电子控制技术论文范文

电子控制技术论文范文第1篇

1）汽车发动机基本原理和构造

当今世界上的汽车发动机工作过程基本上都由四个冲程组成，即进气、压缩、膨胀和排气。利用燃料和空气的混合气在气缸内燃烧产生的高温高压气体的膨胀，发动机借助于曲柄连杆机构通过曲轴对外输出扭矩而作功。发动机按照所用燃料可分成汽油机、柴油机和燃气发动机；按照点火方式可分成点燃式和压燃式；汽油机按照空气和燃油的比例可分成理论当量燃烧和稀薄燃烧；按照汽油喷射地点可分成中央喷射、进气口喷射和缸内喷射。

发动机的各个部分按其功能可分成燃油供应系统、进气排气系统、点火系统、曲柄连杆传动机构、系统、冷却系统和辅助系统如发电机、起动机、空调压缩机和各种泵等。

发动机工况可分成冷起动、起动后、暖机、怠速、部分负荷、全负荷、加速、减速和倒拖滑行等。这些工况主要根据负荷与转速，结合发动机温度（即冷却液温度）来区分。

2）电子控制在发动机中的重要意义

汽车电子控制始于发动机电子控制。电子控制之于1957年引入发动机以及于1967年商品化，其初衷是为了满足越来越严格的排放法规要求，同时提高汽车的动力性、燃油经济性和舒适性。现代汽车和发动机技术离开了电子控制是不可思议的。电子产品的产值在整个汽车中所占的比例随着汽车级别的提升而升高，可达30以上。

3）发动机电子控制的核心问题

汽油机电子控制的核心问题是燃油定量和点火定时。柴油机电子控制的核心问题是燃油定量和喷油定时。

2．汽车和发动机电子控制系统的组成

汽车和发动机电子控制系统跟其它电子控制系统一样，也是由传感器、电子控制单元（ECU）和执行器组成。

1）传感器

（1）目前汽油机电子控制系统常用的传感器有：

l进气岐管绝对压力传感器（提供进气岐管绝对压力信息供计算负荷等）

l燃油压力传感器（提供油轨燃油压力信息）

l燃油箱压力传感器（提供燃油箱压力信息）

l机油压力传感器（提供机油压力信息）

l冷却液温度传感器提供（提供发动机温度信息）

l进气温度传感器（提供进气温度信息供计算空气密度等）

l空调蒸发器温度传感器（提供空调蒸发器温度信息）

l空调冷凝器温度传感器（提供空调冷凝器温度信息）

l空气流量传感器（提供空气流量信息供计算负荷等）

l节气门位置传感器（提供负荷信息、负荷范围信息、加速减速信息）

l油门踏板位置传感器（提供负荷信息、负荷范围信息、加速减速信息等）

l霍尔传感器（提供转速信息、曲轴位置和相位信息）

l感应式转速传感器（提供转速信息和曲轴位置信息）

l燃油箱液面位置传感器（提供燃油箱液面位置信息）

l爆震传感器（提供发动机机体接收到的振动信息）

l排气再循环阀阀杆位移传感器（提供排气再循环阀开度信息）

l氧传感器（提供过量空气系数l是大于1还是小于1的信息）

（2）目前柴油机电子控制系统常用的传感器有：

l增压压力传感器（提供增压压力信息）

l燃油压力传感器（提供共轨燃油压力信息）

l机油压力传感器（提供机油压力信息）

l冷却液温度传感器（提供发动机温度信息）

l燃油温度传感器（提供燃油温度信息）

l进气温度传感器（提供进气温度信息）

l排气温度传感器（提供排气口和排气管的温度信息）

l空调蒸发器温度传感器（提供空调蒸发器温度信息）

l空调冷凝器温度传感器（提供空调冷凝器温度信息）

l空气流量传感器（提供空气流量信息）

l节气门位置传感器（提供节气门位置信息用于排气再循环控制）

l转角传感器（提供分配泵轴转角信息）

l油门踏板位置传感器（提供负荷信息、负荷范围信息、加速减速信息）

l霍尔传感器（提供转速和曲轴相位信息）

l海拔高度传感器（提供海拔高度信息）

l车速传感器（提供车速信息）

l感应式转速传感器（提供转速信息和曲轴位置信息）

l燃油箱液面位置传感器（提供燃油箱液面位置信息）

l排气再循环阀阀杆位移传感器（提供排气再循环阀开度信息）

l氧传感器（提供过量空气系数l的具体数值）

l压差传感器（提供微粒物捕集器的压差信息）

lNOX传感器（提供排气后处理系统的NOX浓度信息）

2）电子控制单元

电子控制单元（ECU）接受传感器提供的各种信息并加以处理，根据处理向执行器发出指令给，对发动机实施控制。电子控制单元由微型计算机和模拟电路组成。随着发动机技术的不断发展，电子控制单元的信息处理量越来越大，现在所用的芯片已经达到32位，晶体管数量可超过700万个，匹配参数可超过6000个，针脚数目可超过150个。

3）执行器

（1）目前汽油机电子控制系统常用的执行器有：

l电动燃油泵

l电磁喷油器

l点火线圈

l各种怠速执行器

l炭罐控制阀

l排气再循环控制阀

l电动节气门（又称电子油门）

l液压回路电磁阀（用于可变气门定时控制等）

l气动回路电磁阀（用于可变进气管长度控制等）

l全可变气门电子控制执行器

l涡轮增压废气放空控制阀

l电动二次空气泵

l三效催化转化器加热执行元件

l冷却风扇

l空调压缩机电磁离合器

l发动机上的其他辅助设备

（2）目前柴油机电子控制系统常用的执行器有：

l电动输油泵

l各种燃油喷射泵

l喷油量执行器（集成于燃油喷射泵内）

l喷油提前角执行器（集成于燃油喷射泵内）

l燃油切断阀（集成于燃油喷射泵内）

l共轨高压泵

l共轨压力控制阀

l各种共轨喷油器

l单元喷嘴系统和单元泵系统的高压燃油电磁阀

l炽热塞

l排气再循环控制阀

l电动节气门（又称电子油门）

l可变气门控制执行器

l可变进气管长度执行器

l涡轮增压废气放空控制阀

l冷却风扇

l空调压缩机电磁离合器

l发动机上的其他辅助设备

一部分柴油机传感器和执行器集成于燃油喷射设备之内，因所用的柴油喷射设备而异。

3．汽油机基本的电子控制项目

1）燃油定量。这是汽油机最重要的电子控制项目。控制对象是进入发动机的空气与燃油的质量比例，由ECU根据发动机的负荷、转速和冷却液温度等参数决定。负荷就是驾车人对发动机的扭矩要求，通过吸入空气量或油门踏板位置传递给ECU。执行器是电动燃油泵和电磁喷油器。燃油定量影响汽车的动力性、燃油经济性、舒适性、排放和零部件的安全。

2）点火定时。点火定时通常用点火发生时活塞在压缩冲程上止点之前多少度曲轴转角，即点火提前角来表征，也要根据发动机的负荷、转速和冷却液温度等工况参数决定。执行器是点火线圈。点火定时同样影响汽车的动力性、燃油经济性、舒适性、排放和零部件的安全。

3）爆震控制。汽油机爆震会损坏发动机，恶化排放和燃油经济性。通过电子控制避免爆震的主要途径是减小点火提前角。所以爆震控制通过点火定时控制实施。但是过小的点火提前角会影响燃油经济性。爆震控制的目的就是使点火提前角保持在恰好不发生爆震的临界点。

4）油箱蒸发排放物控制。油箱蒸发排放物都是碳氢化合物，是有害物质，必须利用活性炭罐加以吸附，并在适当的时候用新鲜空气清洗活性炭罐。清洗气流通过进气管送入气缸燃烧。并不是任何工况下都可以进行清洗，所以要利用炭罐控制阀对清洗气流加以控制。

4．柴油机基本的电子控制项目

柴油机基本的电子控制项目就是燃油定量和喷油定时。这两者都由喷射设备根据转速、负荷和冷却液温度等信息控制。这里，负荷信息由油门踏板传感器提供。如果说汽油机可以采用，也可以不采用油门踏板位置传感器的话，那么柴油机必须采用。

5．扩展的发动机电子控制项目

1）扩展的汽油机电子控制项目

l可变进气管长度电子控制。用于提高发动机动力性。

l可变气门电子控制。用于提高发动机动力性、经济性和舒适性，降低有害物质排放。

l增压压力电子控制。用于提高发动机动力性和经济性，降低有害物质排放。

l排气再循环电子控制。用于降低发动机氮氧化物排放。

l二次空气电子控制。用于满足欧4以上法规对碳氢化合物和一氧化碳排放的要求。

l三效催化转化器燃油加热或电加热电子控制。用于满足欧4以上法规对排放的要求。

l停车-起动运行电子控制。用于提高发动机经济性和满足欧4以上法规对排放的要求。

l气缸封闭和气门封闭电子控制。用于提高发动机经济性，降低有害物质排放。

l喷油压力和喷油定时控制。用于汽油直喷，提高动力性和经济性，降低有害物质排放。

2）扩展的柴油机电子控制项目

l喷油压力电子控制。用于提高发动机动力性和经济性，降低有害物质排放。

l喷油规律电子控制。用于提高发动机动力性和经济性，降低有害物质和噪声排放。

l多次喷油电子控制。用于提高发动机动力性和经济性，降低有害物质和噪声排放。

l可变进气管长度电子控制。用于提高发动机动力性。

l可变气门电子控制。用于提高发动机动力性、经济性和舒适性，降低有害物质排放。

l增压压力电子控制。用于提高发动机动力性和经济性，降低有害物质排放。

l排气再循环电子控制。用于降低发动机氮氧化物排放。

l停车-起动运行电子控制。用于提高发动机经济性和满足欧4以上法规对排放的要求。

l气缸封闭和气门封闭电子控制。用于提高发动机经济性，降低有害物质排放。

l微粒物捕集器再生电子控制。用于降低发动机微粒物排放。

6．展望和结语

1）发动机电子控制系统是一个非常有潜力的市场。随着排放法规的逐步趋严和燃油经济性要求的逐步提高，发动机技术正在飞速发展，新的电子控制技术还在不断涌现。

2）都说世界制造业的重心正在向中国转移。汽车行业，包括汽车电子行业，也在一定程度上出现了这种趋势。但是，目前中国发动机电子控制系统的原配套产品基本上都出自外资企业。这些企业组装产品用的元件几乎都不是在中国生产的。由此我国丧失了许多GDP和就业岗位。国营和民营企业技术水平低下，只能仿造外资企业的产品，跟在外资企业后面从维修备件市场分一点残羹冷饭。有的甚至还偷偷摸摸地打着外资企业的招牌，干着生产假冒伪劣产品的勾当。这种局面应当扭转。政府应当看到，这个行业的发展将会带来巨大的GDP增长，并创造大量的就业机会。所以政府应当做出规划，对这一行业加以扶植和整顿。

