本发明涉及永磁同步电机的控制技术领域，更具体地说，本发明涉及一种高驱动转换速度的永磁同步电机控制装置及方法。
背景技术：
近年来，随着电力电子技术、微电子技术、新型电机控制理论和稀土永磁材料的快速发展，永磁同步电动机得以迅速的推广应用。与传统的电励磁同步电机相比，永磁同步电机,特别是稀土永磁同步电机具有损耗少、效率高、节电效果明显的优点。永磁同步电动机以永磁体提供励磁，使电动机结构较为简单，降低了加工和装配费用，且省去了容易出问题的集电环和电刷，提高了电动机运行的可靠性；又因无需励磁电流，没有励磁损耗，提高了电动机的效率和功率密度，因而它是近几年研究较多并在各个领域中应用越来越广泛的一种电动机。
而通过逆变器对永磁同步电机的定子绕组进行控制时，需要采用耐压较高的开关管进行控制，随着开关管选择功率的增加，导致开关管的动作时间增加，进而导致通过逆变器对各相定子绕组上的电源切换速度变慢，降低了逆变器中上下桥臂之间转换导通的速度。
技术实现要素：
本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。
本发明还有一个目的是提供一种高驱动转换速度的永磁同步电机控制装置及方法，减小了逆变器中开关管的开断电压，提高了各个开关管的动作速度，同时通过吸收电路有效消耗了定子绕组流向切换瞬间对应定子绕组上产生的反电动势，减小对了逆变器中开关管开断和闭合过程的电压影响，提高了逆变器中上下桥臂之间转换导通的速度，本发明有效解决了定子绕组换向速度缓慢、换向过程滞后的技术问题。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种高驱动转换速度的永磁同步电机控制装置及方法，包括：
逆变电路，其由三对上下桥臂组成，每个所述桥臂包括并联的两路开关组，所述逆变电路的输出端连接至永磁同步电机的三相定子绕组；
第一吸收电路，其选择性正接设置在A相定子绕组两端；
第二吸收电路，其选择性反接设置在A相定子绕组两端；
第三吸收电路，其选择性正接设置在B相定子绕组两端；
第四吸收电路，其选择性反接设置在B相定子绕组两端；
其中，所述第一吸收电路和第三吸收电路分别选择性正接设置在C相定子绕组两端；所述第二吸收电路和第四吸收电路分别选择性反接设置在C相定子绕组两端；
各个所述吸收电路包括第一开关Td、第二开关Tk、第一电容C1、第三开关Tc、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第二电容C2；所述第二开关Tk和第一电容C1构成第一串联支路，所述第三电阻R3和第二电容C2并联构成第一并联支路，所述第三开关Tc、第一并联支路和第二电阻R2依次串联构成第二串联支路，所述第一串联支路和第二串联支路并联构成第二并联支路，所述第一开关Td、第一电阻R1和第二并联支路依次串联。
优选的，每个上桥臂包括并联设置的第一开关组和第二开关组，所述第一开关组由第一IGBT和第二IGBT串联而成，所述第二开关组由第三IGBT和第四IGBT串联而成，所述上桥臂的输入端与直流母线正极端连接，所述上桥臂的输出端与其中一相所述定子绕组连接；
每个下桥臂包括并联设置的第三开关组和第四开关组，所述第三开关组由第五IGBT和第六IGBT串联而成，所述第四开关组由第七IGBT和第八IGBT串联而成，所述下桥臂的输入端与其中一相所述定子绕组连接，所述下桥臂的输出端与直流母线负极端连接。
优选的，所述第四IGBT的发射极与所述第五IGBT的集电极连接，所述第四IGBT的集电极与所述第五IGBT的发射极连接。
优选的，各个所述吸收电路的结构一致，所述吸收电路还包括第一二极管D1，其阳极连接在所述第二并联支路的输出端；
优选的，所述第一开关Td的输入端连接每个所述定子绕组的第一端或第二端，所述第一开关Td的输出端经过所述第一电阻R1连接所述第二并联支路的输入端，所述第一二极管D1的阴极连接每个所述定子绕组的第一端或第二端。
