世(shi)界叉車的起(qi)源，最早可以追溯到(dao)1917年。

歷經一百多(duo)年的發展，以(yi)叉車為主的機(機)械化裝卸、堆垛(duo)和短距運輸，讓人們告別(別)了繁重的原(yuan)始人力搬運(運)，廣泛應用到(dao)全球的(de)工廠、倉庫、港(gang)口、場站等工(gong)業、物流等國民經濟部門。

近年(nian)來，全球叉(cha)車市場規模呈上(shang)升態勢。2021年全(quan)球叉車銷量(liang)創紀錄達234萬輛，同比(bi)大增47.89%，其中(zhong)(zhong)中國叉車銷量(liang)高達110萬臺(臺)，同比增(zeng)長37.4%，成為世界(jie)第一叉車生(sheng)產大國和消(xiao)費市場。

與此(ci)同時，隨著新能源行(xing)業的持續火(huo)爆，以蓄電池(chi)為動力源的(de)新能源叉車成為行業的(de)未來發展方向(xiang)。2021年，中(zhong)國新能源叉車銷(銷)量為65.78萬臺，同比增長60.33%，未(wei)來仍保持(chi)著高速增長(長)。

與傳統內燃(ran)叉車相比，新(xin)能源叉車進(進)一步優化了(le)叉車性能，具有(you)能量轉換效(xiao)率高、噪(zao)聲小、無廢氣排放、控制方(fang)便等優點，還有(you)體積小、靈活(huo)、易操作等特(te)點，在(zai)車間、倉庫、自動倉儲系統、大型超市(shi)等對環境條(條)件要求較高(gao)的場合(he)更具優勢。

叉車需要保持(chi)高安全、高強度、低(di)能耗的工作(zuo)性能，因此新(xin)能源叉(cha)車為了實現(現)高靈敏度的(de)精準感知操(cao)控、適應各種高(gao)低溫應用場景(jing)及具備低功(gong)耗運(運)行模式(shi)，對叉車驅動電機及(ji)控制系統上(shang)提出了很高(gao)的要求。

目前(qian)，市場上新能(neng)源叉車的驅動電機及控(kong)制系統種類頗多，主要可分為直(zhi)流電機、異步(bu)電機、永磁同(tong)步電機、開關磁阻(zu)電機等。

其中，永磁同步電機的綜合性(xing)能超過其它(ta)類型的電機，最大(da)優點就是具有較高(gao)的功率密度(du)與轉矩密度(du)，相較其他種(種)類的電機，在(zai)相同質量與(與)體積下，永磁(ci)同步電機能(neng)夠為新(xin)能源汽車提(ti)供最大的動力輸出與加(jia)速度，是(shi)新能源叉車性能最佳的(de)驅動電機。

新能源(yuan)叉車的各種(種)驅動電機性(xing)能比較表

永磁同步(bu)電機具備效率高、扭矩大、壽命長等特點(點)，屬于自換流(liu)式電機，使用弦(xian)波矢量（FOC）控制方(fang)式，具備高效(xiao)率、高(gao)性能、高可靠性的特(te)點。由于控制方式較(較)為復雜，需要了(le)解電機進行(xing)(xing)整流轉向的(de)轉子位置和(he)機制。為了獲(獲)得(de)轉子位置，常(chang)采用位置傳感器，例如霍(huo)爾、編碼器和旋變等。

弦波矢量（FOC）控制原(yuan)理框圖

由于(yu)叉車電流管(guan)理，需要調整(zheng)到在變化的(de)負載下控制速(su)度，因此必須采用反(fan)饋控制機制(zhi)，這也是叉車電機驅動控(kong)制器的關鍵(鍵)技術所在。為了獲得具有(you)良好動態扭(niu)矩響應的良好速度(du)控制，在正弦(xian)驅動中采用(yong)稱為矢量控(kong)制（也(ye)稱為磁場定(ding)向控制或FOC）的(de)技術。

對此，為了方便電機(機)客戶工(gong)程師快速、高效(xiao)地設計出(chu)滿足需求的(de)新能源叉車永磁同步電機產品，芯海(hai)科技推出基(ji)于高性(xing)能MCU CS32F103系列芯片的(de)新能源叉車永磁同步電機控制解決(決)方案。

