单片机控制直流电机：电流闭环控制原理与实现：掌握电流闭环控制的精髓

# 1. 单片机控制直流电机的基础

单片机控制直流电机是工业自动化和机器人领域的基础技术。它涉及使用单片机（微控制器）来控制直流电机的速度、方向和力矩。

本节将介绍单片机控制直流电机的基本原理，包括单片机的硬件和软件设计、电流闭环控制的基本概念以及直流电机驱动电路的原理。

# 2. 电流闭环控制原理

### 2.1 电流闭环控制的基本原理

电流闭环控制是一种反馈控制系统，它通过测量电机电流并将其与期望电流进行比较来调节电机电流。通过调整电机电压或占空比，控制器可以使电机电流跟踪期望电流，从而实现对电机电流的精确控制。

### 2.2 电流闭环控制的数学模型

电流闭环控制的数学模型可以表示为：

I(s) = G(s) * V(s) - H(s) * I(s)

其中：

* I(s) 为电机电流的拉普拉斯变换
* V(s) 为电机电压的拉普拉斯变换
* G(s) 为电机传递函数
* H(s) 为电流传感器传递函数

### 2.3 电流闭环控制器的设计

电流闭环控制器是电流闭环控制系统中的核心组件，其设计目标是使电机电流快速、准确地跟踪期望电流。常用的电流闭环控制器类型包括：

#### 2.3.1 PID控制器

PID控制器是一种经典的反馈控制器，它通过调整比例、积分和微分增益来控制电机电流。PID控制器的参数需要根据电机特性和控制要求进行优化。

#### 2.3.2 状态反馈控制器

状态反馈控制器是一种现代控制技术，它利用电机状态信息（如速度和位置）来设计控制器。状态反馈控制器具有更好的鲁棒性和抗干扰能力。

#### 2.3.3 模型预测控制

模型预测控制是一种先进的控制技术，它通过预测电机未来行为来设计控制器。模型预测控制器具有良好的预测性能和抗干扰能力。

# 3. 电流闭环控制的实现

### 3.1 单片机硬件电路设计

电流闭环控制系统的硬件电路主要包括单片机、电流传感器、功率驱动电路和电机。

**单片机：**负责执行控制算法、生成PWM波形和采集电流反馈信号。

**电流传感器：**检测电机绕组中的电流，并将电流信号