📖 第 11 章：直流有刷电机电流环控制实现（Current Loop Control）
⚙️ 正点原子《DMF407 电机控制专题教程》V1.0 · Chapter 11
🗨️ 本章金句：「电流是电机的力气：控得住电流，就控得住转矩。」
这一章在干嘛？ 把 PID 的控制对象从「转速」换成「电流」。难点不在 PID（第 8 章早写好了），而在电流怎么测得准——采样电阻上的电压小到毫伏级，本章的三级滤波就是为它定制的。
11.1 电流环 PID 控制原理
物理直觉：对直流电机，转矩 ∝ 电流。控住电流就等于控住「电机的力气」，这是后续三环控制里最内环的基石。
$I = (\overline{ADC} - ADC_{ref}) \times ADC2CURT$
其中 $\overline{ADC}$ 是电流通道滤波后的当前均值，$ADC_{ref}$ 是上电时（电机未转）测得的零点参考值，ADC2CURT 是「ADC 数值 → 电流(mA)」的换算系数。先减零点再乘系数，电流才算得干净。
11.2 电流采集与三级滤波
采集链路：20mΩ 采样电阻 → 差分放大 6 倍 + 1.27V 偏置（第 6 章的电路）→ ADC1 通道 8（PB0）→ DMA 循环搬运。程序里做了三级平均 + 两道整形：
| 层级 | 做法 | 目的 |
|---|---|---|
| 一级 | 单次多通道采样取平均 | 去单点毛刺 |
| 二级 | 累计 15 次再平均 | 压随机噪声 |
| 三级 | 上电累计 16 次平均 → 存为零点参考 | 标定 ADC 零点 |
/* 采完参考值后，每轮计算一次电流 */
temp_c = (add_adc - init_adc_value) * ADC2CURT; /* 换算电流 */
/* 一阶低通：60% 旧值 + 40% 新值，波形更平滑 */
g_motor_data.current = g_motor_data.current * 0.60f + 0.40f * temp_c;
if (g_motor_data.current <= 20) /* ≤20mA 视为微弱浮动 */
g_motor_data.current = 0.0; /* 直接清零 */为什么上电先测参考值？ 放大电路自带 1.27V 偏置，还可能有失调。电机停转时电流应为 0，此刻的 ADC 读数就是「零点」，运行时减去它才得到真实的电流增量。
11.3 程序设计：参数与单向限幅
电流环参数：位置式 KP=10.0、KI=7.0、KD=2.0（增量式 0.0/6.0/4.0），采样周期 50ms，结构体 g_current_pid。初始目标电流设为 40mA——太小了电机根本转不起来。
/* TIM6 更新中断：50ms 算一次电流环 PID */
if (val % SMAPLSE_PID_SPEED == 0) {
if (g_run_flag) {
motor_pwm_temp = increment_pid_ctrl(&g_current_pid,
g_motor_data.current);
/* PID 输出再做一次低通（0.5/0.5），占空比不突变 */
g_motor_data.motor_pwm = (int32_t)((g_motor_data.motor_pwm * 0.5)
+ (motor_pwm_temp * 0.5));
if (g_motor_data.motor_pwm >= 8200) /* 上限 */
g_motor_data.motor_pwm = 8200;
else if (g_motor_data.motor_pwm <= 0) /* 下限是 0，不是 -8200 */
g_motor_data.motor_pwm = 0;
motor_pwm_set(g_motor_data.motor_pwm);
}
val = 0;
}
val++;为什么限幅是 [0, 8200] 而不是 ±8200？ 电流环只管「用力多少」（占空比大小），不管方向——转向由后续三环里的方向信号单独控制。所以输出只需要单向。
11.4 下载验证
按键：KEY0 目标电流 +20mA（上限 120mA），KEY1 −20mA（小于 60mA 自动停机并重置 PID），KEY2 立即停机。
实验经验： ① 上电/复位后等约 3 秒再启动电机（让零点参考值稳定）；② 电流波形小幅振荡属正常，可调 PID 系数或增大滤波次数，但滤波越多响应越慢，要在稳定与灵敏之间找平衡；③ 曲线乱成一团且调参数无效时，优先怀疑滤波不够。
🧠 小测验
1. 写出电流换算公式，并说明为什么要减去 init_adc_value。
$I = (\overline{ADC} - ADC_{ref}) \times ADC2CURT$。init_adc_value 是上电停转时 16 次平均的零点参考值，减去它才能去掉放大电路偏置与失调，得到真实电流增量。
2. 电流采集一共做了几级滤波？
三级平均（单次多通道平均、15 次累计平均、16 次参考值平均）加一阶低通（0.6 旧值 + 0.4 新值），最后 ≤20mA 直接清零。
3. 电流环 PID 输出为什么限幅在 [0, 8200]？
电流无方向语义，电流环只控制占空比大小、不决定转向（转向由方向信号单独管），所以输出只需单向 0~8200。