Kann es sein, dass sich der Spannungsregler und die PWM irgendwie überlagern oder beeinflussen?
Der Regler ist ein LM317 und ausser einem L293D mit den Motoren hängt da nichts dran.
Überbrücke doch mal den LM317. Wenn das gleiche passiert würde ich in der Software suchen.
Wenn nicht, wären weitere Daten wie Beschaltung, Zwischentaktfrequenz etc. für die Untersuchung erforderlich.