近年,随着汽车保有量的逐渐增长与尾气排放标准的不断提高,氧传感器的检测标准也越来越严格,同时,应用于汽车尾气处理的氧传感器需求量日益增加。新型氧传感器——氮氧传感器能够精确、快速检测氧浓度,实现空燃比、氮氧化合物浓度测量,被广泛应用于汽车尾气净化系统。但国内氮氧传感器相关技术与国外相差甚远。本文从氮氧传感器工作特性、控制系统整体实现、控制算法设计以及控制系统性能测试等方面展开研究,设计了一套氮氧传感器控制系统,为国内氮氧传感器控制系统开发提供参考方案。首先,本文从氧传感器的发展出发,结合电化学、材料学、控制理论等方面,深入介绍、分析了氮氧传感器的内部结构、工作原理及固有特性,详细指出了氮氧传感器稳定工作所需必备条件、各项性能指标以及控制要求,强调了氮氧传感器控制系统开发的重难点在于弱电信号准确测量,精确、快速的温度控制与泵单元控制等方面。其次,基于氮氧传感器及其控制系统的理论分析,完成了氮氧传感器的关键控制技术的设计。结合传感器工作特性与硬件电路信号调理方面知识,研究分析、设计了各部分硬件电路,较理想的实现了控制系统所需功能。同时,根据氮氧传感器工作过程和不同气氛条件下所得数据,深入分析控制过程,并以温度控制、泵单元控制和系统故障诊断为核心,设计相应控制算法,运用Matlab等仿真工具进行相关控制思路的建模与仿真,验证了控制方案的可行性。最后,结合自主研发的控制系统和氮氧传感器进行综合测试实验。验证了硬件电路各项性能指标,并在同步气氛配置仪上进行空燃比、氮氧化合物的动静态测试分析,验证硬件设计与控制的可行性。根据测试结果改进硬件设计方案,优化控制方法,其测量精度、响应速度符合汽车尾气检测标准。此外,建立了国产自主研发氮氧传感器输出曲线,并指出了下一步的研究方向。