3）若要振兴中国自己的发动机电子控制工业，首先必须具备一个先决条件：汽车厂和发动机厂要与发动机电子控制零部件生产商携手合作，共担风险，并承诺：一旦实践证明国产的发动机电子控制系统能够满足要求，就在自己生产的发动机上采用国产产品。

电子控制技术论文范文第2篇

关键词：车辆电子控制技术；研究型教学；互动；教学方法

中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2013）08-0071-03

大学教育的目标是培养新世纪创新型人才，其关键是如何实施研究型教学与研究型学习。为此，我国各高校纷纷提出采用研究型教学的方式来培养、提高学生的创新能力，加强创新型人才培养。何谓研究型教学？研究型教学是指教师以课程内容和学生的学识积累为基础，在教学过程中通过优化课程结构，建立一种基于研究探索的学习模式。只有在“发现问题分析问题解决问题”的“研究型”教学过程中，学生才可能学会“研究型”学习的能力，经过这样反反复复的教学和学习实践，学生的“创新能力”才能培养和提高。因此，研究型教育是创新型教育的前提，二者实质上是辩证统一的。

一、《车辆电子控制技术》课程的特点与存在的问题

《车辆电子控制技术》是车辆工程专业的专业必修课，也是其他工科专业的一门专业选修课。该课程重点介绍发动机、底盘、车身的电子控制设备的基本理论、基本组成、工作过程和控制原理。随着汽车、拖拉机技术和电子技术的迅速发展，现代车辆为提高动力性、经济性、安全性、舒适性，以及减少尾气排放污染而广泛采用了电子控制技术。电子控制技术是现代车辆技术发展的重要趋势与标志，从发动机的燃油喷射、点火控制、进气控制、排放控制、故障自诊断到底盘的传动系统、转向与制动系统，以及车身、辅助装置等都普遍采用了电子控制技术。所以，该课程的重要性在不断提高，为此，国内许多院校将该课程列为车辆工程专业的必修课。该课程涉及的电子控制技术是很抽象，尤其是工科机械专业而言，学生对该课程充满了向往，但学习却很困难，其主要问题：重结构原理，轻控制原理；重理论讲解，轻实验制作。该课程的主要难点是在车辆各电子控制系统的信号采集、各执行器的驱动电路的原理、各控制系统的控制策略等。由于涉及到电子控制、机械、液压等部分的知识，所以要求学生有较全面扎实的基础知识。为此，该课程在教学上应突出各模块的重点、难点内容，有些内容通过现场教学，多媒体中的动画、影视、教学模型讲解，使难点内容通俗化，可视化，形象化。注重理论联系实际，大量加强实践教学，以提高实验课教学的效果，保证该课程的教学质量。通过开展了研究性学习，使自己选择感兴趣的车辆电子控制相关的题目，开展小课题的研究工作，这样不但增加了学生学习的兴趣，也增强了学生分析问题和解决问题的能力。

二、《车辆电子控制技术》课程研究型教学的具体方法

1.课程教学改革目标。以任务模块为基础、以学生为主体、以教师为主导，围绕设定的学习任务模块进行研究，以提高学生自主性学习和研究性学习，掌握该课程的基本理论、基本方法和基本技能。

2.课程教学改革方案。①制定学习任务模块。《车辆电子控制技术》的研究型教学内容共制定了18个学习模块（专题），每个模块共1学时讲授，共18学时，学习任务模块主要有：发动机供油控制、发动机点火控制、发动机爆震控制、发动机稀薄燃烧技术、防抱死控制系统（ABS）、线控制动、驱动防滑控制系统（ASR）、汽车稳定性控制系统（ESP）、自动变速系统控制、无级变速控制、电控悬架系统、巡航控制系统、安全气囊（SRS）、倒车防撞控制系统、防盗控制系统、电控转向系统、自动空调、电动座椅、智能前照灯控制系统、电控雨刮系统等。②划分学习小组《车辆电子控制技术》共有34个学生选了此课程，共划分6个学习小组，每个小组5～6人不等。③教学安排主要要点是：开学2周内负责分配完各专题，并提出各专题的要求，列出主要参考文献；每个小组分配3～4个专题，使每个专题有3个小组负责；各小组分别在课余时间查找资料，按要求归纳整理读书报告，制作PPT；每2节课由3个小组分别用自制的PPT讲授15分钟，其他同学提问5分钟，总体时间控制在60分钟；最后主讲老师点评每个小组的讲授内容，并现场给予各小组的得分，时间为30分钟；每个小组的每一位成员至少主讲一次。

3.辅导答疑措施。①组建一个课程辅导答疑小组。本学期初，组建了该课程的辅导答疑小组，该小组的成员主要由主讲老师、实验老师、硕士研究生、博士研究生等构成。辅导答疑小组成员名单：鲁植雄、刘奕贯、白学峰、李晓勤、常江雪、郭兵、金月、姜春霞、周伟伟等。②筹建了该课程的QQ群。本学期初，筹建了一个《车辆电子控制技术》课程答疑QQ群，在网上随时回答与指导学生。QQ群名称：车辆电子控制技术论坛；QQ群号：118062691；群成员人数：44人。

4.成绩评定方法。该课程成绩由以下三部分构成：①每个小组的3次PPT报告与回答问题情况，占40%；②每人的3篇专题读书报告，占40%；③每人在课程QQ群的活动情况、平时出勤、作业等，占20%。

三、实施过程

该课程的教学改革得到车辆工程91～93班学生的大力支持和参加，每个小组从第2周起获得3个任务模块后，各小组成员根据各模块设定的学习目标、内容和考核要求，自主查找相关的中文与外文资料。进行整理与归纳，研讨模块的主题，撰写读书报告和模块论文报告。根据归纳总结的模块内容，学会PPT，以小组为单位宣讲制作的PPT，并集体回答问题，每位同学均上台主讲1～2次。积极上网参加《车辆电子控制技术论坛》，能主动发贴子，老师回答问题时能进行相互互动，对课程内容进一步深入学习。

四、实施效果

1.培养了学生自主获取知识的方法技巧。各小组成员根据各模块设定的学习目标、内容和考核要求，学会自主查找相关的中文与外文参考资料。98%的学生在调查问卷中回答：学生的自主学习和研究能力明显提高。

2.培养了学生进行研究型学习方法。在老师的指导下，每个小组根据搜集到的资料，进行整理与归纳，研讨模块的主题，撰写读书报告和模块论文报告，或者实验设计与方案。100%的学生在调查问卷中回答：认同该课程采用的教学模式。

3.训练了制作PPT能力。根据归纳总结的模块内容，学会制作界面友好的PPT。

4.培养了学生讲解与回答问题能力。每一个专题均由2名学生主讲15～20分钟，既掌握了本专题的主要内容，又培养了演讲技巧。另外，讲授后，其他同学提出一些对本专题相关问题，小组全体成员集体回答问题，进一步提高了对本专题内容的掌握，也锻炼了回答问题能力。

五、对研究型教学的认识与体会

1.增加了教师的工作量。要想使一个学习模块（专题）在1学时内讲授完，并能活跃课堂气氛，使学生能主动学习，教师需要花更多的时间，主要体现在：①要花更多的时间去掌握每个专题内容，否则很难回答学生的提问；②要花时间查看学生制作的PPT，查看PPT内容是否包涵了本专题需要讲授的内容？PPT界面是否友好？③要花时间在QQ群上回答学生的问题；④要花时间辅导、批改学生的读书报告。

2.增加了学生的学习时间。①需要花时间阅读教材及参考资料，自学、讨论、理解讲授的内容；②需要花时间制作PPT，对有的学生来说，是很难的一件事情；③需要花时间撰写3篇课程；④需要在QQ群上发帖子

3.教师点评是关键。一个专题能否使全体学生掌握、课程气氛是否活跃，教师的最后点评是关键。点评的内容既要包涵本专题的核心内容，又要调动学生的积极性，所以，点评要精练、精彩。

六、继续实施研究型教学有待改进的地方

1.完善各专题教学要求。进一步完善每个专题的教学要求及相关参考文献，列举一些思考问题，使学生能小组进行讨论，以掌握各专题的内容。

2.加强小组学习。每个专题应以在小组共同讨论的基础上完成学习要求，但有一些专题只有某一小组成员完成，其他人员未参加的现象，需要进一步探讨小组学习模式。

3.加强课程论文撰写质量。撰写课程论文需要花很多时间。为此，今后将列举相关参考文献，指定主要参考文献，要求学生根据指定的参考文献阅读后撰写课程论文。

《车辆电子控制技术》进行研究型教学改革，受到大部分学生和教师的肯定和好评，全面提升了车辆工程专业学生的专业知识水平和综合素质，增加了毕业生的就业竞争力。改革实施以来，学生的创新实践能力普遍得到加强。学生通过实践平台和实践科研项目完成了包括汽车电控液压动力转向系统、智能倒车、自动泊车、巡航控制等项目。先后在“全国大学生F1赛车大赛”、“全国节能赛车比赛”等竞赛中获得了多项奖励，激发学生科学研究的热情与学习兴趣。但也不能过度夸大一种教学模式的作用，每一种教学方式均有适应性。研究型教学一定要有研究课题基础，所以，研究型教学优适于高等院校的专业课教学，以培养学生的元典精神、质疑精神和创新精神。

参考文献：

[1]李树涛，章兢，黎福海.电子信息类专业课研究型教学模式的改革与创新[J].高等教育研究学报，2011，34（4）：77-79.

[2]张玉能.研究型教育是大学教育改革的关键[J].青岛科技大学学报（社会科学版），2011，27（4）：113-116.

