📖 第 12 章：直流有刷电机位置环控制实现（Position Loop Control）
⚙️ 正点原子《DMF407 电机控制专题教程》V1.0 · Chapter 12
🗨️ 本章金句：「位置环的字典里只有两个词：目标计数，实际计数。」
这一章在干嘛？ 用编码器累计计数当「位置」，让电机精确转到指定角度并停住。你按一次按键，电机就多转一圈——不多不少，这就是位置闭环的魅力。
12.1 位置环控制原理
「位置」就是 TIM3 编码器模式的计数值 + 溢出累计值（正转加、反转减，由 CR1 的 DIR 位判断），每 5ms 读一次存入 g_motor_data.location。它与转角严格成正比：
$$\text{电机旋转圈数} = \frac{\text{目标计数值变化量}}{44 \times 30} = \frac{\Delta N}{1320}$$
编码器 44 脉冲/圈 × 减速比 30 = 1320 个计数对应输出轴一圈。按键每按一次目标 ±1320 就是 ±1 圈，限位 ±6600（最多正/反 5 圈）。
为什么 KI = 0？ 本实验用纯 P + D（KP=15.0、KI=0、KD=7.5，增量式）。定位系统怕的是「冲过头再拉回来」的抖动，积分会加剧超调，干脆不要；稳态误差靠 D 和死区兜底。
12.2 程序设计
/* TIM6 更新中断：位置闭环 */
else if (htim->Instance == TIM6) {
int Encode_now = gtim_get_encode();
speed_computer(Encode_now, 5); /* 速度只用于显示 */
g_motor_data.location = Encode_now; /* 计数总值 = 位置反馈 */
if (val % SMAPLSE_PID_SPEED == 0) { /* 50ms 一次 */
if (g_run_flag) {
motor_pwm_temp = increment_pid_ctrl(&g_location_pid,
g_motor_data.location);
/* 输出低通 0.5/0.5 后限幅 ±4200（比速度环小：定位不需要飙车） */
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 >= 4200)
g_motor_data.motor_pwm = 4200;
else if (g_motor_data.motor_pwm <= -4200)
g_motor_data.motor_pwm = -4200;
motor_pwm_set(g_motor_data.motor_pwm);
}
val = 0;
}
val++;
}按键逻辑：KEY0 目标 +1320（正转一圈）、KEY1 −1320、KEY2 目标清零（回初始位置）。输出可正可负，PID 自动决定正转还是反转去逼近目标。
12.3 下载验证
上位机用 debug_set_point_range(6600, -6600, 6600) 限定目标范围；HALT 命令回原点，RUN 命令目标 1320（一圈）。每 200ms 上传一次编码器总计数值。
现象解读： 按一次 KEY0，橙线跳一格（1320），红线平滑爬升到目标后纹丝不动；按 KEY2 目标归零，电机自己倒回原点。如果最后停在目标附近轻微抖动，检查是否漏配死区或 KD 太小。
🧠 小测验
1. 本实验用什么物理量表示电机「位置」？
编码器计数总值：TIM3 编码器模式计数值加上中断里按 DIR 位累计的溢出值，存入 g_motor_data.location。
2. 目标计数值增加 1320 意味着什么？怎么算的？
输出轴正转一圈。电机旋转圈数 = 计数变化量 / 44 / 30，44（编码器脉冲）× 30（减速比）= 1320。
3. 位置环为什么不用积分（KI=0）？
定位系统怕超调抖动，积分会累积加剧超调；纯 P+D 已能到位，剩余小偏差用死区消除即可。