世界叉車的起源，最早可(kě)以追溯到1917年(nián)。

曆經一百多年(nián)的發展，以叉車爲主的機(jī)械化裝卸、堆垛和短(duǎn)距運輸，讓人(rén)們告别了繁重的原始人(rén)力搬運，廣泛應用到全球的工(gōng)廠(chǎng)、倉庫、港口、場站(zhàn)等工(gōng)業、物流等國(guó)民(mín)經濟部門(mén)。

近年(nián)來(lái)，全球叉車市場規模呈上升态勢。2021年(nián)全球叉車銷量創紀錄達234萬輛(liàng)，同比大(dà)增47.89%，其中中國(guó)叉車銷量高達110萬台，同比增長37.4%，成爲世界第一叉車生(shēng)産大(dà)國(guó)和消費市場。

與此同時，随着新能源行業的持續火(huǒ)爆，以蓄電池爲動力源的新能源叉車成爲行業的未來(lái)發展方向。2021年(nián)，中國(guó)新能源叉車銷量爲65.78萬台，同比增長60.33%，未來(lái)仍保持着高速增長。

與傳統内燃叉車相(xiàng)比，新能源叉車進一步優化了叉車性能，具有能量轉換效率高、噪聲小、無廢氣排放(fàng)、控制方便等優點，還(hái)有體(tǐ)積小、靈活、易操作(zuò)等特點，在車間、倉庫、自(zì)動倉儲系統、大(dà)型超市等對環境條件(jiàn)要求較高的場合更具優勢。

叉車需要保持高安全、高強度、低能耗的工(gōng)作(zuò)性能，因此新能源叉車爲了實現高靈敏度的精準感知操控、适應各種高低溫應用場景及具備低功耗運行模式，對叉車驅動電機(jī)及控制系統上提出了很高的要求。

目前，市場上新能源叉車的驅動電機(jī)及控制系統種類頗多，主要可(kě)分(fēn)爲直流電機(jī)、異步電機(jī)、永磁同步電機(jī)、開關磁阻電機(jī)等。

其中，永磁同步電機(jī)的綜合性能超過其它類型的電機(jī)，最大(dà)優點就(jiù)是具有較高的功率密度與轉矩密度，相(xiàng)較其他(tā)種類的電機(jī)，在相(xiàng)同質量與體(tǐ)積下，永磁同步電機(jī)能夠爲新能源汽車提供最大(dà)的動力輸出與加速度，是新能源叉車性能最佳的驅動電機(jī)。

新能源叉車的各種驅動電機(jī)性能比較表

永磁同步電機(jī)具備效率高、扭矩大(dà)、壽命長等特點，屬于自(zì)換流式電機(jī)，使用弦波矢量（FOC）控制方式，具備高效率、高性能、高可(kě)靠性的特點。由于控制方式較爲複雜，需要了解電機(jī)進行整流轉向的轉子位置和機(jī)制。爲了獲得(de)轉子位置，常采用位置傳感器，例如(rú)霍爾、編碼器和旋變等。

弦波矢量（FOC）控制原理(lǐ)框圖

由于叉車電流管理(lǐ)，需要調整到在變化的負載下控制速度，因此必須采用反饋控制機(jī)制，這也是叉車電機(jī)驅動控制器的關鍵技術(shù)所在。爲了獲得(de)具有良好動态扭矩響應的良好速度控制，在正弦驅動中采用稱爲矢量控制（也稱爲磁場定向控制或FOC）的技術(shù)。

對此，爲了方便電機(jī)客戶工(gōng)程師(shī)快(kuài)速、高效地設計(jì)出滿足需求的新能源叉車永磁同步電機(jī)産品，芯海科(kē)技推出基于高性能MCU CS32F103系列芯片的新能源叉車永磁同步電機(jī)控制解決方案。

永磁同步電機(jī)控制系統硬件(jiàn)框圖

CS32F103内置高精度ADC采集永磁同步電機(jī)的相(xiàng)電流，然後通過運行clarke變換得(de)到兩軸正交電流量Iα和Iβ，運行park變換後得(de)到正交電流量 Id、Iq。将三相(xiàng)坐(zuò)标變換爲兩相(xiàng)坐(zuò)标，此時控制Id和Iq即可(kě)控制電機(jī)扭矩和磁場。通常将Id設置爲０。

将Iq與Id進行PI運算，得(de)到輸出量Vq和Ｖd，通過位置傳感器（例如(rú)霍爾，編碼器，旋變）得(de)到電機(jī)的角度θ和轉速n。

對Vq、Ｖd和θ進行park逆變換，得(de)到二軸變量Vα和Vβ，再進行clarke逆變換得(de)到目标三相(xiàng)電壓生(shēng)成SVPWM來(lái)控制MOS電橋，來(lái)驅動永磁同步電機(jī)。

矢量控制方案實現之後還(hái)需要調整PI控制器參數以匹配不同的電機(jī)和負載類型，參數設置不當，則會導緻電機(jī)控制效率偏低，響應不達标。

芯海科(kē)技新能源叉車電機(jī)控制器DEMO

CS32F103采用高性能32位RISC架構，最高工(gōng)作(zuò)頻率爲72MHz，嵌入128K Byte flash和20K Byte SRAM，提供标準的通信接口（I2C、SPI、USART），2路(lù)12Bit ADC、3個通用16位定時器、1個PWM高級定時器、1個USB接口和1個CAN接口。提供包括涵蓋48引腳到100引腳的多種封裝，适用于電機(jī)控制、工(gōng)業自(zì)動化、儀器儀表、醫療、消費電子、汽車電子等應用領域。

芯海科(kē)技CS32F103産品框圖

CS32F103的供電電壓爲2.0V至3.6V，工(gōng)作(zuò)溫度範圍涵蓋-40℃至+105℃，結溫達125℃，滿足苛刻的極端應用環境下，在規定範圍内電壓、電流、溫度及器件(jiàn)保護等方面，實現開機(jī)和工(gōng)作(zuò)狀态的全系統檢測，确保叉車正常運行。

此外，CS32F103還(hái)具備支持睡眠模式、停機(jī)模式、待機(jī)模式等三種低功耗的節能模式，可(kě)以在低功耗要求、短(duǎn)啓動時間和多種喚醒事(shì)件(jiàn)之間達到最佳的平衡，保證新能源叉車的低功耗應用。

CS32F103系列憑借高度集成特性，支持終端應用根據具體(tǐ)需求開發電機(jī)控制的定制算法，可(kě)以使電機(jī)驅動器更好地管理(lǐ)電機(jī)故障檢測等關鍵功能，同時實施保護機(jī)制，從(cóng)而提高系統可(kě)靠性。

EVB-32F103系列開發闆

在開發生(shēng)态上，CS32F103支持KEIL等集成開發環境，提供EVB-32F103系列開發闆和在線調試工(gōng)具，提供芯海科(kē)技最新的CSWrite V3.x等最新燒錄工(gōng)具軟件(jiàn)，具有燒錄速度快(kuài)、良率高、操作(zuò)簡單的特點，還(hái)支持數據統計(jì)、在線更新等增強功能，幫助客戶實現電機(jī)控制器的最終硬件(jiàn)配置。

此外，CS32F103還(hái)支持第三方量産燒錄工(gōng)具，用戶無需重複購(gòu)買。芯海科(kē)技提供全面的産品SDK開發包，提供固件(jiàn)版本管理(lǐ)系統，方便用戶工(gōng)程師(shī)可(kě)以安全分(fēn)發固件(jiàn)，避免版本錯誤，實現快(kuài)速移植開發。

CS32F103系列的型号列表