谐振式微静电驱动系统的非线性分析与控制

发布时间：2017-10-23 00:05

  本文关键词：谐振式微静电驱动系统的非线性分析与控制

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【摘要】：静电驱动力作为微机电系统(MEMS)中一种重要的驱动力与检测技术,被大量应用于微泵、微马达、微谐振器、加速度计等微器件中。它具有高灵敏度、精度高、响应速度快、容易制造等优点。谐振式微静电驱动机构是MEMS器件中比较典型的机构,也是机电耦合的关键元件,其动力学特性和控制的研究具有比较重要的理论和实际应用意义。 本文针对谐振式微静电驱动机构的静电力和动力学等方面的问题深入研究。研究的主要内容和结论如下： 1、本文以双端固谐振式微静电驱动机构作为研究对象。根据谐振式微静电驱动机构与平行板电容器的应用特点,研究了系统的静电驱动力与压膜阻尼的计算公式,采用瑞利-里兹法建立了静电力-位移关系,基于Lagrangian方程,运用能量耦合法,建立了系统的动力学方程。 2、运用能量守恒方法,分析阶跃响应时“吸附”效应最大刚度比,得出当刚度比小于0.5时,才能避免“吸附”效应；运用能量守恒的方法,分析阶跃电压响应时“吸合”电压的大小,并对比了考虑非线性刚度和不考虑非线性刚度两种状态“吸合”电压值的大小。研究表明：考虑非线性刚度的“吸合”电压值比不考虑非线性刚度的“吸合”电压值略小 3、对系统的静电刚度进行了研究。研究表明：静电刚度的大小可通过调节外加电压来调节；研究了交流电压幅值、频率和直流偏置电压幅值对双端固谐振式微静电驱动动力系统动力学性能的影响；基于对系统静电刚度分析,建立了通过调整直流电压幅值调节静电刚度、使系统“软化”进而处于周期运动所应满足的静电刚度条件。 4、研究了在系统中加入线性变量反馈项kx和运用电路形成的反馈电压加载到平行电容板上两种方法对可动极板的混沌运动进行控制的方法。
【关键词】：MEMS 微静电驱动结构 刚度 非线性 谐振器
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH-39
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-10
• 第1章 绪论10-15
• 1.1 微机械电子系统的发展与应用10-12
• 1.2 微静电驱动系统非线性动力分析及控制的研究现状12-14
• 1.3 本文的主要研究内容、目的及意义14-15
• 第2章 常见谐振式微静电驱动系统的建模15-30
• 2.1 引言15
• 2.2 常见的谐振式微静电驱动机构15-16
• 2.3 双端固谐振式微静电驱动系统的分析16-19
• 2.3.1 双端固谐振式微静电驱动力学分析方程的推导17-18
• 2.3.2 压膜阻尼系数的推导18-19
• 2.4 双端固谐振式微静电驱动系统的建模19-23
• 2.4.1 双端固可动极板谐振式微静电驱动系统建模19-21
• 2.4.2 双端固横直梁谐振式微静电驱动系统建模21-23
• 2.5 谐振式微静电驱动系统“吸附”效应及分析23-28
• 2.5.1 “吸附”效应分析24-26
• 2.5.2 谐振式微静电驱动系统“吸附”电压求解26-28
• 2.6 本章小结28-30
• 第3章 谐振式微静电驱动系统非线性特性分析30-49
• 3.1 引言30
• 3.2 静电刚度及其分析30-32
• 3.3 外加电压对谐振式微静电驱动系统非线性的影响32-46
• 3.3.1 交流电压频率与系统的非线性特性34-36
• 3.3.2 交流电压幅值与系统的非线性特性36-40
• 3.3.3 直流偏置电压幅值与系统的非线性特性40-46
• 3.4 静电刚度与谐振式微静电驱动系统非线性特性46-47
• 3.5 本章小结47-49
• 第4章 谐振式微静电驱动系统混沌运动的控制49-59
• 4.1 引言49
• 4.2 谐振式微静电驱动系统混沌的变量反馈控制49-53
• 4.3 谐振式微静电驱动系统混沌的电压反馈控制53-57
• 4.4 本章小结57-59
• 总结与展望59-61
• 致谢61-62
• 参考文献62-65
• 攻读硕士期间发表的论文与科研成果65

【参考文献】

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本文编号：1080679