)標(biao)和(he)預(yu)期(qi)係(xi)統(tong)行(xing)為(wei)後(hou)，自(zi)適(shi)應(ying)控(kong)製(zhi)引(yin)擎(qing)通(tong)過(guo)自(zi)動(dong)調(tiao)整(zheng)運(yun)動(dong)控(kong)製(zhi)驅(qu)動(dong)及(ji)其(qi)集(ji)成(cheng)的(de)機(ji)械(xie)係(xi)統(tong)，以(yi)便(bian)在(zai)獨(du)特(te)的(de)工(gong)作(zuo)環(huan)境(jing)中(zhong)運(yun)行(xing)時(shi)實(shi)現(xian)峰(feng)值(zhi)工(gong)作(zuo)性(xing)能(neng)，從(cong)而(er)在(zai)核(he)心(xin)驅(qu)動(dong)係(xi)統(tong)運(yun)動(dong)學(xue)及(ji)其(qi)伴(ban)隨(sui)機(ji)械(xie)係(xi)統(tong)之(zhi)間(jian)實(shi)現(xian)動(dong)態(tai)驅(qu)動(dong)融(rong)合(he)。

圖2.具有自我意識的運動控製概念圖

要素III：核心驅動係統：具有自我意識的運動控製係統的核心是其運動學。挑戰在於觀察、xuexihejiankongdianjiyuqudongxitongdexingnengshuiping。yaochuangjianyouxiaodequdongxitongmoxing
，xuyaoshishizhinengguanchaqi，yibianhuodeduiqiyundongcanshujiqiwulixianzhidejibenlijie。yaoxiangshixianzheyimubiao
，keshiyongcichangdingxiangkongzhiqi(FOC)與專用的位置傳感器或無傳感器FOC方法
，以了解電機在操作環境中如何受力，如何做出反應。通過監控和自動調整來自電機扭矩-磁通電流環路


、速su度du環huan路lu及ji其qi定ding位wei環huan路lu的de控kong製zhi參can數shu值zhi，可ke以yi進jin一yi步bu優you化hua驅qu動dong係xi統tong響xiang應ying。收shou集ji這zhe些xie信xin息xi的de數shu據ju報bao文wen並bing將jiang其qi饋kui入ru智zhi能neng觀guan察cha器qi後hou
，實shi施shi優you化hua算suan法fa以yi確que保bao計ji算suan運yun動dong控kong製zhi參can數shu，並bing確que保bao基ji礎chu運yun動dong控kong製zhi算suan法fa收shou斂lian以yi形xing成cheng一yi組zu最zui優you運yun動dong參can數shu（如圖3）。xianzai，chuangjianlejianjieyundongmoxingyiduiqudongxitongdeyundongjinxingjianmoheyouhuahou
，keyitongguoyinruzishiyingkongzhiyinqing，shishixiayijibiedejuyouziwoyishideyundongkongzhijiejuefangan。 目前
，Trinamic（現已成為ADI公司的一部分）所推出的TMCL- IDE自動調整運動控製工具，即可對運動控製值實現優化。

圖3.監控和自動調整扭矩-磁通電流、速度與位置環路

要素IV：自適應控製：在係統的運動學和FOC自動調整功能的基礎之上，現在可以專注於實施具有自我意識的運動控製的下一級別——自適應控製引擎。這一級別的智能運動側重於向自適應控製引擎傳達預期係統行為（如圖4）。該係統行為由生產員工、工(gong)廠(chang)主(zhu)管(guan)提(ti)供(gong)，或(huo)者(zhe)根(gen)據(ju)在(zai)智(zhi)能(neng)傳(chuan)感(gan)器(qi)網(wang)絡(luo)中(zhong)收(shou)集(ji)工(gong)廠(chang)數(shu)據(ju)的(de)人(ren)工(gong)智(zhi)能(neng)生(sheng)產(chan)力(li)算(suan)法(fa)生(sheng)成(cheng)。將(jiang)預(yu)期(qi)行(xing)為(wei)傳(chuan)遞(di)至(zhi)自(zi)適(shi)應(ying)控(kong)製(zhi)引(yin)擎(qing)後(hou)，具(ju)有(you)自(zi)我(wo)意(yi)識(shi)的(de)運(yun)動(dong)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)開(kai)始(shi)動(dong)態(tai)重(zhong)新(xin)配(pei)置(zhi)驅(qu)動(dong)係(xi)統(tong)操(cao)作(zuo)參(can)數(shu)
，以(yi)匹(pi)配(pei)預(yu)期(qi)係(xi)統(tong)行(xing)為(wei)。這(zhe)些(xie)預(yu)期(qi)行(xing)為(wei)的(de)一(yi)些(xie)示(shi)例(li)包(bao)括(kuo)，請(qing)求(qiu)提(ti)高(gao)工(gong)廠(chang)吞(tun)吐(tu)量(liang)，或(huo)通(tong)過(guo)在(zai)安(an)全(quan)模(mo)式(shi)下(xia)操(cao)作(zuo)
，延(yan)長(chang)電(dian)機(ji)的(de)操(cao)作(zuo)壽(shou)命(ming)。由(you)於(yu)運(yun)動(dong)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)自(zi)動(dong)調(tiao)整(zheng)其(qi)運(yun)動(dong)控(kong)製(zhi)參(can)數(shu)來(lai)實(shi)現(xian)該(gai)全(quan)新(xin)的(de)請(qing)求(qiu)性(xing)能(neng)水(shui)平(ping)，自(zi)適(shi)應(ying)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)持(chi)續(xu)監(jian)控(kong)閉(bi)環(huan)係(xi)統(tong)以(yi)維(wei)持(chi)其(qi)預(yu)期(qi)的(de)性(xing)能(neng)水(shui)平(ping)。即(ji)使(shi)驅(qu)動(dong)係(xi)統(tong)因(yin)機(ji)械(xie)係(xi)統(tong)磨(mo)損(sun)而(er)遇(yu)到(dao)變(bian)更(geng)，或(huo)者(zhe)即(ji)使(shi)電(dian)機(ji)工(gong)作(zuo)環(huan)境(jing)變(bian)化(hua)，也(ye)會(hui)維(wei)持(chi)該(gai)狀(zhuang)態(tai)。現(xian)在(zai)，係(xi)統(tong)已(yi)達(da)到(dao)具(ju)有(you)自(zi)我(wo)意(yi)識(shi)的(de)運(yun)動(dong)控(kong)製(zhi)的(de)最(zui)終(zhong)級(ji)別(bie)。

