世界叉車的起源，最早可(ke)以(yi)追溯到1917年。
歷經(jing)一百(bai)多年的發展，以叉車為(wei)主的機械化裝卸、堆垛(duo)和短距(ju)運輸，讓人們告別了繁重的原(yuan)始人力搬運，廣泛應用到(dao)全球的工(gong)廠(chang)、倉(cang)庫(ku)、港口(kou)、場站(zhan)等工(gong)業、物流(liu)等國民(min)經(jing)濟部門。
近年來，全球叉車市(shi)場(chang)規模呈上升(sheng)態勢。2021年全球叉車銷(xiao)量(liang)創(chuang)紀錄達234萬(wan)輛，同(tong)比大增47.89%，其中中國叉車銷(xiao)量(liang)高達110萬(wan)臺，同(tong)比增長37.4%，成為世界第一叉車生產大國和消費市(shi)場(chang)。
與(yu)此同時(shi)，隨著新能源行業的持(chi)續火爆，以蓄電池為(wei)(wei)動力源的新能源叉(cha)車(che)成為(wei)(wei)行業的未(wei)來發展(zhan)方向。2021年，中(zhong)國新能源叉(cha)車(che)銷量(liang)為(wei)(wei)65.78萬臺，同比(bi)增長60.33%，未(wei)來仍保持(chi)著高(gao)速增長。
與傳(chuan)統(tong)內(nei)燃(ran)叉(cha)(cha)車相比(bi)，新能源叉(cha)(cha)車進(jin)一(yi)步優化(hua)了叉(cha)(cha)車性(xing)能，具(ju)有能量(liang)轉換效率高、噪聲小(xiao)、無廢氣排(pai)放、控制方便等(deng)優點(dian)，還有體積小(xiao)、靈活、易操作等(deng)特點(dian)，在車間、倉庫、自動倉儲(chu)系(xi)統(tong)、大型超市等(deng)對(dui)環境條件要求較高的場合更具(ju)優勢(shi)。
新(xin)能源叉車的電機應用
叉(cha)車需要(yao)保持(chi)高(gao)(gao)安全、高(gao)(gao)強度(du)、低能(neng)(neng)耗(hao)的(de)(de)工作性能(neng)(neng)，因(yin)此新能(neng)(neng)源(yuan)叉(cha)車為了(le)實現高(gao)(gao)靈敏度(du)的(de)(de)精準感知操控、適應(ying)各種高(gao)(gao)低溫應(ying)用場景及具備低功(gong)耗(hao)運行模式(shi)，對叉(cha)車驅動電機(ji)及控制系統上提出了(le)很(hen)高(gao)(gao)的(de)(de)要(yao)求。
目前(qian)，市(shi)場上新(xin)能源叉(cha)車(che)的驅動電(dian)機(ji)及控制系統種類頗多，主(zhu)要(yao)可分為(wei)直流電(dian)機(ji)、異步電(dian)機(ji)、永(yong)磁(ci)同步電(dian)機(ji)、開(kai)關磁(ci)阻電(dian)機(ji)等。
其(qi)中，永磁同步(bu)電(dian)(dian)機(ji)(ji)的綜合性能(neng)(neng)超(chao)過其(qi)它類(lei)型的電(dian)(dian)機(ji)(ji)，最大優點就是(shi)具有較高(gao)的功(gong)率密度與(yu)轉矩密度，相較其(qi)他種類(lei)的電(dian)(dian)機(ji)(ji)，在相同質量與(yu)體(ti)積下，永磁同步(bu)電(dian)(dian)機(ji)(ji)能(neng)(neng)夠為新(xin)(xin)能(neng)(neng)源汽車提供(gong)最大的動(dong)力(li)輸出與(yu)加速度，是(shi)新(xin)(xin)能(neng)(neng)源叉車性能(neng)(neng)最佳的驅動(dong)電(dian)(dian)機(ji)(ji)。
新能源叉車(che)的各種驅動電機性能比(bi)較表(biao)
永磁同步電(dian)機(ji)具備效(xiao)率(lv)高(gao)、扭矩大、壽命長等特(te)點(dian)，屬于(yu)自換流式電(dian)機(ji)，使(shi)用弦波矢量（FOC）控(kong)制方式，具備高(gao)效(xiao)率(lv)、高(gao)性(xing)能(neng)、高(gao)可靠性(xing)的(de)特(te)點(dian)。由于(yu)控(kong)制方式較為(wei)復(fu)雜，需要了解電(dian)機(ji)進行整流轉(zhuan)向的(de)轉(zhuan)子位(wei)(wei)置和機(ji)制。為(wei)了獲得轉(zhuan)子位(wei)(wei)置，常采用位(wei)(wei)置傳感器(qi)，例如霍爾、編碼器(qi)和旋變等。
弦波矢量（FOC）控制(zhi)原(yuan)理(li)框(kuang)圖
由于(yu)叉車電流管理，需要調整到在(zai)變化的(de)負載下控制(zhi)速(su)度(du)(du)，因此必須采(cai)(cai)用反饋控制(zhi)機(ji)制(zhi)，這(zhe)也是叉車電機(ji)驅(qu)動(dong)控制(zhi)器的(de)關鍵技術所在(zai)。為(wei)了(le)獲得具有良(liang)好動(dong)態扭(niu)矩(ju)響應的(de)良(liang)好速(su)度(du)(du)控制(zhi)，在(zai)正弦(xian)驅(qu)動(dong)中采(cai)(cai)用稱為(wei)矢量控制(zhi)（也稱為(wei)磁(ci)場定向控制(zhi)或FOC）的(de)技術。
CS32F103的應(ying)用優(you)勢(shi)
對此，為了方便電機(ji)客戶工程師快速、高效地設計出滿足需求的(de)新能(neng)源叉車(che)(che)永磁同步電機(ji)產品，芯(xin)海科技推出基于高性能(neng)MCU CS32F103系列芯(xin)片的(de)新能(neng)源叉車(che)(che)永磁同步電機(ji)控制解決方案(an)。
