步进电机开环控制便宜简单，但突加负载、快速启停会
丢步/堵转
且控制器毫不知情。给它装上编码器 + PID 位置环，丢一步纠一步，精度和可靠性双升级。
20.1 为什么步进电机也要闭环
开环的隐含假设是「脉冲数 = 转角，永远成立」。现实中机械老化、突加较大负载、快速启停都会打破它——定子磁场跑太快，转子跟不上，就是失步；负载太大拖不动，就是堵转。控制器发出去的脉冲管不了实际转角，高精度场合不能忍。
原书图 20.2.1：步进电机闭环系统控制原理：编码器反馈实际位置，PID 纠偏
| 方案 | 优点 | 缺点 |
|---|---|---|
| 开环 | 价格低、控制简单 | 无反馈不能纠偏、可靠性低 |
| 闭环（电机+编码器+PID） | 精度高、消除位置误差、噪音明显降低 | 价格贵、控制复杂 |
20.2 位置闭环原理与关键参数
结构就是第 12 章的位置环换了个执行器：编码器反馈实际位置 → 与目标求偏差 → PID → 输出「期望脉冲速度」作用于步进电机。关键换算参数：
| 宏 | 值 | 含义 |
|---|---|---|
| PULSE_REV | 1600 | 步进电机每圈脉冲数（8 细分） |
| ENCODER_SPR | 2400 | 编码器每圈计数：600 线 × 4 倍频 |
| MPR | 5 | 丝杠导程 5mm/r |
| PPM | 480 | 2400/5 = 每毫米编码器脉冲数 |
| FEEDBACK_CONST | 1600/2400 | 编码器脉冲 → 步进脉冲的换算比值 |
PID 参数 L_KP=0.5、L_KI=0.05、L_KD=0，采样周期 20ms（TIM6）；积分限幅 ±20、输出限幅 ±150。PID 输出的是「编码器脉冲期望值」，经 FEEDBACK_CONST 换算成步进脉冲数，再算每个脉冲的时间：
$$Step_Delay = frac{20,text{ms}}{text{期望值} times FEEDBACK_CONST} ,qquad text{比较值 } c = Step_Delay times 500 (text{翻转模式半周期})$$
20.3 控制实现与验证
/* TIM6 更新中断（20ms 一次） */
if (g_run_flag) {
g_step_motor.location = gtim_get_encode(); /* 读编码器实际位置 */
g_motor_pwm = increment_pid_ctrl(&g_location_pid,
g_step_motor.location);
(g_motor_pwm > 0) ? (g_step_motor.dir = CW) : (g_step_motor.dir = CCW);
g_motor_pwm = abs(g_motor_pwm); /* 方向由符号决定 */
stepper_motion_ctrl(g_step_motor.dir, g_motor_pwm); /* 作用于电机 */
}
RPM = 编码器脉冲差 × (1000/20) × 60 / 2400。波形呈斜线是因为对步进电机做了限速——PID 输出期望值受限，每次位置增量一致，所以速度曲线是匀速斜坡。
实验：接口三驱动步进电机（TIM8_CH3=PI7），编码器接 TIM3（PC6/PC7），驱动器 8 细分、12~50V 供电。KEY0 启动/停止，KEY1 目标 +20×PPM（上限 60×PPM），KEY2 −20×PPM，初始目标 50×PPM（约 50mm）。可用 PID 调试助手在线整定并看波形：按 KEY0 后电机平稳转到目标位置，曲线近似斜线。
机械老化或突加负载、快速启停使定子磁场与转子脱拍，脉冲与实际转角不再成正比且控制器无从知晓；闭环用编码器反馈实际位置，与目标比较得偏差，经 PID 实时纠偏。
编码器与步进电机的脉冲比值（PULSE_REV/ENCODER_SPR = 1600/2400），用于把 PID 输出的编码器脉冲期望值换算成步进电机所需的脉冲数。
输出是「编码器脉冲期望值」（带符号定方向）。经 FEEDBACK_CONST 换算成步进脉冲数，再按 Step_Delay 求出每脉冲的定时器比较值，输出比较翻转模式发脉冲。