圖4.自適應控製模型

使用真實示例也許是演示此概念的最佳方式（如圖5）。比(bi)如(ru)調(tiao)酒(jiu)師(shi)想(xiang)將(jiang)一(yi)杯(bei)滿(man)滿(man)的(de)啤(pi)酒(jiu)從(cong)吧(ba)台(tai)一(yi)側(ce)準(zhun)確(que)地(di)傳(chuan)送(song)到(dao)顧(gu)客(ke)麵(mian)前(qian)，過(guo)程(cheng)中(zhong)卻(que)不(bu)灑(sa)出(chu)一(yi)滴(di)啤(pi)酒(jiu)，該(gai)如(ru)何(he)實(shi)現(xian)
？如(ru)果(guo)使(shi)用(yong)了(le)具(ju)有(you)自(zi)我(wo)意(yi)識(shi)的(de)運(yun)動(dong)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)，就(jiu)會(hui)變(bian)得(de)非(fei)常(chang)簡(jian)單(dan)。該(gai)任(ren)務(wu)的(de)目(mu)標(biao)是(shi)在(zai)盡(jin)可(ke)能(neng)快(kuai)的(de)時(shi)間(jian)內(nei)將(jiang)啤(pi)酒(jiu)從(cong)調(tiao)酒(jiu)師(shi)（A點）送給吧台邊坐著的顧客（B點）
，bingqiebusachupijiu。cishilizhongdechuansongxitongshiyigedaiyouneizhizhongliangtanceqidebeituo

，yongyujiancegezhongchicundepijiubeidezhongliang，bingliyongxianxingyundongzaibataishangyidongpijiubei。shixiangyixia，liyongjuyouziwoyishideyundongkongzhixitong
，keyizaijinkenengkuaideshijianneijiangpijiusonggeiguke
，ruguogukejiangkongdehuobankongdepijiubeifanghuibeituo，bianyuchuanhuitiaojiushixubeihuodiuqi，ercixitonghaihuizidongtiaozhengqisuduhexingneng。ciwai，ruguotiaojiushishiyongbutongchicundebolibeishengzhuangqitaleixingdeyinpintigonggeiguke，gaixitongtongyangkeyouhuaxiaolv。

圖5.具有自我意識的運動控製係統的實際應用示例（不同的負載質量）

雖sui然ran聽ting起qi來lai有you點dian不bu可ke思si議yi
，但dan具ju有you自zi我wo意yi識shi的de運yun動dong控kong製zhi技ji術shu如ru今jin正zheng在zai飛fei速su演yan進jin

，相xiang信xin不bu久jiu的de將jiang來lai便bian會hui步bu入ru人ren們men的de生sheng活huo和he工gong作zuo中zhong。試shi想xiang一yi下xia，當dang整zheng個ge工gong廠chang中zhong的de設she備bei都dou用yong上shang具ju有you自zi我wo意yi識shi的de電dian機ji和he智zhi能neng傳chuan感gan器qi之zhi時shi

，智zhi慧hui工gong廠chang將jiang遠yuan遠yuan超chao出chu人ren們men的de想xiang象xiang。屆jie時shi
，工gong廠chang車che間jian設she備bei的de潛qian在zai故gu障zhang能neng夠gou自zi我wo修xiu複fu，設she備bei操cao作zuo壽shou命ming被bei有you效xiao延yan長chang
，生sheng產chan流liu程cheng可ke自zi動dong調tiao節jie

，生sheng產chan力li獲huo得de最zui大da限xian度du提ti高gao。歡huan迎ying來lai到dao激ji動dong人ren心xin的de新xin世shi界jie，快kuai來lai真zhen切qie體ti驗yanADI具有自我意識的運動控製和下一次工業革命到來吧。

關於ADI公司

ADI是全球領先的高性能模擬技術公司，致力於解決最艱巨的工程設計挑戰。憑借傑出的檢測、測量
、電源
、連接和解譯技術
，搭建連接現實世界和數字世界的智能化橋梁，從而幫助客戶重新認識周圍的世界。詳情請瀏覽ADI官網www.analog.com/cn。

作者：ADI工業和醫療健康事業部工業通信和運動控製副總裁Jeff DeAngelis

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