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研究概況_研究領域 
研究概況_研究領域

       本系實施「本位課程」,聘請產學專家、畢業系友、學生家長及本系全體教師,依據上述國家經濟發展、新興產業趨勢、地區產業特色,規劃「電能科技」、「機電控制」及「計算機應用」為三大教學及研究重點發展項目,讓學生依據興趣選擇上述三種組課程,建立自我就業競爭能力及特質。並成立「綠色能源中心」成為本系重點特色,同時也是學校發展兩大重點特色之一。各組教學及研究特色如下:

(一)電能科技領域
       電能為一切工業發展之基礎,我國為天然能源欠缺之海島國家,政府亦致力於能源多元化的發展政策。為因應全世界溫室效應減量的共識,與化石燃料價格居高不下的壓力,如何有效大量的使用再生能源,是國際間競相發展的解決之道。電能產業發展趨勢為朝向分散式發電與再生能源發電發展,以增加供電品質並降低溫室效應氣體排放為目標。因此,必需大力提升包括電力監控、電力品質、電能轉換、再生能源開發與節能、及電力電子之自主技術能力與技術人才培育。分散式發電為在電力負載端設置小型發電或儲能系統,部份或全部供電給負載所需電力,分散式發電系統因此可以讓用電戶自行供電並可以將電網當作備用電力。而分散式發電系統藉熱機發電後所產生的餘熱則可以藉熱交換器產生製程所需的蒸氣或空調所需的冰水,滿足用戶的冷/熱負載,達到冷、熱與電三生,以大幅提高能源使用效率。負載端的小型發電系統若能在電網尖峰供電期間產生電力自用或反送回電網,則可以有效降低電網尖峰供電時備用電源不足與輸配電網路擁擠的壓力。小型分散式發電系統可在電力系統發生意外時充當網路的緊急備用電力,小型分散式發電系統也可提供偏遠或綠色發電的利基需求。分散式發電系統的優點包括較低的社會成本、增加用電戶電力的可靠度、降低污染排放、增加用電戶能源種類的選擇性、提高電網的緊急備用電力與增加網路的安全性。
       近年來,在分散式發電技術的研究已有突破性的進展,湧現出了各種新型分佈發電技術,主要有:發電容量較小的微型燃氣輪機(MT)、幾kW到MW級的燃料電池、以及各種基於可再生能源的分佈發電技術(PV發電以及風能發電等)。這些新型分散式發電有望在電能生產中佔有越來越大的比重,對電力系統產生重要的影響。儘管目前幾種重要的分散式發電技術的發電效率有了很大提高,但總體來看,分散式發電的熱電轉換效率仍然遠小於大型集中發電。正如集中供電站可以通過電、熱並聯,以提高能源利用率一樣,分散式供電系統也可根據用戶需要,在生產電力的同時,提供熱能或同時滿足供熱、製冷等方面的需求。在分散式發電系統,特別是基於可再生能源的分散式發電中加入儲能裝置,就可以有效地提高能源利用率、降低環境污染、改善系統的熱效率。此組主要發展方向如下:

1.電力監控:由於近年來台電公司電力供應吃緊,台電公司及各工廠、公司、大樓及學校等單位,無不設法規劃各種電力使其達到最佳化用電調度,尤其是空調負載之控制,而電力監控即是達到節能效果之根本方法。目前本系在這方面已有多項研究成果,並持續與工研院能環所有相關之研究計劃進行中,效果卓著。惟目前終端節點控制器的設備成本高,積極開發通用性高的節點控制器為電力監控團隊的持續發展方向。

2.電力品質:由於高科技產業(如半導體產業)皆要求高品質之電力供應,但因非線性負載使用量之劇增,其產生之諧波等電力干擾,對供電電源造成污染,致造成電力品質降低。如何改善電力品質,已是電力界所面臨之刻不容緩的課題。本系在電力品質量測與改善之理論與實務上,具有相當不錯之研究成果。未來將朝向更精確之電力品質量測方法及更經濟有效的改善策略技術方面發展。

3.電能轉換:台灣地區能源大多仰賴進口,而國內用電量又不斷增加,致使電力供應吃緊。如何提高電能轉換設備之效率及特性,實為解決電能不足方法之一,本系現有多位教師在電力轉換器,電子式日光燈安定器及高效率電機設計方面具有理論及實務基礎,必能形成特色。