永磁同(tong)步電機控制(zhi)系統硬件框(kuang)圖

CS32F103內置高精度(du)ADC采集永(yong)磁同步電機(機)的相電流，然后通過(過)運行clarke變換得(de)到兩軸正交(jiao)電流量Iα和Iβ，運行park變換后得(de)到正交電流(liu)量 Id、Iq。將三相坐(zuo)標變換為兩相坐標，此時控制Id和Iq即可控制電機扭矩和磁場。通常將Id設置(zhi)為０。

將Iq與Id進行PI運算(suan)，得到輸出(chu)量Vq和Ｖd，通過位(wei)置傳感器（例(li)如霍爾，編碼器，旋變）得(de)到(dao)電機的角度θ和(he)轉速n。

對Vq、Ｖd和θ進行park逆變換，得到(dao)二軸變量Vα和Vβ，再進行clarke逆變換得到目標三相電壓生(sheng)成(cheng)SVPWM來控制MOS電橋，來驅動永磁同(tong)步電機。

矢量控制方(fang)案實現之后(hou)還需要調整(zheng)PI控制器參數以匹配不同(tong)的電機和負載類型，參數設置不(bu)當，則會導致電機(機)控制效率偏低(di)，響應不達標。

芯海(hai)科技新(xin)能源叉車電機控制器DEMO

CS32F103采(cai)用高性能32位RISC架構，最高(gao)工作頻率(lu)為72MHz，嵌入128K Byte flash和20K Byte SRAM，提(ti)供標準的通信接(jie)口（I2C、SPI、USART），2路12Bit ADC、3個通用(yong)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(gong)包括涵蓋48引(yin)腳到100引(yin)腳的多種封(feng)裝，適用于電機控制、工業(業)自動化、儀器(qi)儀表、醫療、消費(費)電子、汽車電子等應用(yong)領域。

芯海科技CS32F103產品(pin)框圖

CS32F103的供電電壓為2.0V至(zhi)3.6V，工作溫度(du)范圍涵蓋-40℃至+105℃，結溫達125℃，滿足苛刻(ke)的極端應用(yong)環境下，在規定范圍內電壓、電流、溫度(du)及器件保護(護)等方面，實現開機和(he)工作狀態的(de)全系統檢測(測)，確(確)保(bao)叉車正常運行(xing)。

此外(wai)，CS32F103還具備支持睡眠模(mo)式、停機模式(shi)、待機模式等(deng)三種低功耗的節能(neng)模式，可以在(zai)低功耗要求(qiu)、短啟動時間(間)和多種喚醒(xing)事件之間達(達)到最佳的平(ping)衡，保(bao)證新能源叉(cha)車的低功耗(hao)應用。

CS32F103系(xi)列憑借高度(du)集成特性，支(zhi)持終端應用(yong)根據具體需(xu)求開發電機(機)控制的定制(zhi)算法，可以使電機驅動器更好地管(guan)理電機故障檢(檢)測等關鍵功(gong)能，同時實施(shi)保護機制，從而提高系統(統)可靠性(xing)。

EVB-32F103系列開發板(ban)

在開發生態上(shang)，CS32F103支持KEIL等(deng)集成開發環境，提供EVB-32F103系列開發(發)板和在線調試工具，提供芯(xin)海科技最新(xin)的CSWrite V3.x等最新燒錄工具軟件，具有燒錄速度快、良(liang)率高、操(cao)作簡單的特(te)點，還支持數據統計、在線更(geng)新等增強功(gong)能，幫助客戶實現電機控(kong)制器的最終(終)硬件配置。

此外，CS32F103還支持第三(san)方量(liang)產燒錄工具，用戶無需重復購買。芯海科技(ji)提供全面的(de)產品SDK開發包(bao)，提供固件版(ban)本管理(li)系統，方便用(yong)戶工程師可(ke)以安全分發(發)固件，避(bi)免版本錯誤，實現快速(su)移植開發。

CS32F103系(xi)列的型號列(lie)表