世(shi)界(jie)叉車(che)的起源，最(zui)早可以(yi)追溯到1917年。
歷經一百(bai)多年的(de)發展，以叉車(che)為主的(de)機械化裝(zhuang)卸(xie)、堆垛和短距運輸，讓(rang)人們告別(bie)了繁重的(de)原始(shi)人力搬(ban)運，廣泛應用(yong)到全球的(de)工廠、倉庫、港口、場站等(deng)工業、物流等(deng)國民經濟部門。
近年來(lai)，全球(qiu)叉車(che)市場(chang)規(gui)模呈上升態勢(shi)。2021年全球(qiu)叉車(che)銷(xiao)量創(chuang)紀錄達234萬(wan)輛(liang)，同比大增47.89%，其(qi)中中國(guo)叉車(che)銷(xiao)量高(gao)達110萬(wan)臺，同比增長37.4%，成為世界第一叉車(che)生(sheng)產大國(guo)和消費市場(chang)。
與(yu)此同(tong)時(shi)，隨著新(xin)能源(yuan)行(xing)業(ye)的(de)持(chi)續火爆，以(yi)蓄電池為(wei)動力(li)源(yuan)的(de)新(xin)能源(yuan)叉(cha)車成(cheng)為(wei)行(xing)業(ye)的(de)未(wei)來發展(zhan)方向。2021年，中國新(xin)能源(yuan)叉(cha)車銷量為(wei)65.78萬臺(tai)，同(tong)比增(zeng)(zeng)長60.33%，未(wei)來仍保持(chi)著高速增(zeng)(zeng)長。
與傳(chuan)統(tong)內燃(ran)叉(cha)車相(xiang)比(bi)，新(xin)能源(yuan)叉(cha)車進一步優化(hua)了(le)叉(cha)車性能，具有能量轉換效率高、噪聲小(xiao)、無廢氣排放(fang)、控制(zhi)方便等優點，還有體積(ji)小(xiao)、靈活、易操(cao)作等特點，在車間、倉(cang)庫、自(zi)動倉(cang)儲系統(tong)、大型超(chao)市等對環境條(tiao)件要求較高的場合(he)更具優勢。
新(xin)能源叉車的電機應用
叉車(che)需要保持高(gao)(gao)安全、高(gao)(gao)強度、低能耗的工作性能，因此新能源叉車(che)為了實現(xian)高(gao)(gao)靈敏(min)度的精準感(gan)知操控(kong)、適(shi)應各(ge)種高(gao)(gao)低溫應用場(chang)景(jing)及具(ju)備低功(gong)耗運行模式，對叉車(che)驅(qu)動電機及控(kong)制(zhi)系統上提出了很(hen)高(gao)(gao)的要求(qiu)。
目前，市(shi)場上新能源叉車(che)的驅動電機(ji)(ji)(ji)及控制系統種類頗(po)多，主要可分為直流電機(ji)(ji)(ji)、異(yi)步(bu)電機(ji)(ji)(ji)、永磁(ci)同步(bu)電機(ji)(ji)(ji)、開關磁(ci)阻(zu)電機(ji)(ji)(ji)等。
其中(zhong)，永(yong)磁同步電機(ji)(ji)的綜合性能(neng)(neng)超過其它類型的電機(ji)(ji)，最(zui)大優點就是具有較(jiao)高的功率(lv)密(mi)度(du)與轉(zhuan)矩密(mi)度(du)，相較(jiao)其他種(zhong)類的電機(ji)(ji)，在(zai)相同質量與體積下，永(yong)磁同步電機(ji)(ji)能(neng)(neng)夠為新能(neng)(neng)源汽車(che)提(ti)供最(zui)大的動力(li)輸(shu)出(chu)與加(jia)速度(du)，是新能(neng)(neng)源叉(cha)車(che)性能(neng)(neng)最(zui)佳的驅動電機(ji)(ji)。
新能源叉車的(de)各種驅動電(dian)機性能比(bi)較表(biao)
永磁(ci)同(tong)步電機具(ju)備效率高(gao)、扭矩大、壽命長等特(te)點，屬于(yu)自換流式電機，使用弦波矢量(liang)（FOC）控制(zhi)(zhi)方(fang)式，具(ju)備高(gao)效率、高(gao)性(xing)能、高(gao)可靠性(xing)的特(te)點。由于(yu)控制(zhi)(zhi)方(fang)式較為復雜，需要了解電機進(jin)行整流轉(zhuan)(zhuan)向的轉(zhuan)(zhuan)子位(wei)置和(he)機制(zhi)(zhi)。為了獲得轉(zhuan)(zhuan)子位(wei)置，常(chang)采用位(wei)置傳感器，例如霍爾、編碼器和(he)旋(xuan)變等。
弦(xian)波矢量(liang)（FOC）控制原理框圖
由于叉車(che)電流管(guan)理，需要調整到在(zai)變化的負載下控(kong)制速度，因此必須(xu)采用反饋控(kong)制機制，這也是叉車(che)電機驅動(dong)(dong)控(kong)制器(qi)的關鍵(jian)技(ji)術所在(zai)。為了獲得具有良(liang)好(hao)(hao)動(dong)(dong)態扭矩響(xiang)應的良(liang)好(hao)(hao)速度控(kong)制，在(zai)正弦驅動(dong)(dong)中采用稱為矢量控(kong)制（也稱為磁場定(ding)向控(kong)制或(huo)FOC）的技(ji)術。
CS32F103的應用(yong)優勢
對此(ci)，為了方便電機(ji)(ji)客戶工程師(shi)快速、高效地設計出滿足需求的(de)新(xin)(xin)能(neng)源(yuan)叉(cha)車永(yong)磁同步電機(ji)(ji)產品(pin)，芯(xin)海科技推(tui)出基于(yu)高性能(neng)MCU CS32F103系列芯(xin)片的(de)新(xin)(xin)能(neng)源(yuan)叉(cha)車永(yong)磁同步電機(ji)(ji)控(kong)制解決方案。