[3]巫瑞智，李茹民，胡宝瑞.在材料测试分析方法课程中实施研究型教学模式的探索与实践[J].高等教育研究，2011，28（4）：49-51.

[4]张岭，邵天章，栗彦辉.“电机学”课程研究型教学探讨[J].电气电子教学学报，2011，33（5）：108-110.

[5]司凤山，王玉玲.研究型教学在信管专业课程中的应用[J].牡丹江师范学院学报（自然科学版），2012，（1）：64-65.

[6]刘建军.研究型教学未来的方向[J].基础教育课程，2011，（12）：40.

[7]仇灏，王尉平，周迎会.高校研究型教学和创新人才培养刍议[J].江苏教育学院学报（自然科学版），2011，27（5）：8-10.

基金项目：南京农业大学2011年研究型教学试点课程项目

电子控制技术论文范文第3篇

论文摘要 在人类所利用的能源当中，电能是最清洁最方便的；电气传动无疑有着很大的意义，随着电力电子技术、计算机技术以及自动控制技术的迅速发展，电气传动技术也得到了长足的发展。本文在对大量国内外文献分析的基础上，总结和论述了我国在电力电子和电力传动系统领域的研究现状。

从学术的角度来看，电力电子技术的主要任务是研究电力电子器件（功率半导体）设备，转换器拓扑结构，控制和电力电子应用，实现电力和磁场的能量转换、控制、传输和存储，以便实现合理和有效使用的各种形式的能源，高品质的人力的电力和磁场的能量。

1 电力电子的研究方向

就目前情况而言，我国电力电子的研究范围与研究内容主要包括：1）电力电子元器件及功率集成电路；2）电力电子变换器技术的研究主要包括新的或电力能源的节约和新能源电力电子，军事和空间应用等作为特殊的电力电子转换器技术的智能电力电子变换器技术，控制电力电子系统和计算机仿真建模；3）电力电子技术的应用，其研究内容包括超高功率转换器，在能源效率，可再生能源发电，钢铁，冶金，电力，电力牵引，船舶推进应用，电力电子系统的信息化和网络；电力电子系统的故障分析和可靠性；复杂的电力电子系统的稳定性和适应性；4）电力电子系统集成，其研究内容包括标准化电力电子模块；单芯片和多芯片系统设计，集成电力电子系统的稳定性和可靠性。

2 我国电力电子发展中存在的问题

当前的主要问题是：中国的电力电子产品和设备目前生产的大部分是也主要是晶闸管，虽然它可以创造一些高科技电子产品和电气设备，但他们都使用电力电子外国生产设备和多组分组装集成的制造方法，尤其是先进的全控型电力电子器件全部依赖进口，而许多关系到国民经济和国家安全，在一些关键领域的核心技术，软件，硬件和关键设备，我国的外资控制和封锁。特别是在关系国民经济和国家安全，更多先进水平的核心技术差距的关键领域，这种情况正在迅速变化的挑战和我们的道德律令。

在过去，虽然我国国民经济的各个部门，先后引进了国外先进技术，已开始注意到国内突出的问题，从表面上看，虽然对引进技术的绝大多数可以在几年后达到国产化率70％的要求，但只要仔细分析，不难发现，并最终拒绝外国公司转让技术和关键部件，都涉及到高科技的电力电子技术和动力传动产品在核心技术。

目前国外和问题的主要区别是：电力电子器件的全面控制，不能制造国内制造的高功率转换器，低技术，设备可靠性差，电力电子数字控制技术水平仍处于初级阶段；应用程序的控制技术和系统控制软件的水平较低；缺乏经验的重大项目等。高性能高功率转换器设备几乎全部从国外进口。

3 电力传动系统的发展现状分析

目前我国电力传动系统的研究主要围绕交流转动系统展开，随着交流电动机调速理论的突破和调速装置（主要是变频器）性能的完善，电动机的调速从直流发电机-电动机组调速、晶闸管可控整流器，直流调压调速逐步发展到交流电动机变频调速。交流传动系统之所以发展得如此迅速，和一些关键性技术的突破性进展有关。它们是功率半导体器件（包括半控型和全控型）的制造技术、基于电力电子电路的电力变换技术、交流电动机控制技术以及微型计算机和大规模集成电路为基础的全数字化控制技术。为了进一步提高交流传动系统的性能，国内有关研究工作正围绕以下几个方面展开：

1）输入电流为正弦和四象限运行开辟了新的途径

高性能交流驱动系统电压型PWM逆变器中的应用日益广泛，PWM技术的研究更深入。 PWM功率半导体器件采用高频开启和关闭，成为一个在一定宽度的电压脉冲序列法律的变化，为了实现频率，变压器，有效地控制和消除谐波的直流电压。 PWM技术可分为三类：正弦PWM，优化PWM及随机PWM。正弦PWM的电压，电流和磁通正弦PWM计划的目标包括。正弦PWM普遍提高功率器件的开关频率将是一个非常出色的表现，在中小功率交流驱动系统等被广泛使用。但为大容量的电源转换设备，高开关频率将导致大的开关损失，以及高功率设备，如GTO的开关频率仍不做的非常高的在这种情况下，在最佳的PWM技术只是满足的需求该设备。

2）应用矢量控制技术、直接转矩控制技术及现代控制理论

交流电机交流驱动系统是一个多变量、非线性、强耦合、时变控制对象，变频调速控制，电机控制的稳定状态方程的研究动态控制非常令人满意的结果的特点。 70年代初提出研究交流电机的控制过程的动态，不仅要控制每个变量的振幅，而控制的阶段，为了实现交流电机磁通和转矩的解耦矢量变换方法，促使高性能交流驱动系统逐渐向实际使用。高动态性能的电流矢量控制变频器已成功应用于轧机主传动，电力牵引系统和数控机床。此外，为了解决系统的复杂性和控制精度之间的矛盾，但也提出一个新的控制方法，如直接转矩控制，方向控制电压，特别是与微处理器控制技术，现代控制理论在各种控制方法也得到了应用，如二次型性能指标最优控制和双位模拟调节器控制，可以提高系统的动态性能，滑（滑模）变结构控制可以提高系统的鲁棒性，状态观测器和卡尔曼滤波器可以得到状态信息不能测量，自适应控制能够全面提高系统的性能。此外，智能控制技术，如模糊控制，神经网络控制，也开始在交流变频调速驱动系统用于提高控制精度和鲁棒性。

3）广泛应用微电子技术

随着微电子技术的发展，数字式控制处理芯片的运算能力和可靠性得到很大提高，这使得全数字化控制系统取代以前的模拟器件控制系统成为可能。目前适于交流传动系统的微处理器有单片机、数字信号处理器（Digital Signal Processor——DSP）、专用集成电路（Application Specific Integrated Circuit——ASIC）等。其中，高性能的计算机结构形式采用超高速缓冲储存器、多总线结构、流水线结构和多处理器结构等。核心控制算法的实时完成、功率器件驱动信号的产生以及系统的监控、保护功能都可以通过微处理器实现，为交流传动系统的控制提供很大的灵活性，且控制器的硬件电路标准化程度高，成本低，使得微处理器组成的全数字化控制系统达到了较高的性能价格比。

4 结论

虽然我国电力电子与电力系统传动系统技术得到了长足的发展，但与发达国家相比仍然存在较大差距，许多关键技术有待突破，关键部件还长期依赖进口的局面还没有打破。

参考文献

[1]孔秋林.电力传动系统的应用分析[J].机械论坛，2008(2)：12-13.

电子控制技术论文范文第4篇

有效地支持汽车应用中分布式机械电子

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有效地支持汽车应用中分布式机械电子节点的控制，且质量高、成本低、

标准化，因此倍受汽车制造商以及供应商的青昧。本文重点介绍LIN的

电子控制技术论文范文第5篇

关键词：汽车电子；电力电子；教学改革

作者简介：吴晓刚（1981-），男，黑龙江哈尔滨人，哈尔滨理工大学电气与电子工程学院，副教授；周美兰（1962-），女，黑龙江哈尔滨人，哈尔滨理工大学电气与电子工程学院，教授。（黑龙江 哈尔滨 150080）

基金项目：本文系黑龙江省高等教育教学改革项目（项目编号：JG2201201107）、哈尔滨理工大学高等教育研究重点项目（项目编号：A201200004）的研究成果。

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）28-0098-02

随着汽车产业的发展，电子技术在汽车上的应用已成为汽车设计研究部门考虑汽车结构革新的重要原因。在国外，平均每辆汽车上的电子装置在整车成本中占20%～25%，一些豪华轿车上装有40多个微处理器，有的汽车电子产品甚至占整车成本的50%以上。许多汽车制造商都认为，增加汽车电子装备的数量，促进汽车电子化是夺取未来汽车市场的有效手段。[1]

在对汽车电子技术的教学研究中，文献[2]提出优化“汽车电子与控制”配置课程的内容、改革结构体系、改革教学方法和手段、加强实验建设和课程设计环节等改革思路。文献[3]分析了“汽车电子控制技术”课程在理论教学和实践教学方面的问题，提出了灵活多样的理论教学改革方案和采用项目教学法等加强实践环节教学的建议。文献[4]介绍了汽车电子控制技术课程精品实验项目的设计思想、主要环节及具体实践。文献[5]将虚拟仪器LabVIEW软件应用于汽车电子技术综合性和设计性虚拟实验中，并进行了实验教学的实践。文献[6]开发了汽车电子控制系统实验教学所需要的嵌入式系统，完成了实验箱硬件及教学实验所需的支撑软件，并在此基础上开展了教学实践。文献[7]介绍了在电子信息工程专业开设汽车电子系列特色课程的研究。

在汽车电子中，涉及到电力电子技术的内容通常称为汽车电力电子技术，并且成为了电力电子技术的重要分支。哈尔滨理工大学（以下简称“我校”）电气工程及其自动化专业下的电力电子方向，在汽车电子研究上已有了十几年的基础。在依托汽车电子驱动控制与系统集成教育部工程研究中心和黑龙江汽车电子技术研究中心科研基地的基础上，形成了以新能源汽车动力系统控制和汽车电子驱动控制为特色的研究方向，并培养了大量的硕士研究生和博士。因此，为了在本科教学中体现我校电气工程及其自动化专业的办学特色，结合在汽车电子方向上的研究成果，在2010年制定的电气工程及其自动化专业电力电子方向本科生培养方案中，特别增设了“汽车电子技术”专业方向选修课。本文以“汽车电子技术”课程作为研究和实践对象，通过课程结构优化设置和考核方式改革，结合现场教学和研究性教学的教学方法，实现具有特色的专业选修课教学。

