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分层控制

Hierarchical Control入门必知

把控制拆成多层:上层低频定目标,下层高频跟踪目标并直接驱动电机。

分层控制是控制工程里的经典做法:把复杂的控制问题拆成几层,上层看得远、更新慢,下层看得近、跑得快。上层控制器按较长周期输出参考量,比如目标速度、落足点、接触力或关节目标角;下层控制器以高得多的频率跟踪这些参考量,并处理扰动和硬件细节,上层一般不干预下层怎么执行。好处是每层都能用简单的模型、在自己的时间尺度上求解,也方便单独替换和调试。它和「分层架构」「大脑-小脑」一脉相承,后两者多指模型层面任务规划与动作生成的分工,分层控制更强调各级控制回路之间的频率和接口。

例子MIT Mini Cheetah 的控制分两层:MPC 用简化模型在较长时间窗内优化足底反作用力,全身冲量控制(WBIC)再把这些力换算成关节指令。强化学习运控也类似:策略以 50 Hz 输出关节目标角,底层 PD 控制器以更高频率把它变成力矩。

也叫
高层控制器、低层控制器、上层控制/底层控制、High-level controller、Low-level controller、分层控制系统
相关
分层架构、大脑-小脑架构(小脑)、模型预测控制、全身控制、PD 控制、串级控制
来源
Wikipedia: Hierarchical control system
Highly Dynamic Quadruped Locomotion via Whole-Body Impulse Control and Model Predictive Control (arXiv:1909.06586)
legged_gym: legged_robot.py(_compute_torques,PD 控制)

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