STM32F1实现LADRC直流电机调速系统设计与优化

1. 项目概述：基于STM32F1的LADRC直流电机调速系统

在工业自动化和机器人控制领域，直流电机的高精度调速一直是个经典难题。传统PID控制虽然结构简单，但在面对负载扰动、参数变化等不确定因素时，往往需要频繁调参才能维持性能。五年前我在开发AGV小车驱动系统时，就曾被电机在负重变化时的速度波动问题困扰许久，直到接触了自抗扰控制技术（ADRC）。

线性自抗扰控制器（LADRC）是韩京清教授提出的ADRC理论的简化版本，它通过扩张状态观测器（ESO）将系统内部动态和外部扰动统一估计并补偿，配合跟踪微分器（TD）实现无超调过渡。这次我们要实现的，就是在STM32F103C8T6核心板上构建完整的LADRC调速系统，主要技术指标包括：

• 控制周期：1ms（对应PWM频率1kHz）
• 转速测量：1000线增量式编码器
• 调速范围：50-3000 RPM
• 抗扰动能力：能在200ms内恢复额定转速（突加50%负载时）

2. 硬件系统设计与关键器件选型

2.1 主控芯片：STM32F103C8T6的选型考量

选择这款Cortex-M3内核的MCU主要基于三点：

1. 定时器资源丰富：TIM1/TIM8高级定时器支持互补PWM输出，TIM2/TIM3/TIM4可配置为编码器接口模式
2. 计算性能足够：72MHz主频配合硬件乘法器，能实时完成LADRC的浮点运算
3. 成本优势：相比F4系列，在满足需求的前提下可降低BOM成本

注意：若需要更高精度控制，可选用STM32F4系列（带FPU），但需重新调整算法计算周期

2.2 电机驱动电路设计

采用H桥驱动方案，关键器件选型如下表：