一、“汽车电子技术”课程结构

“汽车电子技术”课程开设在大学四年级上学期，为专业选修课程，2学分，共32学时。其中理论教学22学时，实践教学10学时。根据电气工程及其自动化专业的基础课程和平台课程设置，结合汽车电子技术的主要特点，“汽车电子技术”课程的理论教学可分为6个模块，如图1所示。

在“汽车电子技术”课的理论教学环节中，第一部分，先介绍汽车电子的基本概念，回顾汽车电子技术的发展历史，通过实例分析介绍汽车电子对汽车安全与节能的影响，结合电气工程及其自动化专业的相关知识，讲述汽车电子与电力电子的关系。

第二部分，介绍汽车电子技术中常用的器件。包括光电、霍尔、电阻等各类传感器，常用于汽车电子控制系统中的单片机选型及选用依据，汽车电子控制系统中所用的交直流电机、电磁阀等执行器件的工作原理和控制方法。

第三部分，在以上介绍的基础上，着重介绍汽车变速器电控、ABS系统、动力转向电控等汽车电子控制系统的设计方法，主要内容包括电控系统开发遵循的标准、硬件电路设计和软件编程方法，特别强调目前汽车电子控制系统中所用的V流程开发模式。

第四部分，结合新能源汽车的热点问题，充分发挥电气工程及其自动化专业知识在电动汽车方面的运用。本门课与目前车辆工程专业所开设的“汽车电子技术”不同之处在于，省去了传统以发动机作为主导的汽车动力系统控制部分，强化了电驱动系统的匹配与设计部分。该部分内容除了包含对于汽车动力系统设计方法和匹配规律的介绍外，还增加了对于电动汽车动力系统控制的一般方法介绍。

第五部分，介绍汽车电器系统，包括汽车仪表系统、灯光照明系统、电动门锁系统、电动车窗、电动后视镜、电动天窗、电动座椅、车载空调系统、车载音响系统、车载电视娱乐系统、车载无线通讯系统、电子导航与全球定位系统、智能交通系统和车载网络系统等方面的内容。

第六部分是课程的最后部分，介绍汽车电子控制系统中可靠性的评价标准和一般的故障诊断方法。

以上六部分构成了我校电气工程及其自动化专业“汽车电子技术”理论教学的主要内容。

在“汽车电子技术”课程的实践教学过程中，主要有实验和课程设计两种方式。实验课作为学生在校内实现理论联系实际的一种比较有效的手段，学生通过实验能够加深对课程理论知识的理解，并能够培养一定的实践能力。我校在电气工程及其自动化专业“汽车电子技术”实验课的设置上，主要分为5个部分，如图2所示。

课程设计是提高学生分析问题和解决问题能力的重要手段，它不但可以使学生加深对理论和实验课程的理解，而且能够使学生将所学的课程内容与相关课程综合起来，提高了知识的应用能力。[8]“汽车电子技术”是一门实践性很强的课程，课程设计主要结合我校电气工程及其自动化专业平台课的知识，以电动汽车控制系统作为设计目标，让学生结合电力电子技术的相关知识进行设计。

二、“汽车电子技术”课程教学方法的改革

对于“汽车电子技术”课程来说，涉及到的汽车电子控制系统单靠语言描述是很难讲清楚的，而通过传统的板书教学方式，也很难清晰勾勒出汽车电子控制系统的原理和工作过程。因此本门课在授课方式上采用多媒体教学的方式，通过多媒体课件制作出的动画及示意图等来展示汽车电子控制系统的结构、组成及工作原理，使教学的内容直观清晰，易于理解。

在“汽车电子技术”课程的教学过程中，除了正常的多媒体课堂教学外，还采用了现场教学结合研究性教学的授课方法。现场教学即依托我校汽车电子驱动控制与系统集成教育部工程中心的实验平台，使学生到工程中心参观现场演示，并试用工程中心开发的汽车电子产品实验样机。这些教学手段可以使学生对汽车电子的功能及开发有更直观的认识。除此之外，教学内容中以汽车电子产品的项目开发作为主导。例如在“汽车电子控制系统的设计”这部分内容讲授时，可自始至终以工程中心开发的汽车变速器控制单元作为对象，从汽车电子产品开发的前期调研、方案论证，到中间环节的样机开发、功能验证，再到最后环节的样机标定、测试等进行全方位的介绍。通过这样的讲授，学生对汽车电子的感性知识加深，在理论学习中的目的就会变得明确，清楚地认识到需要掌握的主要内容。

三、“汽车电子技术”课程考核方式

为了有效地组织教学，突出“汽车电子技术”课程的实践性，改革了这门课程的考核方式。我校其他专业课程的考核方式大部分是以平时成绩占30%，期末卷面成绩占70%的比例进行综合评定。而由于“汽车电子技术”课程面向电气工程及其自动化专业电力电子方向的本科生，选课人数基本维持在40～60人范围内，这样的人数规模便于授课教师进行小范围内的专业指导，因此在考核方式上提出了平时成绩、作业成绩、实验成绩、课程设计与专业论文撰写相结合评定的方式。与其他课程不同之处还在于，其他课程安排的课程设计都是最终给定一个独立的成绩，而作为专业选修课，本门课程的课程设计成绩只是最终成绩的其中一部分。

目前该门课程的考核采用平时成绩占10%，作业成绩占10%，实验成绩占10%，课程设计占30%，专业小论文占40%的比例权重进行成绩的评定。这样做的好处是，不但能够充分发挥本门课理论与实践紧密结合的特点，并且可以充分激发学生的学习兴趣，培养学生的团队合作精神。

专业小论文作为考核的主要部分，在撰写过程中，授课老师首先利用2学时的时间对学生进行科技论文撰写的培训，而后引导学生充分利用学校图书馆的资源，根据各自分配到的科技论文主题进行文献的检索；学生分成了3至4名成员一组，选择关于汽车电子的主题项目，可建议主题为电动汽车整车控制器的设计、汽车防抱死ABS系统设计、汽车自动变速器控制系统设计等，学生也可以自己提出新的主题。给定主题一段时间以后，学生提交科技论文，并以学术会议的形式在课堂上进行交流，老师和其他同学可以自由根据报告者的内容提问，并提出意见和建议。该部分成绩可以当场给出，这样做的好处是激发学生的积极性，所给定的成绩能够实现主观与客观兼顾的效果，令所有同学信服。

四、结论

根据“汽车电子技术”理论与实际紧密结合的特点，结合所开设课程在电气工程及其自动化专业的实际情况，提出了教学中课程内容优化配置，现场教学结合研究性教学的授课方法；考核上提出了平时、作业、实验、课程设计与科技论文撰写相结合的方式。通过这些教学改革，提高学生学习的积极性和主动性，真正能够在有限的学时内获得最实用的知识，增强学生的实践能力。

参考文献：

[1]李建秋，赵六奇，韩晓东.汽车电子学教程[M].第2版.北京：清华大学出版社，2011.

[2]周雅夫，连静，李琳辉，等.《汽车电子与控制》课程教学改革的探析[J].科技创新导报，2010，（16）：190.

[3]赵科.汽车电子控制技术教学探讨[J].新西部：理论版，2011，（27）：221-222.

[4]赵秀春，徐国凯，陈晓云.汽车电子控制技术精品实验项目设计与实践[J].大连民族学院学报，2010，12（5）：497-499.

[5]仇成群.LabVIEW在汽车电子虚拟实验教学中的应用[J].仪器仪表用户，2011，18（6）：97-98.

[6]张新丰，陈慧，孟宗良，等.控制器V型开发模式实验教学探索[J].实验室研究与探索，2012，31（2）：131-134.

[7]麦启明，苏艳，肖婷，等.汽车电子系列课程研究与实践[J].电气电子教学学报，2012，34（5）：20-21.

电子控制技术论文范文第6篇

关键词 研究生 车辆工程 电子控制 教学改革

中图分类号：G643 文献标识码：A

Reform of Teaching Contents and Teaching Methods Exploration of

Graduate Course "Vehicle Electronic Control"

YANG Xinhua, FU Lijuan, LI Zhaohui

(Chongqing Automobile Institute, Chongqing University of Technology, Chongqing 400054)

Abstract From point of view of graduate training vehicle engineering theory with practice and independent research capacity, the "vehicle electronic control" course content and teaching methods of reform. The teaching content is divided into basic theory and methods of explanation and description, typical case studies and classroom seminars of three parts, the students completed a more systematic process of learning theory with practice, to obtain a relatively good teaching.

