【摘要】：納米梁作為納機電系統(tǒng)(Nano-Electro-Mechanical Systems,NEMS)的重要構件,常被用來制作高精度的傳感器。但是,隨著尺寸的進一步減小,納米梁在振動中容易出現(xiàn)多值、分岔等非線性現(xiàn)象,導致諧振器出現(xiàn)不穩(wěn)定振動,甚至產(chǎn)生吸合現(xiàn)象,影響其工作穩(wěn)定性。因此,消除振動中的非線性影響是納微器件設計過程中首要考慮的問題。納微器件的非線性振動控制成為納機電系統(tǒng)的一個重要研究方向。本文研究了基于隧道效應、場效應傳感、隧道場效應傳感的納米梁非線性振動控制,通過理論分析與數(shù)值模擬仿真相結合的研究方法,分析了影響納米梁非線性振動控制的因素。首先,以Euler-Bornoulli懸臂梁為振動模型,提出了基于電子隧道效應的納米梁非線性振動控制方法。隧道效應電流具有高靈敏性、高精確性的特點,可用于檢測納米梁的振動信號。應用位移和速度電壓反饋控制器,考慮無時滯和有時滯反饋兩種情況,建立基于隧道效應的納米梁非線性振動控制方程,應用多尺度方法得到納米梁主共振的幅頻響應方程。研究了直流和交流激勵電壓、控制增益和時滯等參數(shù)與納米梁振動非線性之間的關系,得到了減弱系統(tǒng)非線性、增強系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響因素。其次,研究了基于場效應傳感的納米梁非線性振動控制。建立含有場效應傳感控制的納米梁振動微分方程,考慮主共振和三次超諧共振情況,研究了影響納米梁非線性振動控制的因素。通過幅頻曲線分析得出,振動控制參數(shù)、時滯反饋參數(shù)、阻尼值、納米梁與極板間的初始距離、柵電壓、源漏電壓等都是影響納米梁振動幅值和非線性的因素。在一定范圍內,振動控制參數(shù)、時滯反饋參數(shù)的變化可以調節(jié)振動非線性項、時滯非線性項和振動阻尼項的大小。通過選擇適當?shù)膮?shù),使納米梁的振動保持在平衡穩(wěn)定狀態(tài)。最后,考慮主共振和三次超諧共振情況,研究了基于隧道場效應傳感的納米梁非線性振動控制問題,分析了影響納米梁非線性振動控制的因素以及如何通過調節(jié)各因素對非線性進行有效地控制。研究發(fā)現(xiàn),振動阻尼、振動反饋控制參數(shù)、納米梁與極板間的距離、外部初始電壓、柵電壓等都對納米梁的最大振幅和振動非線性具有一定的影響。研究表明,納米梁隧道效應、場效應傳感、隧道場效應傳感對振動信號提取表現(xiàn)出更高的靈敏性和精確性,對納米梁非線性具有良好的控制作用。在一定范圍內,通過選擇適當?shù)南到y(tǒng)參數(shù)、振動控制參數(shù)和時滯反饋參數(shù)等可以對振動非線性進行調節(jié),將其控制在合理范圍內,從而實現(xiàn)對納米梁非線性振動的有效控制。
【學位授予單位】：山東理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：O322;TN386
【圖文】：

提取的納米梁非線性振動控制該勢壘的量子效應，可以用于梁作為振動的物理模型，考慮時進行了分析研究，得到納米梁隧響應方程。研究了控制增益、時幅之間的關系，分析了減弱系制振動模型的懸臂納米梁作為振動控制研制極板，各連接一個控制器，分板，控制極板和驅動極板邊界C 、Dx 、Ex 、Fx ，納米梁與極板于采集納米梁振動信號。納米梁

山東理工大學碩士學位論文 第二章 基于隧道效應的納米梁非線性振動控制隨頻率的變化呈硬式非線性變化趨勢，振動不穩(wěn)定。當直流電壓繼續(xù)降至 1.5V 時，最大振幅減小為 0.28，且系統(tǒng)振動趨于穩(wěn)定。隨著直流激勵電壓幅值由 2.5V 降為1.5V，系統(tǒng)的振動幅度逐漸減小，衰減幅度為 50%，振幅峰值點向右偏移的距離減小。由此可得，減小電路中的直流激勵電壓值可以有效減弱系統(tǒng)振動的非線性。圖 2.3 為交流激勵電壓不同時的振幅—頻率關系曲線。當交流激勵電壓為 2.0V時，系統(tǒng)振動不穩(wěn)定，最大振幅為 0.55，振幅峰值點向右發(fā)生偏移，出現(xiàn)多值區(qū)間，系統(tǒng)振動表現(xiàn)為硬式非線性振動。當交流電壓降為 1.0V 時，最大振幅削減為 0.23，系統(tǒng)的非線性減弱。隨著交流電壓由 2.0V 減小至 1.0V，系統(tǒng)的振動幅度隨之減小，衰減幅度為 58%，幅頻曲線偏移幅度減小，系統(tǒng)振動趨于穩(wěn)定。由此可得，交流激勵電壓的降低可以有效減弱系統(tǒng)的非線性。

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