永磁同步電機控制系統硬(ying)件框(kuang)圖(tu)
CS32F103內置高精度ADC采(cai)集永(yong)磁(ci)同步電機的相(xiang)電流，然后通(tong)(tong)過運(yun)(yun)行clarke變換(huan)得(de)到(dao)兩(liang)軸正(zheng)交電流量(liang)Iα和Iβ，運(yun)(yun)行park變換(huan)后得(de)到(dao)正(zheng)交電流量(liang) Id、Iq。將三相(xiang)坐標變換(huan)為(wei)兩(liang)相(xiang)坐標，此時控(kong)制Id和Iq即可控(kong)制電機扭矩和磁(ci)場。通(tong)(tong)常將Id設置為(wei)０。
將Iq與Id進行PI運(yun)算(suan)，得到輸出(chu)量Vq和(he)Ｖd，通(tong)過位(wei)置傳感器（例如霍爾，編碼(ma)器，旋變(bian)）得到電(dian)機的角度θ和(he)轉速n。
對(dui)Vq、Ｖd和θ進行park逆(ni)變換(huan)，得到(dao)二軸(zhou)變量(liang)Vα和Vβ，再進行clarke逆(ni)變換(huan)得到(dao)目標三相電壓(ya)生成SVPWM來(lai)控制(zhi)MOS電橋，來(lai)驅動永(yong)磁同步(bu)電機。
矢量控制(zhi)方案實現(xian)之后(hou)還需要調整(zheng)PI控制(zhi)器參數以(yi)匹配不同的(de)電機(ji)和負載類(lei)型，參數設置不當(dang)，則(ze)會導(dao)致(zhi)電機(ji)控制(zhi)效率偏低，響應(ying)不達(da)標。
芯海科技新能源叉車電機控制器DEMO
CS32F103采用高(gao)性能32位RISC架構，最高(gao)工(gong)作(zuo)頻率為(wei)72MHz，嵌(qian)入128K Byte flash和20K Byte SRAM，提供(gong)標準的通(tong)信(xin)接(jie)口(kou)（I2C、SPI、USART），2路12Bit ADC、3個(ge)通(tong)用16位定(ding)(ding)時(shi)器、1個(ge)PWM高(gao)級(ji)定(ding)(ding)時(shi)器、1個(ge)USB接(jie)口(kou)和1個(ge)CAN接(jie)口(kou)。提供(gong)包(bao)括涵(han)蓋48引(yin)腳到(dao)100引(yin)腳的多種(zhong)封裝，適用于電機控(kong)制(zhi)、工(gong)業自動化、儀器儀表、醫療、消費電子(zi)、汽車電子(zi)等應用領域(yu)。
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芯(xin)海科技CS32F103產品(pin)框圖(tu)
CS32F103的(de)供電(dian)(dian)電(dian)(dian)壓(ya)為2.0V至3.6V，工作溫(wen)度范圍涵蓋-40℃至+105℃，結溫(wen)達(da)125℃，滿足(zu)苛刻的(de)極端應用環境下，在(zai)規定(ding)范圍內電(dian)(dian)壓(ya)、電(dian)(dian)流、溫(wen)度及器件保護等方面，實現開(kai)機和工作狀態(tai)的(de)全系統(tong)檢測，確保叉車正常運行。
此外，CS32F103還具備支持(chi)睡眠模式、停機(ji)模式、待機(ji)模式等(deng)三種低(di)功(gong)(gong)耗(hao)(hao)的節能模式，可以在低(di)功(gong)(gong)耗(hao)(hao)要(yao)求、短啟動時(shi)間和多種喚醒(xing)事件之間達到最(zui)佳的平衡(heng)，保證(zheng)新(xin)能源叉車(che)的低(di)功(gong)(gong)耗(hao)(hao)應用(yong)。
CS32F103的開發生態(tai)
CS32F103系列憑借高度集成特性，支持終端應用根據具體需求開發電(dian)(dian)機控制(zhi)的定(ding)制(zhi)算法，可以使電(dian)(dian)機驅動器(qi)更好地(di)管理(li)電(dian)(dian)機故(gu)障檢測(ce)等關鍵功能，同時實施(shi)保護(hu)機制(zhi)，從(cong)而提高系統可靠(kao)性。
EVB-32F103系列(lie)開發板
在開(kai)(kai)發(fa)生態上，CS32F103支持KEIL等集(ji)成開(kai)(kai)發(fa)環境，提(ti)供(gong)EVB-32F103系列(lie)開(kai)(kai)發(fa)板(ban)和在線調試(shi)工(gong)(gong)具，提(ti)供(gong)芯海(hai)科技最(zui)新的(de)(de)CSWrite V3.x等最(zui)新燒錄工(gong)(gong)具軟件，具有燒錄速度快、良率高、操作簡單的(de)(de)特點(dian)，還支持數據統計、在線更新等增強功能，幫助(zhu)客戶實現電機控制器的(de)(de)最(zui)終硬件配置(zhi)。
此(ci)外(wai)，CS32F103還支持第三方量產燒錄工具，用戶(hu)無需(xu)重復購買。芯海科技提供全面(mian)的產品SDK開發(fa)包(bao)，提供固(gu)件版(ban)本管(guan)理系(xi)統，方便用戶(hu)工程(cheng)師可以安全分發(fa)固(gu)件，避免版(ban)本錯誤，實現快速移(yi)植開發(fa)。
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CS32F103系列的型號列表