4.再生能源開發與節能:由於國內大部分能源皆須仰賴進口,特別是全台大停電、921大地震後及近年來原油價格飆漲,衝擊產業,突顯出再生能源開發之重要性。且行政院能源會議中特別規劃將投入一百億之經費,作為開發新能源及淨潔能源之用。故本系結合在電能技術應用及節能技術方面具研究潛力及實務經驗之教師從事再生能源開發及能源管理之研究。目前已設置完成6KW之太陽能光發電系統、小型風力發電機並持續與台中縣永元電機公司產學合作研發100W、200W及1000W小型風力發電機,除此之外,也建立微渦輪機發電、及生質能氣化發電系統進行實際運轉。

5.電力電子:電力電子技術為電能轉換技術之核心,目前國內電力電子相關產品之產值已達三千億,但國內此方面人才培育與研發卻相當有限,因此,國科會特別成立電力電子推動小組,可見其重要性。本系過去在這方面研究已有多年基礎,研究成果頗為豐碩,將來預計朝電動機車及變頻器等相關實用技術研發。




(二)機電控制領域
       中部地區的產業特色以中小企業為主,其中不乏機電控制之廠商。舉凡運動器材、程序控制、變頻器製造商、可程式控制器供應商及控制器設計廠商等,均與本系有長期合作關係。近年來無線感測網路的技術提昇,晶片設計的廣泛應用等,在在都顯示應朝跨領域的研究與技術結合。本組以馬達驅動控制、感測與資料擷取控制技術及無線感測技術網路為重點發展方向,並以跨領域的整合研究方式來結合生醫感測與醫療輔具及無線網路作為重點發展特色-健康照護與輔具開發。此組主要發展方向如下:

1.可視性控制系統之應用:因應產業昇級,本組結合目前台灣半導體產業之優勢與資訊業之潛力,提供產業自動化控制發展之技術,降低成本,提高競爭力。同時亦著重於培育學生具備未來就業環境的技術能力,儲備中部科學園區所需要大量之研發技術人才。課程結構設計擬整合電機機械、機電整合、單晶片、感測器、網路通訊、基礎電子…等硬體學理知識,藉由可視性軟體(Simulink、Labview、VB、Build C++等)之設計,學習建立一具有互動性教學、模擬與實驗兼備之視覺化可攜性之e-化教學環境,學生可輕易進行實驗以驗證理論的正確性。最後以PC Based控制、與DSP Based即時控制系統的整合為目標,發展網路視覺化精密伺服機電控制應用。

2.馬達驅動控制:馬達為機械負載動力的來源,在傳統產業與高科技產業中,各項需要旋轉或線型運動傳輸功能的機具設備均需要應用馬達,其應用場合有:精密數值控制工具機、電動載具、電聯車、軋鋼機、紡織機具、幫浦、送風機、半導體製程設備、磁碟機、光碟機…等,現代馬達驅動控制的發展趨向於自動化、精密、省力、省電與小型化的目標。工業或家庭用之各類型馬達依據使用環境而定,其驅動控制要求對負載執行加速、定速、減速與定位等功能,均需要控制器的設計、驅動功率級的研製、馬達電機與機械參數的自動量測、參數辨識與線上調適等技術,也皆為本組的重點發展方向之ㄧ。

3.感測與資料擷取控制技術:感測在控制場合中是不可或缺的一環,沒有好的感測技術,所有控制皆是空談。本系成立的感測實驗室及研究團隊,結合電腦介面之資料擷取技術,積極培育感測及資料擷取之技術人才,並已開發資料擷取的軟硬體技術。此外,使用工業界廣泛運用之監控軟體LabView,亦已成功的進行電能、聲音及影像的資料擷取。並可支援本系在尖端控制及電能監控的進階應用。

4.系統單晶片技術的應用:系統晶片(SOC)設計的目的係將終端使用者對於硬體介面電路以及軟體運算法則功能,以硬體的方式實現於單一晶片內部。一般的單晶片系統,諸如相當熱門的8051系列單晶片,因為在內建的功能上無法滿足使用者對於系統功能實現於單一晶片的需求。因此,為求能夠縮小電路面積,以及將所需功能集中於單一IC內部,乃有所謂SOC概念的出現。目前其實已經有相當多的類SOC產品,例如德州儀器公司(TI)的TMS320F24x系列的數位信號處理器(DSP)就是專門用來發展馬達控制而設計的專用IC。本發展主題,除了探討相關SOC的設計技術之外,也發展DSP的應用技術,確實落實SOC的精神。

5.尖端控制理論:主要針對智慧型控制理論進行,智慧型控制為國科會控制學門規劃之要項。本系有多位老師從事這方面研究,並投入實務應用在各型馬達控制、電能控制、配電自動化等方面之研究,成效頗為可觀。另外在電力電子、電力監控、電能轉換及太陽能開發技術中,皆需相當程度之控制理論支援,此項控制理論之發展,將可直接支援電能技術,以便設計完善之控制器,達到所需要之功能需求。




