本文關(guān)鍵詞：電磁式MEMS扭轉(zhuǎn)微鏡的建模與閉環(huán)控制研究

  更多相關(guān)文章： 電磁式 微鏡 有限元 COMSOL Multiphysics 滑�？刂�

【摘要】：MEMS扭轉(zhuǎn)微鏡在光開(kāi)關(guān)、醫(yī)療成像、高清晰投影和光學(xué)相干斷層掃描等領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用,其巨大的市場(chǎng)潛力以及重要的研究?jī)r(jià)值引起了國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的高度關(guān)注�？紤]到電磁式MEMS扭轉(zhuǎn)微鏡具有可低電壓操作,掃描范圍大等優(yōu)勢(shì),本文選取一款具有硬磁特性的MEMS扭轉(zhuǎn)微鏡作為研究對(duì)象。結(jié)合基于MEMS扭轉(zhuǎn)微鏡應(yīng)用中的性能要求,本文借助于理論分析、有限元仿真和實(shí)驗(yàn)研究等方法,對(duì)電磁式MEMS扭轉(zhuǎn)微鏡進(jìn)行建模和控制研究。具體的研究工作和主要貢獻(xiàn)包括如下幾個(gè)方面:1.針對(duì)具有硬磁特性的MEMS扭轉(zhuǎn)微鏡,采用電磁學(xué)相關(guān)理論以及有限元分析法,建立輸入電流與輸出偏角的數(shù)學(xué)模型。根據(jù)微鏡能量傳遞的過(guò)程,該數(shù)學(xué)模型分為電線圈模型、磁驅(qū)動(dòng)器模型以及微鏡扭轉(zhuǎn)機(jī)械模型三個(gè)部分。本文給出電線圈和磁驅(qū)動(dòng)器的數(shù)學(xué)模型,提出易于有限元迭代分析的電線圈通用模型以及適用于非均勻磁場(chǎng)的磁驅(qū)動(dòng)器模型。2.針對(duì)包含電、磁、力等物理量的MEMS扭轉(zhuǎn)微鏡,首先運(yùn)用COMSOL Multiphysics對(duì)微鏡進(jìn)行三維模擬測(cè)試,在三維穩(wěn)態(tài)以及瞬態(tài)耦合求解分析下,討論了在參數(shù)掃描下驅(qū)動(dòng)電流和輸出偏角的關(guān)系。其次,搭建一套基于電磁式MEMS扭轉(zhuǎn)微鏡的激光掃描平臺(tái),主要工作包括電壓控制電流放大電路制作、基于FPGA數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì),并對(duì)微鏡的固有頻率以及開(kāi)環(huán)性能進(jìn)行測(cè)試。最后,利用仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證建立的數(shù)學(xué)模型的準(zhǔn)確性。3.結(jié)合基于MEMS扭轉(zhuǎn)微鏡的光開(kāi)關(guān)快速響應(yīng)以及切換準(zhǔn)確的特點(diǎn),本文設(shè)計(jì)多種閉環(huán)控制算法應(yīng)用于電磁式MEMS扭轉(zhuǎn)微鏡,包括PID控制、改進(jìn)PID控制、具有PD形式的滑�？刂埔约熬哂蠵ID形式的積分滑�？刂�,目的是改善系統(tǒng)的暫態(tài)響應(yīng)和定位精度。通過(guò)仿真和實(shí)驗(yàn)對(duì)比分析,積分滑模控制下系統(tǒng)能夠有效抑制微鏡的抖動(dòng),具有更好的暫態(tài)性能,對(duì)于基于電磁式MEMS扭轉(zhuǎn)微鏡的光開(kāi)關(guān)具有重要的研究?jī)r(jià)值。
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TH74

【相似文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 袁麗蕓;梁志達(dá);陸靜;韋笑梅;;邊緣效應(yīng)對(duì)微鏡靜態(tài)特性的影響[J];廣西工學(xué)院學(xué)報(bào);2007年04期

2 胡凱;張志輝;蔣向前;孔令豹;;微鏡陣列的缺陷提取與識(shí)別[J];組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù);2009年09期

3 苗泉龍;唐鋮;吳智聰;王小賽;錢虎;唐梅;張逸新;;結(jié)構(gòu)防偽型印刷微鏡陣列[J];江南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2013年06期

