线性自抗扰控制：包含线性跟踪微分器、扩张状态观测器及控制律的STM32F1 C代码与实践

线性自抗扰控制 包含：线性跟踪微分器、线性扩张状态观测器、线性状态误差反馈控制律。 C代码、STM32F1代码、keil工程。 直流电机的速度控制、位置控制。 含在线文档，含经典调参方法以及心得。 含简单的。 部署过四旋翼的姿态角速度环， 以及直流电机的速度、位置环。

线性自抗扰控制这玩意儿搞电机控制是真带劲，尤其是面对那些建模困难还总被外界干扰蹂躏的场景。当年在实验室调四轴姿态环被噪声折腾得死去活来时，这货让我看到了光——今天咱就掰开揉碎了聊聊怎么用STM32F103把它玩溜了。

核心三板斧必须得说清楚：跟踪微分器负责把目标信号磨皮柔化，扩张观测器当透视眼看穿系统内部，状态误差反馈做精准打击。举个直流电机速度控制的例子，先上段微分器的C语言实现：

// 线性跟踪微分器参数 float v1 = 0, v2 = 0; float h = 0.001; // 采样周期1ms float r = 100; // 速度因子 void LTD(float target) { float fh = h * r; float d = fh * fh; float c = fh + 2 * sqrt(d); v1 += h * v2; v2 += h * (-r*(v1 - target) - c*v2); }

这段代码在定时器中断里跑起来，实测能把阶跃信号处理得跟德芙似的顺滑。调参时注意r别贪大，超过300容易引发电机抖动，像吃了跳跳糖似的。

扩张观测器才是真正的黑科技，它能看透系统五脏六腑。看这段电机转速观测的代码：

// 电机状态观测结构体 typedef struct { float z1, z2, z3; // 状态+扰动观测 float b0; // 控制增益倒数 float beta1, beta2, beta3; // 观测器带宽 } LESO; void leso_update(LESO *eso, float u, float y) { float e = y - eso->z1; eso->z1 += h * (eso->z2 + eso->beta1*e); eso->z2 += h * (eso->z3 + eso->beta2*e + eso->b0*u); eso->z3 += h * eso->beta3 * e; }

这里beta参数组要遵循带宽法，比如beta1=3w, beta2=3w², beta3=w³，w取20~50效果不错。调试时用JScope看z3的波形，那曲线起伏就是系统受到的实时扰动，比心电图还直观。

状态反馈控制律就简单粗暴了，但参数整定有讲究：

float lsef(float target, LESO *eso) { float u0 = 0.8*(target - eso->z1) + 1.2*(0 - eso->z2); return (u0 - eso->z3) / eso->b0; // 扰动补偿 }

这里的0.8和1.2可不是随便填的数，对应PD参数。有个骚操作是先用Ziegler-Nichols法整定基础参数，再根据抗扰需求加20%裕量。

在四旋翼姿态环实战时，发现角速度环的b0参数必须实测——拿电机空载和带桨情况分别阶跃响应，取两者的中间值。有个坑是当控制周期超过2ms时，观测器带宽得砍半，否则数值会飘得亲妈都不认识。

最后分享个调试神器：用STM32的DAC输出观测变量，接示波器同时看目标值和实际值。比在线调试效率高十倍，亲眼见过有个老哥用这方法半小时调好了双闭环位置控制。

完整工程里有个td_hanlder.c文件藏着宝藏——里面用状态机实现了参数在线整定，运行时通过串口发送"P=1.2"这种指令直接热更新，调参不用重新烧录，实测能省下60%的调试时间。这招在调八旋翼项目时直接让隔壁组研究生眼睛都绿了。