Key words graduate; vehicle engineering; electronic control; teaching reform

1 背景介绍

为硕士研究生开设的《车辆电子技术》是一门针对车辆工程专业学生的选修课程。作为研究生课程，这门课程与本科阶段所学的课程必须有所区别，如选修课《汽车电子与电器》。本科教学已经对汽车电子与电器的基本结构、原理为主进行比较系统的介绍，学生在本科阶段对汽车电子技术已经有了比较初步和全面的了解，因此在研究生阶段开设汽车电子技术必须针对研究生的知识特点，对教学内容和教学方法进行改进，以满足研究生教学的需要。

我校于2004年开始招收硕士研究生，研究生的课程开设时间不长，特别是一些专业选修课由于选课学生数量不多，开设次数更少，并且在研究生的教育与教学方面尚需要进一步进行探索和改革以适应学科发展的需要。随着近几年我校车辆电子控制方向研究课题的增加，选择汽车电控系统作为研究方向的研究生数量也不断提高，将《车辆电子技术》作为主要选修课程的学生数量急剧增多。在为车辆工程的工程硕士新制定的培养方案中，该门课程更名为《汽车电子控制》作为学生的学位必修课程，并将推广到工学硕士的培养方案中。

之前的教学大纲以汽车典型电控系统为案例，主要着重于电控系统原理、结构和分析方法的介绍。由于现代汽车电控系统比较复杂繁多，32学时的课堂教学中介绍结构原理的课时占据了比较大的比重，而对控制系统分析、设计的基本理论和方法的介绍就不够。学生普遍存在的问题是缺乏独立研究、思考、分析问题的能力。

针对以上情况，笔者在该门课程的教学过程中尝试对教学内容和教学方法进行改革，以基础知识串讲、案例教学和专题讨论相结合的教学方法对课程教学进行改革，目的是通过对教学内容和教学方法的改革，让学生能够真正掌握车辆电控系统研发的基本理论和一般性方法，为日后进行相关科研课题的工作和学位论文的撰写奠定比较扎实的专业知识的基础。

2 教学内容和方法的改革

2.1 教学材料的改革

以往选用的教学参考教材是庄继德编写的《汽车电子控制系统工程》和周云山编写的《汽车电子控制技术》两本书。前者对汽车电子控制系统的控制理论、系统分析的数学方法和实现控制系统的方法进行了介绍，但是书中所涉及的有关控制理论方面的知识较少，对于刚从车辆工程本科毕业的研究生，由于缺乏控制理论方面的背景知识，这本教材显得过于艰涩，知识缺乏过渡性。而后者介绍了有关汽车电子控制系统的工作原理、性能指标、系统的动态模型以及在满足动态模型的约束条件下，对给定的性能指标进行控制系统设计的方法和步骤。但是同样由于内容较多，理论和基本方法介绍较少，学生很难将其与工程实际相结合。因此，笔者综合了两本书的主要内容，添加了相关的基础知识和一般性理论和方法的介绍内容，去除了冗余内容，留下几个典型的车辆电控系统作为案例，按照现有学生的知识框架重新编写了适合我校学生实际情况的讲义，并将其制成多媒体课件供教学和学生参考用。

2.2 教学内容和方法的改革

教学以车辆电控系统开发的“V”型流程（图1）为主线，着重培养学生对于电控系统开发的基础理论知识，掌握电控系统开发的常用手段和方法。按照这个基本思路，教学内容被划分了三个主要部分：其一基础知识和基本方法介绍；其二典型案例介绍与分析；其三课堂专题讨论。其课时分配按照1:1:1大致进行分配。

图1 汽车电子控制系统“V”型开发流程

基础理论知识方面，增加了对于古典控制理论和现代控制理论对于控制系统分析方法的基本知识的介绍，这部分内容不求全面系统，而是仅介绍控制系统分析设计有关的理论知识。最后要求学生通过课程掌握系统分析建模方法，将理论应用到工程实际中，并完成一个汽车典型控制系统（四轮主动悬架）的理论建模作为平时作业提交。学生需要掌握动力学系统数学模型的建立方法才能顺利完成该作业。控制系统分析设计的基本方法方面介绍了基于MATLAB/Simulink/Stateflow的计算机辅助控制系统分析建模工具和方法。主要包括MATLAB控制系统分析设计的函数和工具，基于Simulink的计算机仿真模型的建立方法以及基于有限状态机原理的Stateflow控制逻辑设计方法。最后介绍硬件在环仿真的主要工具――dSpace仿真平台的使用方法。通过以上教学内容，学生能够基本掌握控制系统分析设计所涉及的主要方法和工具，剩下的工作仅仅是如何运用这些工具而已。

由于汽车电控系统比较繁多，以前的教学主要围绕各种电控系统的功能、原理等方面进行介绍，由于课时有限，很难做到全面、深入，学生收获不大。因此我们选择了比较具有代表性的几个汽车电控系统，作为典型案例，主要介绍如何使用之前介绍的计算机辅助控制系统分析与设计工具进行控制系统建模仿真、分析与设计。典型案例包括电控助力转向系统、电控防抱死制动系统以及液压电控无级变速器控制系统三个。这三个系统包括了机电控制系统、电液控制系统以及整车动力学模型，涵盖了车辆电子控制系统设计的主要方面。通过这三个典型电控系统分析设计过程的介绍，帮助学生吸收消化之前的理论基础知识和方法，让学生将理论与实际相结合，加深对理论和方法的认识。

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由于课程教授过程中恰逢学生进行开题报告阶段，大部分同学已经确定了研究方向，查阅了相关文献，并初步完成了开题报告的撰写，针对这种情况，课堂专题讨论部分主要结合学生具体情况，在论文选题与本课程相关的同学中挑选了五位，让他们所做的前期研究工作、目前研究现状、拟采用的研究思路和方法做成多媒体课件，然后在课堂上进行专题讨论。讨论的内容包括：线控动力转向系统、机械电子控制的金属带式无级变速器控制系统与控制策略、牵引力控制系统、底盘集中控制系统等。课堂讨论过程中主讲教师主要针对学生的研究思路、实验方案等具体内容对学生的选题进行提示性和指导性的提问，有时自问自答，有时他问我答，有时我问他答，帮助学生加深对目前最新研究成果的理解，启发学生研究的新思路和新方法，精炼论文的创新点，体现其自身的研究成果。例如，有学生在讨论过程中提出自己所做工作仿佛是前人工作的重复，自己很难提出新的方法或者理论。针对这个问题，教师在课堂上对目前该研究领域最新的研究成果进行了深入讨论，帮助学生换位思考，寻找研究“盲点”，提出新的思路和方法。通过这种方式的讨论，让学生有一种豁然开朗的感觉。

3 教学效果

课程教学以一篇命题论文作为课程成绩的主要依据。该论文要求学生建立给定参数的电控助力转向系统（包括整车转向系统）模型，分析所给系统的控制特性，设计满足使用要求的反馈控制系统。有能力的可进一步完成控制系统的计算机仿真分析。这种命题课程论文的形式要求学生运用课堂讲授的理论方法对车辆电控系统进行分析与设计，检验学生理论联系实际的能力。在所提交的20余篇论文中，除去抄袭他人研究成果的6篇（已打回要求重新撰写），大部分同学基本掌握了车辆电子控制系统分析设计的方法，能够独立进行相关的研究工作。其中一篇运用了动力学仿真软件AMAMS与Simulink的联合仿真方法，并进行了计算机仿真；另一篇根据所给系统，设计了基于PID的反馈控制系统，完成了控制系统的仿真。这两篇文章我们认为思路清晰，创新点突出，研究成果具有比较高的参考价值，可以评为优秀，并推荐公开发表。

课程结束之后，学生普遍反应该门课程有一定难度，但是对于汽车电子控制系统有了更深入的理解，对控制系统的分析设计方法有了更系统的认识和掌握，是一门能真正学到“东西”的课程。

4 结束语

以提高车辆工程专业汽车电子控制方向研究生研究能力为目的，对其课程《车辆电子技术》的教学内容和教学方法进行了改革。在教学内容上以车辆电控系统的“V”型开发流程为主线，以理论知识串讲、典型案例分析和课堂讨论相结合的方法进行，注重提高学生控制系统分析设计的能力以及独立进行科学研究的能力，取得了比较好的教学效果。

当然，该课程的教学还存在一些问题需要进一步完善和解决。如理论教学内容部分如何进一步系统化，教学所用讲义还需要进一步修改、调整和完善，以保证之后该门课程教学的连贯性和一致性。

参考文献

[1] 李迎,李孝禄.《汽车电子技术》课程教学方法探讨[J].广西大学学报(哲学社会科学版),2009.31:31-32.

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[3] 黄银娣,解梅,蔡伟义等.交通运输专业汽车电子控制技术类课程建设与改革[J].南京林业大学学报(人文社会科学版),4:126-128.

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[5] 丁卫东.汽车电子控制技术类课程的建设与改革[J].武汉科技大学学报(社会科学版),2002.4:85-87.

电子控制技术论文范文第7篇

关键词：模糊控制 应用发展 自适应控制

中图分类号:TP273 文献标识码：A 文章编号：1007-9416(2012)02-0006-02

The development and research of fuzzy logic and fuzzy control technology

Abstract: According to the new development of the modern industrial control field of fuzzy control technology, an overview of the basic theory and the development status of the field, look to the future development applications.

Keywords: fuzzy control; application development; adaptive control.

1、引言

在现代工业控制领域，伴随着计算机技术的突飞猛进，出现了智能控制的新趋势，即以机器模拟人类思维模式，采用推理、演绎和归纳等手段，进行生产控制，这就是人工智能。其中专家系统、模糊逻辑和神经网络是人工智能的几个重点研究热点。相对于专家系统，模糊逻辑属于计算数学的范畴，包含有遗传算法，混沌理论及线性理论等内容，它综合了操作人员的实践经验，具有设计简单，易于应用、抗干扰能力强、反应速度快、便于控制和自适应能力强等优点。近年来，在过程控制、建摸、估计、辩识、诊断、股市预测、农业生产和军事科学等领域得到了广泛应用。为深入开展模糊控制技术的研究应用，本文综合介绍了模糊控制技术的基本理论和发展状况，并对一些在电力电子领域的应用作了简单介绍。

2、模糊逻辑与模糊控制

2.1 模糊逻辑与模糊控制的概念

1965年，加州大学伯克利分校的计算机专家Lofty Zadeh提出“模糊逻辑”的概念，其根本在于区分布尔逻辑或清晰逻辑，用来定义那些含混不清，无法量化或精确化的问题，对于冯诺依曼开创的基于“真－假”推理机制，以及因此开创的电子电路和集成电路的布尔算法，模糊逻辑填补了特殊事物在取样分析方面的空白。在模糊逻辑为基础的模糊集合理论中，某特定事物具有特色集的隶属度，他可以在“是”和“非”之间的范围内取任何值。而模糊逻辑是合理的量化数学理论，是以数学基础为为根本去处理这些非统计不确定的不精确信息。

模糊控制是基于模糊逻辑描述的一个过程的控制算法。对于参数精确已知的数学模型，我们可以用Berd图或者Nyquist图来分析家其过程以获得精确的设计参数。而对一些复杂系统，如粒子反应，气象预报等设备，建立一个合理而精确的数学模型是非常困难的，对于电力传动中的变速矢量控制问题，尽管可以通过测量得知其模型，但对于多变量的且非线性变化，起精确控制也是非常困难的。而模糊控制技术仅依据与操作者的实践经验和直观推断，也依靠设计人员和研发人员的经验和知识积累，它不需要建立设备模型，因此基本上是自适应的，具有很强的鲁棒性。历经多年发展，已有许多成功应用模糊控制理论的案例，如Rutherford，Carter 和Ostergaard分别应用与冶金炉和热交换器的控制装置。

