전류, 속도, 위치 루프: 안쪽부터 빠르게

캐스케이드 구조

위치 목표 → [위치 P] → 속도 목표 → [속도 PI] → iq 목표 → [전류 PI ×2] → 전압 → 모터
                ↑ 엔코더 위치        ↑ 계산한 속도          ↑ 상전류

대역폭 배분

루프	주기	대역폭 (예)
전류	10~20kHz (PWM 동기, ISR)	~1kHz
속도	1~2kHz	~100Hz
위치	0.5~1kHz	~10~20Hz

바깥 루프는 안쪽 루프보다 5~10배 느려야 안쪽이 이미 목표를 따라간 것으로 보고 설계할 수 있습니다.

튜닝 순서

1. 전류 루프: 모터 R, L로 PI 게인을 계산(극점-영점 상쇄: Kp = L·ωc, Ki = R·ωc)하고 iq 계단 응답 확인
2. 속도 루프: 관성 J와 Kt로 초기값, 부하를 걸어 보며 조정
3. 위치 루프: 대개 P 하나(+ 속도 피드포워드)로 충분

피드포워드

목표 속도나 가속도를 알고 있다면 그만큼의 출력을 미리 더해 줍니다. 피드백은 남은 오차만 처리하므로 추종 오차가 크게 줄어듭니다.

실무 포인트

• 각 루프 출력에 제한을 겁니다 (최대 전류, 최대 속도). 안쪽 제한이 바깥 루프의 적분기를 와인드업시키지 않게 함께 처리
• 속도 계산의 노이즈가 속도 루프 게인을 제한합니다. 엔코더 분해능과 속도 필터가 성능을 좌우
• 여기가 제어공학과 펌웨어, 전력전자가 한 코드 안에서 만나는 곳입니다