4 蔣軍彪,馮培德,魏芳琳,徐建東;微鏡單元的設(shè)計(jì)與加工工藝研究[J];航空精密制造技術(shù);2001年01期

5 鄭曉虎,劉芳華,王明娣;一種新型梳齒驅(qū)動(dòng)式微鏡[J];傳感器技術(shù);2005年03期

6 趙建平,陳花玲,陳玲莉,陳天寧;微鏡扭轉(zhuǎn)-彎曲耦合變形靜態(tài)特性分析[J];西安交通大學(xué)學(xué)報(bào);2003年11期

7 陸靜;;正弦激勵(lì)下扭轉(zhuǎn)微鏡動(dòng)態(tài)特性分析[J];廣西工學(xué)院學(xué)報(bào);2008年03期

8 王振霖;陳學(xué)康;曹生珠;;MEMS扭轉(zhuǎn)微鏡動(dòng)態(tài)特性的有限元仿真分析[J];真空與低溫;2008年02期

9 羅彪;溫志渝;陳李;錢蓉蓉;梁玉前;;MOEMS掃描微鏡的測(cè)試實(shí)驗(yàn)與分析[J];納米技術(shù)與精密工程;2012年04期

10 胡放榮;王愛(ài)娜;邱傳凱;姚軍;;靜電排斥驅(qū)動(dòng)六邊形MEMS微鏡(英文)[J];納米技術(shù)與精密工程;2010年02期

中國(guó)重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前3條

1 王海龍;秦文化;;有限元分析方法對(duì)微鏡面自組裝制作過(guò)程的模擬分析[A];第11屆全國(guó)發(fā)光學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議論文摘要集[C];2007年

2 袁麗蕓;向宇;;耦合扭轉(zhuǎn)微鏡動(dòng)力學(xué)響應(yīng)邊緣效應(yīng)影響的數(shù)值分析[A];慶祝中國(guó)力學(xué)學(xué)會(huì)成立50周年暨中國(guó)力學(xué)學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)大會(huì)’2007論文摘要集（下）[C];2007年

3 陸靜;向宇;袁麗蕓;馬小強(qiáng);;考慮邊緣效應(yīng)后微鏡新的靜電力計(jì)算模型及對(duì)靜態(tài)特性的影響分析[A];慶祝中國(guó)力學(xué)學(xué)會(huì)成立50周年暨中國(guó)力學(xué)學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)大會(huì)’2007論文摘要集（下）[C];2007年

中國(guó)重要報(bào)紙全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 成都 虎永存;DLP背投彩電的八大優(yōu)勢(shì)[N];電子報(bào);2003年

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前2條

1 陳輝;MEMS扭轉(zhuǎn)微鏡的滑�？刂蒲芯縖D];華南理工大學(xué);2014年

2 曹益平;基于數(shù)字微鏡的位相測(cè)量輪廓術(shù)[D];四川大學(xué);2003年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 李冠霖;電磁驅(qū)動(dòng)微鏡的H_∞控制及其應(yīng)用[D];華南理工大學(xué);2016年

2 左鵬;電磁式MEMS扭轉(zhuǎn)微鏡的建模與閉環(huán)控制研究[D];華南理工大學(xué);2016年

3 劉佳明;大角度微鏡的評(píng)估與分析[D];揚(yáng)州大學(xué);2013年

4 楊暢;高保真印刷防偽設(shè)計(jì)中的微鏡陣列技術(shù)[D];江南大學(xué);2015年

5 劉霞芳;數(shù)字微鏡的動(dòng)力分析[D];西安電子科技大學(xué);2007年

6 梁建秋;扭臂式微鏡的建模與優(yōu)化[D];西安電子科技大學(xué);2013年

7 唐鋮;印刷防偽設(shè)計(jì)中的微鏡陣列研究[D];江南大學(xué);2013年

8 羅偉;MEMS扭轉(zhuǎn)微鏡溫度效應(yīng)的仿真分析[D];江西理工大學(xué);2014年

9 陸靜;MEMS扭轉(zhuǎn)微鏡的力學(xué)特性分析[D];哈爾濱工程大學(xué);2007年

10 章皓;電熱式MEMS微鏡驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)研究[D];蘇州大學(xué);2014年

，

本文編號(hào)：1144863