优选的，所述吸收电路还包括第二二极管D2，其与所述第二电容C2串联，所述第三开关Tc的输入端与所述第一电阻R1连接，所述第三开关Tc的输出端分别连接所述第三电阻R3第一端和所述第二二极管D2的阳极端，所述第三电阻R3第二端与所述第二电阻R2第一端连接，所述第二二极管D2的阴极端经过所述第二电容C2与所述第二电阻R2第一端连接。
优选的，所述第一电容C1两端并联一第三串联支路，所述第三串联支路包括相互串联的第四电阻R4和第四开关Tp，所述第二开关Tk的输入端与所述第一电阻R1连接，所述第二开关Tk的输出端与经过所述第一电容C1与所述第一二极管D1的阳极端连接；所述第四电阻R4的第一端与所述第二开关Tk的输出端连接，所述第四电阻R4的第二端与所述第四开关Tp的输入端连接，所述第四开关Tp的输出端与所述第一二极管D1的阳极端连接。
优选的，所述吸收电路还包括第三二极管D3，其串联在所述第二二极管D2和第四电阻R4之间，所述第三二极管D3的阳极与所述第二二极管D2的阴极连接，所述第三二极管D3的阴极与所述第四电阻R4的第一端连接。
优选的，还包括一电压比较器，其同相输入端连接所述第三电阻R3两端电压，所述电压比较器的反相输入端连接所述第二电容C2两端电压，所述电压比较器的输出端与所在吸收电路上的所述第二开关Tk的控制端连接；所述第二开关Tk为一常闭可控开关，所述第二电阻R2的阻值是第三电阻R3阻值的5-10倍。
一种永磁同步电机控制的控制方法，包括以下步骤：
步骤一、控制对应的上桥臂导通和下桥臂关断过程中，计算下桥臂从触发断开时刻到对应定子绕组电流过零时刻之间的间隔时间TA，控制该下桥臂对应定子绕组两端反向连接一吸收电路，同时对定子绕组两端的该吸收电路进行以下操作：分别闭合第一开关Td、第二开关Tk和第三开关Tc，实时监测第三电阻R3和第二电容C2两端电压，当第二电容C2两端电压大于第三电阻R3两端电压时，则控制第二开关Tk断开；经过TA时间后，分别断开第一开关Td和第三开关Tc，将所述吸收电路从定子绕组两端切除，同时闭合所述第四开关Tp，将第一电容C1和第二电容C2中的电能释放；
步骤二、控制对应的上桥臂关断和下桥臂导通过程中，计算上桥臂从触发断开时刻到对应定子绕组电流过零时刻之间的间隔时间TB，控制该上桥臂对应定子绕组两端正向连接一吸收电路，同时对定子绕组两端的该吸收电路进行以下操作：分别闭合第一开关Td、第二开关Tk和第三开关Tc，实时监测第三电阻R3和第二电容C2两端电压，当第二电容C2两端电压大于第三电阻R3两端电压时，则控制第二开关Tk断开；经过TB时间后，分别断开第一开关Td和第三开关Tc，将所述吸收电路从定子绕组两端切除，同时闭合所述第四开关Tp，将第一电容C1和第二电容C2中的电能释放。
本发明至少包括以下有益效果：
1、本发明中，在逆变器的每个桥臂上并联设置有两路开关组，每个开关组由串联的两个开关构成，从而减小了逆变器中开关管的开断电压和电流，提高了各个开关管的动作速度；
2、同时通过吸收电路有效消耗了定子绕组流向切换瞬间对应定子绕组上产生的反电动势，减小对了逆变器中开关管开断和闭合过程的电压影响，提高了逆变器中上下桥臂之间转换导通的速度，有效解决了定子绕组换向速度缓慢、换向过程滞后的技术问题。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1为本发明系统的整体结构示意图；
图2为吸收电路的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
如图1-2所示，本发明提供了一种高驱动转换速度的永磁同步电机控制装置，包括：逆变电路、吸收电路和控制器。
逆变电路由三对上下桥臂组成，逆变电路是三相全桥逆变器，作为改进点，为了分流以减小每个逆变电路中开关管的开断电流，在本发明中的每个所述桥臂包括并联的两路开关组，所述逆变电路的输出端连接至永磁同步电机的三相定子绕组。
具体的，每个上桥臂包括并联设置的第一开关组和第二开关组，所述第一开关组由第一IGBT和第二IGBT串联而成，所述第二开关组由第三IGBT和第四IGBT串联而成，所述上桥臂的输入端与直流母线正极端连接，所述上桥臂的输出端与其中一相所述定子绕组连接。
