串级控制

位置环套速度环、速度环套电流环，外环输出当内环目标的多层反馈控制。

串级控制把几个反馈回路嵌套起来，外环的输出作为内环的目标值。电机和关节模组里最典型的是三环：最外层位置环比较目标角度与编码器读数，输出目标速度；中间的速度环输出目标电流；最内层电流环调节绕组电压，而电机电流近似正比于输出力矩。以开源驱动器 ODrive 为例，位置环是 P 控制，速度环和电流环都是 PI 控制；跳过位置环就是速度模式，只留电流环就是力矩模式。设计原则是内环比外环快得多，负载突变、电源波动这类扰动先在内环被压住，外环可以把内环近似看成理想执行器。机器人里说的位置控制、速度控制、力矩控制，本质上就是指令从这三环中的哪一层进入；MIT 模式等关节接口则把位置和速度的 PD 项与前馈力矩合成一个力矩指令。

例子关节模组收到「转到 90°」：位置环算出「以 2 rad/s 转」，速度环算出「需要 3A 电流」，电流环调电压把电流稳在 3A；负载突然变重时，电流环和速度环先把扰动吃掉，位置环几乎察觉不到。

也叫

三环控制、三闭环、位置环/速度环/电流环、级联控制

相关

PID 控制、位置控制、速度控制、力矩控制、磁场定向控制、MIT 模式

来源

ODrive Documentation: Control Structure and Tuning
Wikipedia: Proportional–integral–derivative controller