2.2 分析方法探讨

工业控制系统的稳定性是探讨问题的前提，由于难以对非线性和不统一的描述，做出判断，因此模糊控制系统的分析方法的稳定性分析一直是一个热点，综合近年来各位学者的发表的论文,目前系统稳定性分析有以下集中:

(1)李普亚诺夫法:基于直接法的离散时间(D-T)和连续时间模糊控制的稳定性分析和设计方法,相对而言起稳定条件比价保守。

(2)滑动变结构系统分析法。

(3)圆稳定性判据方法:利用扇区有界非线性概念,根据稳定判据可推导模糊控制的稳定性。

(4)POPOV判据。

(5)其他方法如关系矩阵分析法，超稳定理论，相平面法，矩阵不等式或凸优化法，模糊穴穴映射等，详细资料及有关文献很多，在此不再一一赘述。

2.3 模糊控制的设置设计

模糊控制的设计是一个非常复杂的过程，一般而言，采取的设计步骤和工具比较规范．其中模糊控制器一般采用专用软硬件，通用型的硬件芯片在目前市场上比较多，其中主流产品如表1所示．而专用IC发展也很迅速，它把专用IC和软件控制器集成在一起。

设计过程中，一般采取的设计步骤为：

(1)综合考虑该课题能否采用模糊控制系统。即考虑采用常规控制方式的可能。

(2)从设备操作人员处获取尽可能多的信息。

(3)选取可能的数学模型，如果用常规方法设计，估计设备的性能特点。

(4)确定模糊逻辑的控制对象。

(5)确定输入输出变量。

(6)确定所确定的各个变量的归属范围。

(7)确定各变量的对应规则。

(8)确定比例系数。

(9)如果有现成的数学模型，用已确定的模糊控制器对系统仿真，观测设备性能，并不断调整规则和比例系数直到达到满意性能。否则重新设计模糊控制器。

(10)实时运行控制器，不断调整以达到最佳性能。

3、模糊控制应用与前景展望

作为人工智能的一种新研究领域，模糊控制吸收借鉴了传统设计方法和其他新技术的精华，在诸多领域取得了长足的进展．在新型的电力电子和自动控制系统中，有些专家在线性功放的加设条件下，把模糊控制应用于为基础的伺服电机控制中，在把模糊控制系统与PID及模型参考自适应控制（MRAC）进行比较后证明了模糊控制方法的优越性．另有专家开发了应用于矢量控制感应电机传动系统的模糊自适应控制器，其控制方框图如图1所示：

模糊控制作为一项正在发展的新技术，目前在大多数专家还把主要精力放在应用系统研究上，并取得了相当的成果，但在理论研究和系统分析上还是相对落后的，以至于一些学者质疑其理论依据和有效性．鉴于此可以明确得知：模糊控制理论和实践的结合仍有待于进一步探索．其发展前景是十分诱人的，而且在近年来，其理论研究也取得了显著进展．在近四十年的发展进程中，模糊控制也有一些局限性：(1)控制精度低，性能不高，稳定性较差；(2)理论体系不完整；(3)自适应能力低．对于这些弱点，模糊控制与一些其他新技术，比如神经网络（NN），遗传算法相结合，向更高层次的应用发展拓展了巨大的空间。

4、结语

模糊控制作为一门综合应用范例，在全球信息化浪潮的推动下，在未来的几十年中，必将对经济的迅猛发展注入新的活力，有专家认为，下一代工控的基础是模糊控制，神经网络，混沌理论为支柱的人工智能．随着模糊控制理论研究的日益完善和深入，应用范围的日益扩大和配套IC的研发制造，模糊控制将给工控领域的发展开辟光明的应用前景，同时也给各领域的研究人员提出了更重大的任务。

作者简介

郑海涛，男，1986年10月生，湖北黄冈人，2009年毕业于长江大学自动化系电气工程及其自动化专业，大学学历（工学学士），助理工程师，现任职于中国石油吐哈油田公司三塘湖采油厂，从事油气田产能建设、生产管理和自动化技术研究工作，近10篇，获省部级优秀论文一等奖1次，多次获司局级科技奖励。

电子控制技术论文范文第8篇

为实现更加高效合理的用电，电源行业的技术人员在系统控制策略、电路结构、滤波方案等问题上已经展开了广泛深入的研究，取得了多项成果。研究负载能力更强，体积更小，无谐波污染，效率更高的各种电源之电路拓扑、控制技术以及与其相关的开关变换技术、轻型高压直流输电技术(HVDC-light)等也已成为产业界和学术界共同关注的热点问题。为了更好地推进我国电源与系统技术的研究与工程实际应用，本次“电源与系统技术”专栏征文，得到了国内各高校及企业同行的大力支持和积极响应，共收到来稿40多篇，经评审，本期刊登13篇。其中，开关变换型直流电源及相关系统技术论文6篇；探讨特大电流电解铝用直流电源系统合理电路及结构的论文1篇；复合调整型精密高压电源1篇；逆变电源并联-并网电能再利用技术论文1篇；高频链逆变器控制系统论文1篇；四桥臂有源电力滤波器三维空间矢量调制技术研究论文1篇；直流电源系统的电能质量治理与控制论文1篇；无刷直流电机的保护电路论文1篇。本专栏论文从一定角度反映了当今国内外直流与交流电源与系统技术的部分热点研究问题。

本专栏中基于开关变换型直流电源及相关系统技术的论文，内容涉及电能的无线传输、准谐振型软开关、光伏发电、推挽DC-DC变换器建模与控制、抗高压脉冲高稳定度灯丝电源等。电能的无线传输是当今国内外研究的热点之一，全世界以新西兰的奥克兰大学研究最为领先，而以德国及日本应用最为成功，我国的研究刚刚起步。杭州电子科技大学电工电子部级实验教学示范中心石鑫栋、戴世宇、 张钰、张的论文“非接触式弱电实验供电平台的设计”，克服了传统导线多点接触式电能传输方式的不可靠和不可迁移等缺点，通过电磁感应耦合，实现非接触式能量传输，为负载提供电能。为移动电气设备、易燃易爆环境和水下设备的能量供给提供便捷、安全的解决方案。准谐振型软开关技术是国内多年研究的又一热点，广西机电职业技术学院电气工程系梁涛的论文“基于准谐振型软开关的高频开关电源变换器”，对5种准谐振型软开关的高频开关电源变换器的电路结构及优缺点进行了比较分析。

DC-DC变换是获得直流电源的常用方案，兰州空间技术物理研究所李斌、王卫国、刘克承的论文“推挽DC-DC变换器建模与控制设计”，运用状态空间平均法，推导出连续导电模式下非理想电压型推挽DC-DC变换器功率级电路的低频小信号传递函数，仿真出变换器功率级电路的幅频和相频曲线Bode图，通过优化设计反馈补偿电路提高了电压型推挽DC-DC变换器系统的稳定性和动态特性。对一台电压型推挽DC-DC变换器样机进行仿真和控制设计，验证了建模和控制设计的正确性。

光伏发电是新能源的重要研究领域，长春工业大学电气与电子工程学院侯云海、孙士华、李二帅的论文“光伏逆变辅助电源的设计”，采用电流型隔离式单端反激的控制方式，为光伏逆变器设计成功辅助开关电源，并成功应用于光伏逆变器上,取得了很好的效果。中国工程物理研究院电子工程研究所陈静、刘文红的论文“抗高压脉冲高稳定度灯丝电源”，着重讨论如何解决当某大功率装置的大电流开关动作时，灯丝电源装置抗30 kV高压反馈脉冲的冲击问题，通过抗高压和强电流冲击的设计，在高压强流环境中，为大电流开关灯丝的加热提供了可靠的抗高压强电流冲击的直流加热电源。上海理工大学张冉、傅志中、张翰进、张忠亮的论文“基于S3C2440的测试系统数字稳压电源设计”， 应用ARM系统自动检测和控制技术相结合，对数据进行采样，运用适当的算法进行电压调节和电路保护，以达到为测试系统提供稳压电源的目的，提出了一种基于S3C2440的测试系统数字稳压电源的解决方案。 同时具有高电压输出和低纹波及高精度直流电源的设计与制造，是极具技术难度的。山东凯文科技职业学院电工电子实训中心陈振生、 殷淑霞、祁爽及山东大学控制科学与工程学院刘伯强的论文“一种复合调整型精密高压电源”，采用直接调整和间接调整相结合的复合调整方案，集中补偿和分散补偿相结合的复合补偿方案，应用了多项合理的特定电路设计和有效的技术处理措施，使高压稳压电源系统的高精密、高稳定和低纹波电压等技术指标均得以实现。

电解铝用直流电源同时兼有大电流与较高电压特性，在国内多次出现严重电源爆炸事故，西安石油大学李宏与新疆升变压器股份有限公司姚永健的论文“电解铝用大功率直流电源的合理主电路拓扑初探”，对国内电解铝行业近年多次发生“爆炸”问题的原因进行了分析和探讨，得出了产生此故障的主要原因之一是应用三相桥式同相逆并联电路结构所致，并得出了较好解决方案是应用三相桥式非同相逆并联结构拓扑的结论。

在太阳能发电的并网技术及并网电能再利用方面，山东师范大学物理与电子科学学院辛化梅的论文“逆变电源并联-并网电能再利用技术研究”，采用基于DSP数字信号处理器的DCS控制的多机并联-并网发电技术，以集中管理分散控制，实现逆变电源输出参数的同步和电网的反孤岛测试，研究了如何实现电能的再利用和有效地提高多机并联-并网发电系统的控制灵活性和通用性。达到了可以将负载设备中以热能形式耗费的电能转化为可再利用的电能，并与市电电网进行并网，使其可被其他电气设备利用，从而有效地实现节能和提高经济效益。

有源电力滤波器是应对电力电子变流设备不断投入电网运行，电网谐波含量日趋严重，实现电网绿色化的重要手段，是当今电源及系统技术领域的又一研究热点，北京市禄智科技发展有限公司莫志禄的论文“四桥臂有源电力滤波器三维空间矢量调制技术的研究”，通过对四桥臂电压型变换器进行建模，详细分析了APF的三维空间矢量脉宽调制法（3D-SVM），实验样机验证了控制策略和调制方法的正确性和有效性。