每个下桥臂包括并联设置的第三开关组和第四开关组，所述第三开关组由第五IGBT和第六IGBT串联而成，所述第四开关组由第七IGBT和第八IGBT串联而成，所述下桥臂的输入端与其中一相所述定子绕组连接，所述下桥臂的输出端与直流母线负极端连接。
如图1所示，第一个上桥臂中，第一IGBT和第二IGBT依次标记为T11和T12，第三IGBT和第四IGBT依次标记为T13和T14，第一个上桥臂的输出端与A相定子绕组连接。第一个下桥臂中，第五IGBT和第六IGBT依次标记为T21和T22，第七IGBT和第八IGBT依次标记为T23和T24，第一个下桥臂的输入端与A相定子绕组连接。所述第四IGBT T14的发射极与所述第五IGBT T21的集电极连接，所述第四IGBT T14的集电极与所述第五IGBT T21的发射极连接。
第二对上下桥臂和第三对上下桥臂的结构与第一对上下桥臂的结构一致，其中第二对上下桥臂对应连接B相定子绕组连接，第三对上下桥臂对应连接C相定子绕组连接。
开关管的动作时间与开断电流大小有关，开断电流越大，开关管动作时间越长。由此可知，在逆变器的每个桥臂上并联设置有两路开关组，每个开关组由串联的两个开关构成，从而减小了逆变器中开关管的开断电压和电流，提高了各个开关管的动作速度，进而提高对永磁同步电机的控制精度。
本发明中包括有4个吸收电路，第一吸收电路1通过开关T1选择性正接设置在A相定子绕组两端；第二吸收电路2通过开关T2选择性反接设置在A相定子绕组两端；第三吸收电路3通过开关T3选择性正接设置在B相定子绕组两端；第四吸收电路4通过开关T4选择性反接设置在B相定子绕组两端。
其中，所述第一吸收电路1通过开关T6选择性正接设置在C相定子绕组两端，第三吸收电路3通过开关T7选择性正接设置在C相定子绕组两端；所述第二吸收电路2通过开关T5选择性反接设置在C相定子绕组两端，第四吸收电路4通过开关T8选择性反接设置在C相定子绕组两端。
第一个上桥臂关断时，用第一吸收电路1来吸收反电动势，第一个下桥臂关断时，用第二吸收电路2来吸收反电动势。同理，第二个上桥臂关断时，用第三吸收电路3来吸收反电动势，第二个下桥臂关断时，用第四吸收电路4来吸收反电动势。因为各个桥臂的关断时刻不一样且至少有60°相位角的间隔，所以第三个上桥臂关断时，可以共用第一吸收电路1或第三吸收电路3来吸收反电动势，优选的，选用第一吸收电路1来进行吸收；第三个下桥臂关断时，可以共用第二吸收电路2或第四吸收电路4来吸收反电动势，优选的，选用第二吸收电路2来进行吸收。通过共用吸收电路，从而可以减少吸收电路的配置数量，简化电路结构。
吸收电路正接或反接设置在每个所述定子绕组两端，如图1所示，本发明中设置有4个吸收电路，第一吸收电路1通过开关T1选择性正接设置在A相定子绕组两端；第二吸收电路2通过开关T2选择性反接设置在A相定子绕组两端；第三吸收电路3通过开关T3选择性正接设置在B相定子绕组两端；第四吸收电路4通过开关T4选择性反接设置在B相定子绕组两端。所述第一吸收电路1通过开关T6选择性正接设置在C相定子绕组两端，第三吸收电路3通过开关T7选择性正接设置在C相定子绕组两端；所述第二吸收电路2通过开关T5选择性反接设置在C相定子绕组两端，第四吸收电路4通过开关T8选择性反接设置在C相定子绕组两端。
正接是指吸收电路的输入端与对应定子绕组的第一端连接，吸收电路的输出端与对应定子绕组第二端连接，该第二端就是定子绕组的中性点。反接的方式与正接的方式相反。
各个吸收电路的结构相同，如图2所示，具体的，所述吸收电路包括第一开关Td、第二开关Tk、第一电容C1、第三开关Tc、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第二电容C2；所述第二开关Tk和第一电容C1构成第一串联支路，所述第三电阻R3和第二电容C2并联构成第一并联支路，所述第三开关Tc、第一并联支路和第二电阻R2依次串联构成第二串联支路，所述第一串联支路和第二串联支路并联构成第二并联支路，所述第一开关Td、第一电阻R1和第二并联支路依次串联。所述吸收电路还包括第一二极管D1，其阳极连接在所述第二并联支路的输出端，第一二极管D1用于避免电流从吸收电路的输出端流入。