(三)計算機應用領域
       隨著半導體科技的進步,使得微電腦系統的應用與設計可滿足小型化與可攜式的需求。同時為符合客製化的規格與功能,嵌入式系統的設計模式更讓微電腦系統的應用延伸至更寬廣的領域。近年來在教育部「大學科技系所人才培育計畫」及「資通訊人才培育計畫」的經費補助下,建立了應用於CPLD/FPGA的VHDL晶片設計及ARM-based嵌入式系統設計開發所需之教學及研究設備,並成立嵌入式系統設計實驗教室。同時發展使用可程式控制器(PLC)、單晶片(Intel 8051、Microchip PIC/dsPIC)、TI DSP、ARM SoC及個人電腦等各類微電腦之軟硬體設計,應用於消費性多媒體電子產品、智慧型機器人開發、機電整合控制、影音信號處理、網路電話等。本組團隊也已開發一套功能完備的PIC微控制器教具,有助提升實務教學。也在本校建置一套網路電話系統,整合本校傳統交換機,可讓全校師生在校內傳統分機與網路分機互相免費通話,達到節費效果。此組主要發展方向如下:

1.高階微控制器之應用:本項發展重點是以Microchip之PIC/dsPIC系列高階微控制器之應用為主。由於PIC/dsPIC系列微控制器之高市佔率及穩定性,在市場上衍然已成為電控系統設計的主流。因此,本項目之發展計畫將著眼於教學、研究及推廣教育三方面。

   (1)教學方面將先建置高階微控制器的實驗室,整合產品設計主要之週邊技術開發專用之實驗器,積極培育相關技術人力。而參考技能檢定規範,並逐年建立學科的題庫及設計術科的考題,以評定學生所具備的專業能力。
   (2)研究方面將整合專業師資、研究生及產業界之需求,承接產業界之研究計畫或產品之設計研發。並配合機電整合實驗室之設備及空間,成立產品設計研究群,培育相關技術人力及研發實務技術。
   (3)技術推廣方面視產業需求及社會脈動,適當時機開設推廣課程協助產業技術人才之培育,並與業界建立合件夥伴關係,了解產業界之需求,以縮小產學之間的落差。

2.智慧型技術之研究及實現:本項發展計畫主要結合本學程技術人力,利用類神經網路、模糊理論、灰色理論等智慧型理論,以實現機電設備之尖端控制技術、故障診斷分析、醫學工程、影像語音識別分類等應用。而配合國科會控制學門近年來將機器人規劃為重點發展方向之一,本學程亦將朝智慧型機器人之研究與設計努力。諸如導覽機器人、保全機器人或玩具機器人的相關技術之研究。同時配合中部地區的產業特色,亦將開發如工具機等之伺服控制技術,以支援產學合作平台所需之技術。

   (1)嵌入式系統應用設計:結合CPLD/FPGA晶片設計、多媒體影音技術、影像處理及控制理論,以嵌入式系統為應用平台開發應用於智慧運輸系統(Intelligent Transportation System, ITS)及智慧型機器人(Intelligent Robots)。例如開發駕駛輔助系統(Driving Assistance System)提升車輛行駛安全;整合多媒體影音娛樂技術及全球定位系統(Global Position System, GPS)作為車載視聽娛樂系統及行車輔助系統;經由人臉表情辨識(Emotional Face Recognition)應用於寵物機器人之互動感知。
   (2)多媒體及網路通訊:整合通訊領域及資訊領域,發展多媒體網路通訊平台。內容涵蓋:開發語音/影像數位化製作及壓縮演算法研究、SIP通訊協定製作,應用於數位學習、數位出版與典藏、VoIP、Video-Phone。而所建置之網路通訊技術,並可支援本學程相關遠端資料傳輸之所需。
   (3)數位信號處理應用系統之開發:整合數位信號處理技術,包含數位濾波、信號模型化、頻譜分析、隨機信號處理、適應性信號處理、類神經網路、小波網路等,並開發影像、聲音及生醫數位信號處理應用系統,例如影像文字識別系統、影像瑕疵檢測系統、具主動式噪音控制之雙向音頻通訊系統、高解析度心電圖診斷系統等,以培育學生具有數位信號處理技術應用與系統設計之實務能力。
   (4)積體電路之電腦輔助設計:應用電腦輔助軟體設計積體電路元件,以設計新元件或改進既有元件之電性特性,設計完成後送國家奈米元件實驗室(NDL)製造實體元件;應用電腦輔助軟體設計超大型積體電路(VLSI),設計完成後送國家晶片系統設計中心(CIC)製造實體電路。