随着逆变技术的不断发展，高频链逆变技术应用高频变压器代替传统的工频变压器，有体积小，重量轻，转换效率高等优点，在航空、电信、军事等领域的应用越来越广泛。上海交通大学电子信息与电气工程学院刘婷与王君艳的论文“基于TMS320F2812的高频链逆变器控制系统”，以高性能DSP控制器TMS320F2812为核心，设计了高频链逆变器的控制系统及部分硬件电路，其主电路采用全桥双向电流源高频链逆变器的拓扑结构，选择电压瞬时值反馈的单闭环控制方案，实现了能量的双向流通，实验结果表明了该控制策略的可行性及有效性。

无刷直流电机是解决交流感应电动机调速性能与效率不尽理想的出路之一，中国海洋大学袁题训、董升亮、耿丙群、韦统安的论文“无刷直流电机的保护电路”，采用软硬件相结合的方法设计了欠压保护、过流保护、短路保护电路及软件。在软件里设置电压、电流的阀值，直接对电压、电流进行检测并产生相应的保护。实践应用表明，该设计的几种方案切实可行，能够在异常情况下及时对电机做出保护动作。

大电流直流电源的使用领域多与高耗能产业密切相关，如电解铝、碳化硅、电化工、电冶加工等，现代工业的需求决定还无法全部关停这些行业，其应用的单机电源功率容量一般都达兆瓦级，无论主电路是采用整流管还是晶闸管整流，其谐波都不可避免的存在，为保证电网的绿色化，谐波治理与电能质量控制成为国内研究的热门课题。长安大学电控学院李惟与刘学的论文“直流电源系统的电能质量治理与控制”，在分析直流电源系统现状的基础上,对直流电源系统产生谐波的原因及对电网的干扰进行归纳，介绍了谐波治理的常用方案和安装电源净化滤波装置，消除直流电源系统中的谐波电流，以达到降低谐波损耗，提高功率因数的目的。

电子控制技术论文范文第9篇

论文摘要： 概括说明机械电子控制产业发展的情况，重点介绍计算机技术在机械电子控制产业领域以及工业生产制造和人们日常生活中的广泛应用。

引言

现代科学技术的发展极大地推动了机械工业领域的变革，同时给相关生产产业带来了巨大的影响，提高了生产水平和技术。随着各种技术之间相融合的发展，以计算机电子技术、机械技术为核心的机电控制领域将给工业及科研等领域带来更多的实际应用。

1 计算机技术与机电控制技术的发展概况

1.1 计算机控制理论的形成与技术的发展

忽略数字信号的量化效应，可以将计算机控制系统看成采样控制系统，在这一系统中，将其中连续的环节离散化，则整个系统又可看成由不同的离散系统构成。计算机控制理论的发展主要是将采样理论、差分方程、变换理论、状态空间理论和系统辨识自适应控制等理论综合应用到控制技术中，使计算机控制系统有了初步发展。对于结构复杂、时变的非线性系统，控制系统则融入了鲁棒控制、模糊控制、预测控制等多种新型理论，逐步形成了工业过程控制系统的一个新方向。

自世界第一台电子计算机问世后，计算机首先被用来自动检测化工生产过程的过程参量并进行相关的数据处理，同时也研究了计算机的开环控制。到二十世纪六十年代，出现了用于过程控制的计算机，实现了直接数字控制。后经集中式计算机控制系统发展到现在的以微处理器为核心的分层式控制系统控制，通过计算机对生产过程进行集中监视、操作和管理控制等。伴随着计算机处理器等技术的发展，计算机控制技术也随之发生相应的变革，最终应用到工业生产中并对其产生巨大影响。

1.2 机械和电子控制技术的发展和现状

在生产、科研等诸多领域里，有大量的物理量需要按某种变化规律进行控制。在二十世纪三十年代之前，工业生产多处于手工操作的状态。最初采用基地式仪表控制压力温度等在一恒定范围内，初步有了对工业生产的机械控制实践。随着电子技术的迅速发展和计算机控制系统的出现，直接实现了工业生产中各参量和过程的数字控制。计算机的微型化使控制技术更加智能化，同时将机械、电子、计算机技术和控制技术有机结合的机电一体化技术也得到迅猛发展，且越来越被广泛的应用到各生产领域。目前主要形成并应用的机电控制技术主要有PID控制，PID是经典控制理论的代表，它吸收了智能控制思想并利用计算机的优势，形成了自适应PID和非线性PID等更利于控制的变种PID控制器。另外还有模糊控制（FLC）、变结构控制等，均随着计算机领域的发展在不断地拓宽。

2 机电一体化的发展及在工业上的广泛应用

2.1 机电一体化的简介和生产应用

机电一体化是指在机构的主功能、动力功能、信息处理功能和控制功能上引进电子技术，将机械装置与电子化设计及计算机软件系统集合起来所构成的系统总称，综合运用机械技术、微电子技术、计算机技术、电力电子技术等对各生产领域的控制过程进行监督操作。它主要应用领域有数控机床，通过相应的数控技术，在工业操作上结构、功能、操作精度上都有明显的提高。采用多CPU和多主线的体系结构，丰富了数控功能，也提高了生产效率。

柔性制造系统的应用是计算机技术和制造系统在机电控制工业的应用，是计算机化的制造系统。它主要由计算机、数控机床、自动化仓库等组成。在工业上，它可以随机地、按量地按照装配部门的要求，生产其能力范围内的任何工件，更适用于多品种，小批量等的离散零件的批量生产。

交流传动技术的发展也是随着电子技术和计算机技术的发展在工业上有了重要的应用，尤其是在钢铁工业中，使复杂的矢量控制技术得以实现，无论是大容量电机还是小容量电机现均可使同步电机或者异步电机实现可逆滑调速。也使交流传动系统在轧钢生产中得到广泛的应用。

可编程控制器（PLC）是集计算机技术和自动控制化技术于一体的新型控制系统。这一系统解决了工业控制系统中大量开关控制的问题，逐渐取代了耗能多、故障率高的继电器控制系统。随着PLC技术的进步，其应用领域更是不断扩大，可采集存储数据，还可对控制系统进行监控。PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。这种过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。此外，随着工厂网络自动化的发展，PLC可实现通信及联网功能，更有助于工业生产的控制过程的监控。如今，PLC技术已经被广泛应用于冶金、石油、化工、建材、机械制造、电力、汽车、轻工、环保以及文化娱乐等各行各业。

2.2计算机在机械和电子控制产业的应用实例

计算机技术和机械电子控制技术一体化的有机结合，不断使相关的新技术应用到更多的领域中去，这些应用到的领域已经不再局限于工业的生产，更多技术是切身关系到我们日常的工作和生活。下面举几个具体实例来介绍计算机技术和机电控制相结合的实际应用。

PLC实现了机械手移动工件的控制过程。随着世界经济和技术的发展，人类活动的范围不断扩大，机器人的应用正迅速向社会生产和生活的各个领域扩展，并从制造领域转向非制造领域，各种各样的机器人产品随之出现。随着机器人的生产和大量应用，很多领域，许多单一、重复的机械工作由机器人（也称机械手）来完成。工业机器人是一种能进行自动控制的、可重复编程的、多功能的、多自由度的、多用途的操作机，广泛采用工业机器人，不仅可提高产品的质量与产量，而且对保障人身安全，改善劳动环境，减轻劳动强度，提高劳动生产率，节约原材料消耗以及降低生产成本有重要意义。与计算机及网络技术相结合应用的工业机器人的广泛使用正在日益改变着人类的生产和生活方式。

农业方面，机械作业过程中驾驶室内的仪表盘正迅速由电子监视仪表取代并逐步由单一参数显示方式向智能化信息显示终端过渡，以此来改善人机交互界面。这种智能化显示终端又被称为虚拟化仪器显示终端（Virtual Display Terminal），它代表了当代仪器与控制装置发展的主流方向。它可通过屏幕任意选择显示机组中不同部分的终端信息，在屏幕上按操作者的需求，调用数据库信息，显示数据、图形、语音等多媒体信息。另外，还可以将数据信息动态存入类似信用卡尺寸大小的高密度智能化数据存储卡，将农业作业过程的数据信息通过智能卡带回办公室，由计算机应用高级软件进行处理。也可以将管理者的决策和操作指令通过智能卡传送到拖拉机上的智能控制终端，实现自动控制农机的操作。

PLC在自动售货机中的应用。自动售货机通过顾客选择商品开关，投入的硬币值由PLC驱动数码管显示，经过光传感器识别，通过判断，进行下一步操作，经过PLC的系统控制和信号输出完成售卖过程。计算机技术和机电自动控制在自动售货机中的这项应用极大方便了人们的生活，也使PLC的应用更加广泛。

交通信号灯系统也是微机软件应用到电子控制系统中的典型实例。通过主要应用PLC技术控制十字路口的信号灯动作。准确无误的完成信号灯的变灯动作来控制时间，这项应用更是极大方便了人们日常生活工作的出行。

电脑横机中计算机技术的应用给机械编织行业带来了巨大的变革。现在的电脑横机是一种涉及到计算机、机械、电子、控制等诸多领域的复杂系统。电脑横机的编织是一个极其复杂的过程，最初的横机是手动横机，只能胜任比较简单的编织过程。随着计算机技术应用到电脑横机中，通过电脑的自动控制，设计人员可对编织花型进行数字化设计，通过计算机数字直接控制机械的退圈、垫沙、脱圈、弯沙等相应的机械编织动作，由计算机指令控制系统完成整个设计的编织，极大地提高了工业生产效率。

与机电一体化相关的技术还有很多，并且随着科学技术的发展，各种技术相互融合的趋势将越来越明显，以机械技术、微电子技术的有机结合为主体的机电一体化技术是机械工业发展的必然趋势。

3总结

在机械生产领域，电子技术和计算机技术的融入发展，机电一体化的形成是机械工业中的重要变革。通过不断发展的计算机技术，使机电一体化相关的技术在诸多领域中得到了广泛的应用。

参考文献：

[1]张东宝，工程机械与控制技术[M].筑路机械与施工机械化，2007.

[2]马增强等，数据采集系统的研究，微计算机信息，1998.

[3]王立新，浅谈数控技术的发展趋势[J].赤峰学院学报，2007.