所述第一开关Td的输入端连接每个所述定子绕组的第一端或第二端，所述第一开关Td的输出端经过所述第一电阻R1连接所述第二并联支路的输入端，所述第一二极管D1的阴极连接每个所述定子绕组的第一端或第二端。具体的，若正接，则第一开关Td的输入端连接定子绕组的第一端，第一二极管D1的阴极连接定子绕组的第二端；若反接，则第一开关Td的输入端连接定子绕组的第二端，第一二极管D1的阴极连接定子绕组的第一端。
所述吸收电路还包括第二二极管D2，其与所述第二电容C2串联，所述第三开关Tc的输入端与所述第一电阻R1连接，所述第三开关Tc的输出端分别连接所述第三电阻R3第一端和所述第二二极管D2的阳极端，所述第三电阻R3第二端与所述第二电阻R2第一端连接，所述第二二极管D2的阴极端经过所述第二电容C2与所述第二电阻R2第一端连接。第二二极管D2用于防止第二电容C2中的电量逆流到第三电阻R3，使得第二电容C2两端电压能够保持最高位，当反电动势在第三电阻R3上的分压小于第二电容C2两端内部电压时，即可检测出第二电容C2两端电压与第三电阻R3两端电压之间差异。
所述第一电容C1两端并联一第三串联支路，所述第三串联支路包括相互串联的第四电阻R4和第四开关Tp，所述第二开关Tk的输入端与所述第一电阻R1连接，所述第二开关Tk的输出端与经过所述第一电容C1与所述第一二极管D1的阳极端连接；所述第四电阻R4的第一端与所述第二开关Tk的输出端连接，所述第四电阻R4的第二端与所述第四开关Tp的输入端连接，所述第四开关Tp的输出端与所述第一二极管D1的阳极端连接。
所述吸收电路还包括第三二极管D3，其串联在所述第二二极管D2和第四电阻R4之间，所述第三二极管D3的阳极与所述第二二极管D2的阴极连接，所述第三二极管D3的阴极与所述第四电阻R4的第一端连接，第三二极管D3用于防止第一电容C1和第二电容C2之间发生电量流动。
各个开关为可控开关，各个可控开关以及IGBT的控制端与控制器连接，其中，所述第二开关Tk为一常闭可控开关。对各个电容的容量的击穿电压不小于电机额定电压的5倍，对各个电阻的阻值根据电机容量来选定，电机容量越大，则电阻的阻值选取越大，以保证电阻在逆变电路中上、下桥臂切换动作周期内，能够吸收完全吸收定子绕组上产生的反电动势能量。其中，所述第二电阻R2的阻值是第三电阻R3阻值的7倍。
电压比较器选用市场上通用电压比较器即可，电压比较器同相输入端连接所述第三电阻R3两端电压，所述电压比较器的反相输入端连接所述第二电容C2两端电压，所述电压比较器的输出端与所述第二开关Tk的控制端连接。电压比较器用于比较第三电阻R3和第二电容C2两端上的电压值，输出比较结果传送至控制器中，控制器根据该比较结果来控制第二开关Tk的通断。
逆变电路中各对上下桥臂的切换过程分为两种，第一种是上桥臂导通和下桥臂关断过程，第二种是上桥臂关断和下桥臂导通过程。具体控制方法如下：
一种永磁同步电机控制的控制方法，包括以下步骤：
步骤一、控制对应的上桥臂导通和下桥臂关断过程中，计算下桥臂从触发断开时刻到对应定子绕组电流过零时刻之间的间隔时间TA，控制该下桥臂对应定子绕组两端反向连接一吸收电路，触发下桥臂断开时刻的同时，同时对定子绕组两端的该吸收电路进行以下操作：以第一下桥臂关断为例来进行说明，控制T2闭合，将第二吸收电路2反向连接在A相定子绕组两端。分别闭合第二吸收电路2中的第一开关Td、第二开关Tk和第三开关Tc，实时监测第三电阻R3和第二电容C2两端电压，从下桥臂触发断开时刻开始，对应定子绕组上开始产生反电动势，反电动势从第一开关Td输入端进入到第二吸收电路中，通过第一电容C1、第三电阻R3、第二电阻R2、第二电容C2和第一电阻R1同时吸收，提高瞬间吸收能力，避免反电动势反馈至逆变器中，对逆变器的控制造成干扰，影响对电机的控制精确控制。