永磁(ci)同(tong)步電機控制系統(tong)硬件框圖
CS32F103內置高(gao)精度(du)ADC采集永(yong)磁同步電機的相電流，然后通過運行(xing)clarke變換(huan)得到兩軸正交(jiao)電流量Iα和Iβ，運行(xing)park變換(huan)后得到正交(jiao)電流量 Id、Iq。將(jiang)三相坐標變換(huan)為兩相坐標，此時控制(zhi)Id和Iq即可控制(zhi)電機扭矩和磁場。通常將(jiang)Id設(she)置為０。
將Iq與Id進行PI運算，得(de)到(dao)輸(shu)出量Vq和(he)Ｖd，通過位(wei)置傳感器（例如霍爾，編碼器，旋變(bian)）得(de)到(dao)電(dian)機的(de)角度θ和(he)轉速n。
對(dui)Vq、Ｖd和θ進行(xing)park逆變(bian)換(huan)，得到二軸變(bian)量Vα和Vβ，再進行(xing)clarke逆變(bian)換(huan)得到目(mu)標三(san)相電壓生成SVPWM來控制MOS電橋(qiao)，來驅動永(yong)磁同步電機。
矢(shi)量控(kong)制方案(an)實現之后還(huan)需要調(diao)整PI控(kong)制器(qi)參(can)數以(yi)匹配不(bu)同的電(dian)機(ji)(ji)和(he)負載類(lei)型，參(can)數設(she)置不(bu)當，則會導致電(dian)機(ji)(ji)控(kong)制效(xiao)率偏低，響(xiang)應不(bu)達標(biao)。
芯海(hai)科技新能源叉車電機控制器DEMO
CS32F103采用(yong)高(gao)性(xing)能32位RISC架構，最高(gao)工作(zuo)頻率為72MHz，嵌入128K Byte flash和(he)20K Byte SRAM，提(ti)供標(biao)準(zhun)的通(tong)(tong)信接(jie)口(kou)(kou)（I2C、SPI、USART），2路12Bit ADC、3個通(tong)(tong)用(yong)16位定時(shi)器、1個PWM高(gao)級定時(shi)器、1個USB接(jie)口(kou)(kou)和(he)1個CAN接(jie)口(kou)(kou)。提(ti)供包括涵蓋48引(yin)腳到100引(yin)腳的多種封裝(zhuang)，適用(yong)于電(dian)(dian)機控制、工業自動(dong)化(hua)、儀器儀表、醫療、消費電(dian)(dian)子、汽車電(dian)(dian)子等應(ying)用(yong)領域。
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芯海科技CS32F103產品框圖
CS32F103的(de)供電(dian)電(dian)壓為(wei)2.0V至3.6V，工(gong)作(zuo)溫(wen)(wen)度范圍(wei)涵(han)蓋-40℃至+105℃，結溫(wen)(wen)達125℃，滿足苛刻(ke)的(de)極端應(ying)用環境下，在規定范圍(wei)內電(dian)壓、電(dian)流、溫(wen)(wen)度及器件保護等方面(mian)，實現開機和(he)工(gong)作(zuo)狀(zhuang)態的(de)全(quan)系統(tong)檢測，確保叉車正常運(yun)行。
此外，CS32F103還(huan)具備支持睡眠模(mo)式(shi)、停機模(mo)式(shi)、待機模(mo)式(shi)等三種(zhong)(zhong)低(di)功耗的節能(neng)模(mo)式(shi)，可以在低(di)功耗要求、短啟動時間(jian)和(he)多種(zhong)(zhong)喚醒事(shi)件之間(jian)達(da)到(dao)最佳的平衡，保證新(xin)能(neng)源(yuan)叉(cha)車(che)的低(di)功耗應用。
CS32F103的(de)開發生態
CS32F103系列憑(ping)借高度(du)集成特性，支持終端應用根據具體需(xu)求開發電(dian)(dian)機(ji)(ji)控制的定制算法，可以使電(dian)(dian)機(ji)(ji)驅(qu)動器更好地管理電(dian)(dian)機(ji)(ji)故障檢測等(deng)關鍵(jian)功能，同時實施保護機(ji)(ji)制，從而提高系統可靠(kao)性。
EVB-32F103系列開發板(ban)
在(zai)(zai)開發(fa)生態上(shang)，CS32F103支(zhi)持(chi)KEIL等(deng)集成(cheng)開發(fa)環(huan)境(jing)，提供(gong)EVB-32F103系列開發(fa)板和在(zai)(zai)線調試工具，提供(gong)芯海科技最(zui)新(xin)的CSWrite V3.x等(deng)最(zui)新(xin)燒錄工具軟件，具有(you)燒錄速度快、良率高、操作簡(jian)單(dan)的特點，還(huan)支(zhi)持(chi)數據統計(ji)、在(zai)(zai)線更新(xin)等(deng)增強功能，幫助(zhu)客(ke)戶實現電機控制器的最(zui)終硬件配置(zhi)。
此外(wai)，CS32F103還(huan)支持(chi)第三(san)方量產燒錄工具(ju)，用戶(hu)無需重(zhong)復(fu)購買(mai)。芯海(hai)科技提供(gong)全面(mian)的產品SDK開發包，提供(gong)固件版(ban)本(ben)管理(li)系統，方便(bian)用戶(hu)工程師可以安(an)全分發固件，避免版(ban)本(ben)錯(cuo)誤，實現快速移植(zhi)開發。
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CS32F103系列的型號列表