串级 PID 模块(位置-速度-电流三环/双环)

模块描述

把一个对象分成“外环慢、内环快”的多环控制:抗扰动强、动态更好,电机系统特别常见。

原理

  • 外环(位置/角度)给内环(速度/电流)设定值;内环快速抑制扰动。
  • 典型:电流环(10–30kHz) → 速度环(1–5kHz) → 位置环(50–500Hz)(视硬件而定)

接口

  • 电流:ADC(采样电阻/霍尔)
  • 速度/位置:编码器 AB、霍尔、反电动势估算(可选)
  • 输出:PWM(半桥/全桥/三相)

板上设置

  • 电流采样电阻(mΩ 级)、放大器增益;编码器上拉;PWM 驱动使能

电气指标(建议)

  • 电机侧:6–24V(看题目),逻辑侧 3.3V/5V
  • ADC 采样:≥100 ksps(直流/两相),FOC 更高更好

使用说明

  • 调参顺序:先电流环→速度环→位置环;内环必须稳定后再开外环。

典型元器件

  • 三相门极驱动:DRV83xx / IR2101(两相/半桥)
  • 电流采样:INA240/INA181 + 分流电阻
  • 编码器接口:74HC14(整形)

关联赛题

  • 电机控制、机械臂/云台定位、循迹车速度稳定、闭环执行机构类