在反电动势产生直到最大值之前，第二电容C2两端电压与第三电阻R3两端电压是一致的，且都处于上升阶段，当反电动势到达最大值后开始下降，第三电阻R3及第二电容C2两端电压也开始下降，但第二电容C2依旧处于充电过程中，随着充电的继续，第二电容C2内部两端电压持续上升，直到第三电阻R3两端电压小于第二电容C2内部两端电压为止，第二电容C2充电过程结束，由于第二二极管D2的作用，防止第二电容C2中的电量逆流到第三电阻R3，使得第二电容C2两端电压能够保持最高位。第二二极管D2同时防止第二电容C2将第三电阻R3第一端的电压抬升，影响反电动势流向第三电阻R3，使得反电动势无法在吸收电路中完全耗尽。
当电压比较器采集到第二电容C2两端电压大于第三电阻R3两端电压时，则说明反电动势的主峰已经过去，无需再使用第一电容C1来增加吸收容量，此时，控制第二开关Tk断开，由电阻R1-R3来单独吸收剩余的反电动势能量。另一方面，如果不将第二开关Tk断开，使得第一电容C1从吸收电路中切除，则随着反电动势的下降，第一电容C1两端电压大于反电动势，第一电容C1也无法继续吸收反电动势能量，反而会损坏第二开关Tk，甚至第一电容C1中电压会反向抬升第一电阻R1第二端的电压，从而影响反电动势流向，使得反电动势无法在吸收电路中完全耗尽。
断开第二开关Tk经过T1时间后，定子绕组过零，反电动势也被完全吸收，此时分别断开第一开关Td和第三开关Tc，将所述吸收电路从A相定子绕组两端切除，同时闭合所述第四开关Tp，从而形成两个内耗电路，第一条内耗电路是由第一电容C1、第四开关Tp和第四电阻R4串联组成，第一电容C1内储存的电能完全耗尽在第四电阻R4上。第二条内耗电路是由第二电容C2、第三二极管D3、第四开关Tp、第四电阻R4和第二电阻R2串联组成，第二电容C2内储存的电能完全耗尽在第四电阻R4和第二电阻R2上。从而将第一电容C1和第二电容C2中的电能释放，吸收电路等待下一次的工作过程。
步骤二、控制对应的上桥臂关断和下桥臂导通过程中，其控制过程与步骤一一致，区别点在于控制对象为上桥臂及其对应定子绕组两端的吸收电路。具体的，计算上桥臂从触发断开时刻到对应定子绕组电流过零时刻之间的间隔时间TB，控制该上桥臂对应定子绕组两端正向连接一吸收电路，同时对定子绕组两端的该吸收电路进行以下操作：以第一上桥臂关断为例来进行说明，控制T1闭合，将第一吸收电路1正向连接在A相定子绕组两端。分别闭合第一吸收电路1中的第一开关Td、第二开关Tk和第三开关Tc，实时监测第三电阻R3和第二电容C2两端电压，当第二电容C2两端电压大于第三电阻R3两端电压时，则控制第二开关Tk断开；经过TB时间后，分别断开第一开关Td和第三开关Tc，将所述吸收电路从定子绕组两端切除，同时闭合所述第四开关Tp，将第一电容C1和第二电容C2中的电能释放。
对各对桥臂及其对应定子绕组两端的吸收电路通过步骤一和步骤二循环处理，最终可以有效吸收电机各个定子上产生的反电动势，提高对电机的控制精确度。
由上所述，永磁同步电机逆变器的中开关管进行切换操作时，关断相的定子绕组上会产生反电动势，反馈至逆变器中会对逆变器的控制造成干扰，也就是会对电机的精确控制产生干扰，为此需要有效吸收产生的反电动势。具体的，在反电动势开始产生至到达最大值之前，需要电容来提升吸收电路的瞬间吸收能力，避免绕组上的反电动势反馈至逆变器中，对逆变器的控制造成干扰；当反电动势到达最大值开始下降时，则无需电容再来吸收反电动势，通过吸收电路中的电阻即可完全吸收反电动势，此时需要将电容从吸收电路中切除，同时防止电容抬升吸收电路上的电压，阻碍反电动势在吸收电路上完全耗尽。现有技术中无法做到这一点。
另一方面，开关管的开断容量与开关管的动作时间有关，开断容量越大，则开关管的动作时间越长，开关管的动作时间越长，则逆变器对电机的控制精度却差，电机控制领域中也很少考虑到这一点。
由上所述，本发明中，在逆变器的每个桥臂上并联设置有两路开关组，每个开关组由串联的两个开关构成，从而减小了逆变器中开关管的开断电压和电流，提高了各个开关管的动作速度；同时通过吸收电路有效消耗了定子绕组流向切换瞬间对应定子绕组上产生的反电动势，减小对了逆变器中开关管开断和闭合过程的电压影响，提高了逆变器中上下桥臂之间转换导通的速度，有效解决了定子绕组换向速度缓慢、换向过程滞后的技术问题。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。