本文關(guān)鍵詞：諧振式微靜電驅(qū)動系統(tǒng)的非線性分析與控制

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【摘要】：靜電驅(qū)動力作為微機電系統(tǒng)(MEMS)中一種重要的驅(qū)動力與檢測技術(shù),被大量應(yīng)用于微泵、微馬達(dá)、微諧振器、加速度計等微器件中。它具有高靈敏度、精度高、響應(yīng)速度快、容易制造等優(yōu)點。諧振式微靜電驅(qū)動機構(gòu)是MEMS器件中比較典型的機構(gòu),也是機電耦合的關(guān)鍵元件,其動力學(xué)特性和控制的研究具有比較重要的理論和實際應(yīng)用意義。 本文針對諧振式微靜電驅(qū)動機構(gòu)的靜電力和動力學(xué)等方面的問題深入研究。研究的主要內(nèi)容和結(jié)論如下： 1、本文以雙端固諧振式微靜電驅(qū)動機構(gòu)作為研究對象。根據(jù)諧振式微靜電驅(qū)動機構(gòu)與平行板電容器的應(yīng)用特點,研究了系統(tǒng)的靜電驅(qū)動力與壓膜阻尼的計算公式,采用瑞利-里茲法建立了靜電力-位移關(guān)系,基于Lagrangian方程,運用能量耦合法,建立了系統(tǒng)的動力學(xué)方程。 2、運用能量守恒方法,分析階躍響應(yīng)時“吸附”效應(yīng)最大剛度比,得出當(dāng)剛度比小于0.5時,才能避免“吸附”效應(yīng)；運用能量守恒的方法,分析階躍電壓響應(yīng)時“吸合”電壓的大小,并對比了考慮非線性剛度和不考慮非線性剛度兩種狀態(tài)“吸合”電壓值的大小。研究表明：考慮非線性剛度的“吸合”電壓值比不考慮非線性剛度的“吸合”電壓值略小 3、對系統(tǒng)的靜電剛度進(jìn)行了研究。研究表明：靜電剛度的大小可通過調(diào)節(jié)外加電壓來調(diào)節(jié)；研究了交流電壓幅值、頻率和直流偏置電壓幅值對雙端固諧振式微靜電驅(qū)動動力系統(tǒng)動力學(xué)性能的影響；基于對系統(tǒng)靜電剛度分析,建立了通過調(diào)整直流電壓幅值調(diào)節(jié)靜電剛度、使系統(tǒng)“軟化”進(jìn)而處于周期運動所應(yīng)滿足的靜電剛度條件。 4、研究了在系統(tǒng)中加入線性變量反饋項kx和運用電路形成的反饋電壓加載到平行電容板上兩種方法對可動極板的混沌運動進(jìn)行控制的方法。
【關(guān)鍵詞】：MEMS 微靜電驅(qū)動結(jié)構(gòu) 剛度 非線性 諧振器
【學(xué)位授予單位】：西南交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TH-39
【目錄】：

• 摘要6-7
• Abstract7-10
• 第1章 緒論10-15
• 1.1 微機械電子系統(tǒng)的發(fā)展與應(yīng)用10-12
• 1.2 微靜電驅(qū)動系統(tǒng)非線性動力分析及控制的研究現(xiàn)狀12-14
• 1.3 本文的主要研究內(nèi)容、目的及意義14-15
• 第2章 常見諧振式微靜電驅(qū)動系統(tǒng)的建模15-30
• 2.1 引言15
• 2.2 常見的諧振式微靜電驅(qū)動機構(gòu)15-16
• 2.3 雙端固諧振式微靜電驅(qū)動系統(tǒng)的分析16-19
• 2.3.1 雙端固諧振式微靜電驅(qū)動力學(xué)分析方程的推導(dǎo)17-18
• 2.3.2 壓膜阻尼系數(shù)的推導(dǎo)18-19
• 2.4 雙端固諧振式微靜電驅(qū)動系統(tǒng)的建模19-23
• 2.4.1 雙端固可動極板諧振式微靜電驅(qū)動系統(tǒng)建模19-21
• 2.4.2 雙端固橫直梁諧振式微靜電驅(qū)動系統(tǒng)建模21-23
• 2.5 諧振式微靜電驅(qū)動系統(tǒng)“吸附”效應(yīng)及分析23-28
• 2.5.1 “吸附”效應(yīng)分析24-26
• 2.5.2 諧振式微靜電驅(qū)動系統(tǒng)“吸附”電壓求解26-28
• 2.6 本章小結(jié)28-30
• 第3章 諧振式微靜電驅(qū)動系統(tǒng)非線性特性分析30-49
• 3.1 引言30
• 3.2 靜電剛度及其分析30-32
• 3.3 外加電壓對諧振式微靜電驅(qū)動系統(tǒng)非線性的影響32-46
• 3.3.1 交流電壓頻率與系統(tǒng)的非線性特性34-36
• 3.3.2 交流電壓幅值與系統(tǒng)的非線性特性36-40
• 3.3.3 直流偏置電壓幅值與系統(tǒng)的非線性特性40-46
• 3.4 靜電剛度與諧振式微靜電驅(qū)動系統(tǒng)非線性特性46-47
• 3.5 本章小結(jié)47-49
• 第4章 諧振式微靜電驅(qū)動系統(tǒng)混沌運動的控制49-59
• 4.1 引言49
• 4.2 諧振式微靜電驅(qū)動系統(tǒng)混沌的變量反饋控制49-53
• 4.3 諧振式微靜電驅(qū)動系統(tǒng)混沌的電壓反饋控制53-57
• 4.4 本章小結(jié)57-59
• 總結(jié)與展望59-61
• 致謝61-62
• 參考文獻(xiàn)62-65
• 攻讀碩士期間發(fā)表的論文與科研成果65

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：1080679