[4]杨明等，机电一体化的研究现状及发展趋势，农机化研究，2006.

[5]吴宏等，运动控制器的发展与现状[M].电气传动自动化，2005.

电子控制技术论文范文第10篇

它具有高击穿电场、高饱和电子速度、高热导率、高电子密度、高迁移率等特点，可实现高压、高温、高频、高抗辐射等能力。

它的应用范围覆盖半导体照明、新一代移动通信、智能电网、高速轨道交通、新能源汽车、消费类电子等朝阳领域。

它被视为未来支撑信息、能源、交通、国防等产业发展的重点新材料，将引领光电产业的新一轮革命。

它就是以碳化硅（SiC）、氮化铝（AlN）、氮化镓（GaN）等为代表的第三代半导体材料，如今世界各国争相布局的战略高地。

在世界范围内，第三代半导体材料在各个领域的产业成熟度各有不同，在某些前沿研究方向，仍处于实验室研发阶段。尽管我国起步较晚，发展较缓，无论基础研究还是产业化推进都仍有很长的路要走，但这并未影响该领域内科研人员潜心攻关、奋起直追的决心。

哈尔滨工业大学基础与交叉科学研究院宋波教授，就是奋战在我国第三代半导体材料研究最前沿的优秀科研人员之一。

他L期从事第三代宽禁带半导体材料的生长与物性研究，凝练了气相质量输运动态平衡控制及温场调控等关键科学问题，对碳化硅、氮化铝等光电功能晶体生长过程的动力学优化、关键工艺参数控制与物理性质调控等相互关联的科学问题开展了系统研究，成果颇丰。

雏凤新声，结缘宽禁带半导体

一代材料，一代器件，一场革命。材料的重要性，在半导体产业已经得到印证。

以硅（Si）为代表的第一代半导体材料，引发了电子工业大革命；以砷化镓（GaAs）为代表的第二代半导体材料，则拓展了半导体在高频、光电子等方面的应用，使人类进入光纤通信、移动通信的新时代。而如今，正是第三代半导体材料“大展身手”的时代。

第三代半导体材料又叫宽禁带半导体，是指禁带宽度大于2 eV（电子伏特）的一类半导体，以碳化硅、氮化铝、氮化镓、立方氮化硼（C-BN）等为主要代表。它们所表现出的高温下的稳定性、高效的光电转化能力、更低的能量损耗等绝对优势，吸引了业界的普遍关注，有望全面取代传统半导体材料，开启半导体新时代。

宋波进入这一领域是在博士阶段。那是2005年前后，他正就读于中国科学院物理研究所，师从我国著名晶体结构专家陈小龙研究员开展研究。当时国内宽禁带半导体研究起步不久，各项研究都非常薄弱。

2008年，宋波回到家乡哈尔滨，并在哈尔滨工业大学韩杰才院士引荐下加入该校基础与交叉科学研究院。在这里，宋波确立了宽禁带半导体生长与物性研究这一研究方向，立志从基础研究领域着手，改善我国关键性、基础性战略材料依赖进口的局面，促进宽禁带半导体材料和器件产业的发展，提升产业核心竞争力，缩小与西方国家的差距。

在近十年的研究过程中，宋波作为课题负责人承担了包括国家自然科学基金项目、总装“十二五”预先研究重点项目、科技部国际科技合作项目等在内的20多项科研项目，在J. Am. Chem. Soc.， Nano Lett.， Phys. Rev. Lett.， Adv. Funct. Mater.， Phys. Rev. B等国际著名SCI学术杂志上100余篇，论文被正面他引1000余次；获得授权发明专利13项。特别是在SiC基稀磁半导体和AIN基晶体生长研究方向，取得了一系列创新性成果，引领了国内外相关研究的进步，在行业内形成了一定的影响力。

层层深入，攻关SiC基稀磁半导体

稀磁半导体是自旋电子学的材料基础，能够同时利用电子的电荷属性和自旋属性，兼具半导体和磁性的性质，新颖而独特，是第三代半导体材料的热点研究之一。

现阶段，GaAs、GaN和ZnO基稀磁半导体的研究已经取得了突破性进展，但仍无法满足人们对自旋器件高温、高频、大功率和抗辐射等性能的要求，SiC基的出现恰逢其时。宋波在这一前沿方向进行了广泛而深入的研究，并取得了系列研究进展。

他提出了非磁性元素Al掺杂制备SiC基稀磁半导体，在200 K观察到了玻璃态的铁磁有序，同时实现了4H-SiC晶型的稳定可控。首次提出了非磁性元素掺杂AlN基稀磁半导体的研究思路，有效地避免磁性杂质的引入，为探讨稀磁半导体的磁性来源提供了理想的实验体系。

论文在2009年发表后，至今已被他引50余次，得到不少业内专业人士的直接认可，认为其启迪了思考。中国科学院外籍院士C.N.R. Rao教授就曾在论文中直言：宋等的工作显示了铁磁性不是来自磁性杂质而是来自于sp3杂化向sp3-sp2混合杂化转变的过程中所导致。

随着研究的不断深入，宋波的研究也渐入佳境――

同样在2009年，他利用在h-BN中的实验结果证实了美国布法罗州立大学Peihong Zhang教授等人的理论预言，即在带隙宽度达5.5 eV的h-BN中存在缺陷直接诱导的内禀磁性。这一成果获得了包括波兰科学院物理研究院O. Volnianska教授在内的业界专家的正面引用和广泛认可。

2010年，他提出了双元素（Al，TM）复合掺杂SiC基稀磁半导体的研究思路。在Al掺杂稳定4H-SiC晶型的基础之上，同时掺杂磁性过渡金属元素，来获得高Tc、高矫顽力和高剩磁的稀磁半导体。

2011年，他提出了采用缺陷工程调控半导体磁性的新方向。与合作者一起采用中子辐照在碳化硅晶体中诱导出了以硅-碳双空位为主的缺陷，在实验上给出了硅-碳双空位导致铁磁性的证据，并从理论上揭示了双空位产生磁性的物理机制，证实了磁性元素并非半导体磁性的唯一来源，为深入探究宽禁带半导体的磁性起源提供了新的科学认识。在此之后，国内外有超过18个研究小组开展了缺陷诱导半导体磁性的研究工作，并在相关论文中引用了他们的成果，将其列为缺陷导致磁性的典型例子。

把握前沿，初探AIN晶体生长

AlN基的高温、高频、高功率微波器件是雷达、通信等现代化军事和航天装备等领域急需的电子器件。

宋波介绍，与其它的半导体材料相比，AlN基低维材料的形貌较为单一，这导致对其新性质和新应用的探索受到了较大的制约。

因此，深入开展生长动力学研究，探究生长过程中质量输运-温场分布-成核动力学的内在关联，从微观机理上阐述物性变化的原因，探索新奇物理效应，成为制约宽禁带半导体发展的关键科学问题，同时也是一项亟待开展的基础性研究工作。

在这一研究方向，宋波同样取得了不俗的成绩――

（一）在AlN机理生长方面，首次发现本征的六重螺旋生长机制。

他@得了单晶AlN纳米和微米弹簧、AlN螺旋结构、AlN平面六边形环等新颖纳米结构，系统性研究首次发现AlN纳米/微米结构和AlN单晶都遵循六重对称的旋转生长机制。

这一发现极大地丰富了人们对于AlN晶生长机理的认识，对调控AlN生长形貌，获得大尺寸、低缺陷密度的AlN晶体具有重要参考价值。

（二）在AlN新物理性质探索方面，他首次在AlN微米螺旋结构中发现了时间长达300秒的长余辉效应。

研究中，他分别从理论和实验上对AlN螺旋结构中氮空位和铝间隙耦合效应进行了研究。首次发现氮空位和铝间隙的共同作用会诱导出新的能级，进而导致长余辉效应的显现。这一发现，丰富了人们对于AlN基本物理性质的认识，为设计和制造新型AlN基光电子器件提供理论指导。

在AlN纳米线螺旋结构的力学测试中首次发现了AlN单晶螺旋中存在弹性形变。该发现为制备AlN基纳米器件提供了进一步的认识。

（三）在AlN晶体生长方面，突破了多项关键技术，包括形核温度控制技术、晶粒长大过程控制技术、形核控制技术等。

研究中，宋波掌握了包括电阻率及均匀性控制技术、多型缺陷浓度控制技术以及晶体质量稳定性控制技术等在内的多项关键技术，获得了高质量的晶体材料。

他所获得的直径达35mm的双面抛光片，位错密度小于107个/cm2，申报了国家发明专利7项，研究水平居于国内领先地位。

他重新设计和研制了全钨的晶体生长炉、AlN原料原位补充系统和垂直梯度坩埚。试验结果表明，采用新的生长组合系统大大提高了AlN的晶体质量，其中AlN晶体的主要缺陷密度，特别是O（氧）含量降低了约3个数量级，电阻率提高了约2个数量级，为进一步获得高质量的AlN晶体提供了技术支撑。

多年来，宋波非常在意与国际学者的交流与合作，不仅承担了科技部国际科技合作项目，还在多年的研究中与美国威斯康星大学麦迪逊分校Song Jin教授、西班牙科尔多瓦大学Rafael Luque教授建立了广泛的合作关系。特别值得一提的，是在对俄对乌合作方面，宋波与俄罗斯科学院固体物理研究所国际知名晶体学家Vladimir Kurlov教授、国际SiC晶体生长专家Yuri Makarov教授，以及俄罗斯科学院西伯利亚分院半导体研究所的Oleg Pchelyakov教授、Valerii Preobrazhenskii教授建立了密切的合作关系，曾多次出访俄罗斯与乌克兰相关科研机构，为推动双方的科技交流合作作出了重要贡献。

因表现突出，宋波获得了2009年黑龙江省自然科学一等奖、2009年黑龙江省高校自然科学一等奖等荣誉；得到了教育部“新世纪优秀人才”计划、哈尔滨工业大学“基础研究杰出人才培育计划（III类）”和“青年拔尖人才选聘计划（教授类）”的支持；并在三年内连续两次获得副教授和教授的破格提升。2016年，宋波被评为哈尔滨工业大学“先进个人”。

最近，宋波又收获一个好消息。在今年，他将作为访问学者由国家公派赴美国威斯康星大学麦迪逊分校进行为期一年的学习、研究。