世界叉車的起源，最早可以追溯到(dào)1917年。

曆經一百多年的發展，以叉車爲主的機械化裝卸、堆垛和(hé)短距運輸，讓人們告别了(le)繁重的原始人力搬運，廣泛應用(yòng)到(dào)全球的工(gōng)廠(chǎng)、倉庫、港口、場站(zhàn)等工(gōng)業、物流等國民經濟部門(mén)。

近年來(lái)，全球叉車市場規模呈上(shàng)升态勢。2021年全球叉車銷量創紀錄達234萬輛，同比大(dà)增47.89%，其中中國叉車銷量高(gāo)達110萬台，同比增長37.4%，成爲世界第一叉車生産大(dà)國和(hé)消費市場。

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

與傳統内燃叉車相比，新能(néng)源叉車進一步優化了(le)叉車性能(néng)，具有能(néng)量轉換效率高(gāo)、噪聲小(xiǎo)、無廢氣排放(fàng)、控制方便等優點，還有體積小(xiǎo)、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(duì)環境條件要求較高(gāo)的場合更具優勢。

叉車需要保持高(gāo)安全、高(gāo)強度、低(dī)能(néng)耗的工(gōng)作(zuò)性能(néng)，因此新能(néng)源叉車爲了(le)實現(xiàn)高(gāo)靈敏度的精準感知(zhī)操控、适應各種高(gāo)低(dī)溫應用(yòng)場景及具備低(dī)功耗運行模式，對(duì)叉車驅動電機及控制系統上(shàng)提出了(le)很(hěn)高(gāo)的要求。

目前，市場上(shàng)新能(néng)源叉車的驅動電機及控制系統種類頗多，主要可分爲直流電機、異步電機、永磁同步電機、開(kāi)關磁阻電機等。

其中，永磁同步電機的綜合性能(néng)超過其它類型的電機，最大(dà)優點就是具有較高(gāo)的功率密度與轉矩密度，相較其他(tā)種類的電機，在相同質量與體積下(xià)，永磁同步電機能(néng)夠爲新能(néng)源汽車提供最大(dà)的動力輸出與加速度，是新能(néng)源叉車性能(néng)最佳的驅動電機。

新能(néng)源叉車的各種驅動電機性能(néng)比較表

永磁同步電機具備效率高(gāo)、扭矩大(dà)、壽命長等特點，屬于自(zì)換流式電機，使用(yòng)弦波矢量（FOC）控制方式，具備高(gāo)效率、高(gāo)性能(néng)、高(gāo)可靠性的特點。由于控制方式較爲複雜(zá)，需要了(le)解電機進行整流轉向的轉子位置和(hé)機制。爲了(le)獲得轉子位置，常采用(yòng)位置傳感器，例如霍爾、編碼器和(hé)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(dào)在變化的負載下(xià)控制速度，因此必須采用(yòng)反饋控制機制，這(zhè)也(yě)是叉車電機驅動控制器的關鍵技術所在。爲了(le)獲得具有良好(hǎo)動态扭矩響應的良好(hǎo)速度控制，在正弦驅動中采用(yòng)稱爲矢量控制（也(yě)稱爲磁場定向控制或FOC）的技術。

對(duì)此，爲了(le)方便電機客戶工(gōng)程師快(kuài)速、高(gāo)效地設計(jì)出滿足需求的新能(néng)源叉車永磁同步電機産品，芯海科技推出基于高(gāo)性能(néng)MCU CS32F103系列芯片的新能(néng)源叉車永磁同步電機控制解決方案。

永磁同步電機控制系統硬件框圖

CS32F103内置高(gāo)精度ADC采集永磁同步電機的相電流，然後通過運行clarke變換得到(dào)兩軸正交電流量Iα和(hé)Iβ，運行park變換後得到(dào)正交電流量 Id、Iq。将三相坐(zuò)标變換爲兩相坐(zuò)标，此時(shí)控制Id和(hé)Iq即可控制電機扭矩和(hé)磁場。通常将Id設置爲０。

将Iq與Id進行PI運算(suàn)，得到(dào)輸出量Vq和(hé)Ｖd，通過位置傳感器（例如霍爾，編碼器，旋變）得到(dào)電機的角度θ和(hé)轉速n。

對(duì)Vq、Ｖd和(hé)θ進行park逆變換，得到(dào)二軸變量Vα和(hé)Vβ，再進行clarke逆變換得到(dào)目标三相電壓生成SVPWM來(lái)控制MOS電橋，來(lái)驅動永磁同步電機。

矢量控制方案實現(xiàn)之後還需要調整PI控制器參數以匹配不同的電機和(hé)負載類型，參數設置不當，則會(huì)導緻電機控制效率偏低(dī)，響應不達标。

芯海科技新能(néng)源叉車電機控制器DEMO

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

芯海科技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(yòng)環境下(xià)，在規定範圍内電壓、電流、溫度及器件保護等方面，實現(xiàn)開(kāi)機和(hé)工(gōng)作(zuò)狀态的全系統檢測，确保叉車正常運行。

此外(wài)，CS32F103還具備支持睡眠模式、停機模式、待機模式等三種低(dī)功耗的節能(néng)模式，可以在低(dī)功耗要求、短啓動時(shí)間和(hé)多種喚醒事(shì)件之間達到(dào)最佳的平衡，保證新能(néng)源叉車的低(dī)功耗應用(yòng)。

CS32F103系列憑借高(gāo)度集成特性，支持終端應用(yòng)根據具體需求開(kāi)發電機控制的定制算(suàn)法，可以使電機驅動器更好(hǎo)地管理(lǐ)電機故障檢測等關鍵功能(néng)，同時(shí)實施保護機制，從(cóng)而提高(gāo)系統可靠性。

EVB-32F103系列開(kāi)發闆

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

此外(wài)，CS32F103還支持第三方量産燒錄工(gōng)具，用(yòng)戶無需重複購買。芯海科技提供全面的産品SDK開(kāi)發包，提供固件版本管理(lǐ)系統，方便用(yòng)戶工(gōng)程師可以安全分發固件，避免版本錯誤，實現(xiàn)快(kuài)速移植開(kāi)發。

CS32F103系列的型号列表