基于Galerkin方法构建MEMS器件宏模型

将器件结构单元的线性模态振型函数(或是本征正交模态)作为全局基函数集合,结合Galerkin方法,获得具有足够仿真精度的微机电系统(MEMS)器件自由度缩减模型.宏模型中相关的状态变量数目很少,可以被快速计算,便于植入系统仿真器中进行模拟.文中分别阐述了这两种自由度缩减模型构造方法的优缺点及存在的问题,认为宏模型研究的重点将是器件非线性特性的有效表达以及建模过程自动化的计算机实现;并对非线性MEMS器件宏模型的研究发展给出了建议.     

小波变换在MEMS降阶建模中的研究

获得系统的宏模型是MEMS系统级建模与仿真的关键．提出将小波变换的方法应用于MEMS降阶建模．介绍了小波变换的理论基础，提出了运用小波变换的方法对MEMS进行多尺度降阶建模的基本思想和算法的基本原理．针对最常见的静力学问题．建立了有限元求解方程．采用小波变换的方法提取出系统的几个不同阶次的降阶模型．算例表明：利用该方法通过适当的降阶次数。提取降阶模型可以大幅度地减少计算时间、降低计算复杂度．特别适合MEMS这种大系统的降阶建模．     

小波变换在MEMS降阶建模中的研究

获得系统的宏模型是MEMS系统级建模与仿真的关键.提出将小波变换的方法应用于MEMS降阶建模.介绍了小波变换的理论基础,提出了运用小波变换的方法对MEMS进行多尺度降阶建模的基本思想和算法的基本原理.针对最常见的静力学问题,建立了有限元求解方程,采用小波变换的方法提取出系统的几个不同阶次的降阶模型.算例表明利用该方法通过适当的降阶次数,提取降阶模型可以大幅度地减少计算时间、降低计算复杂度,特别适合MEMS这种大系统的降阶建模.     

柔性电热镍微夹钳结构设计及加工测试研究

把柔性机构的设计方法--伪刚体法应用于柔性微夹钳的设计中,得到一种新结构形式的电热微夹钳,用UV-LIGA方法进行加工制作,并进行动态性能测试. 从对称的平面十杆刚性机构得到其伪刚体模型,对伪刚体模型进行优化并柔性化得到放大20倍的柔性微夹钳钳体,通过仿真验证了设计的正确性和可靠性. V形电热驱动器与柔性钳体集成到一起,形成柔性电热微夹钳. 用SU-8胶做电铸铸模,钛和二氧化硅做牺牲层,铜做种子层,在氨基磺酸镍电铸液中进行电铸,加工出最小特征尺寸10 μm,厚度30 μm的电热镍微夹钳. 最后对制作的微夹钳在0～1.5 V直流电压下进行动态测试,夹持端位移最大可达24 μm.     

MEMS的建模与仿真研究

概述了MEMS的计算机辅助设计的建模、仿真方法。系统级仿真是MEMS计算机辅助设计最重要的环节，而宏模型的建立则是系统级仿真的关键。主要介绍了目前使用得较多的建立宏模型的两种方法——节点分析以及VHDL-AMS，并指出二者在建立宏模型的优缺点。     

支持系统级仿真与优化的流场模型降阶技术

为降低仿真对计算机软硬件系统的要求并提高计算速度,设计了基于降阶模型的系统级仿真与优化流程,并将本征正交分解(POD)方法应用到流固耦合仿真的流场降阶建模过程中,提高了仿真数据的重用度。在理论研究的基础上,对一个在空气中振动的微梁进行分析,并构建其降阶模型。结果表明:基于POD的降阶建模方法在保证计算精度的前提下,能有效减少流场自由度,加快流固耦合仿真的速度。该方法可用于加速产品系统级仿真和优化过程。     

大规模MIMO-FBMC系统下的空间消隐方法

在大规模多入多出正交频分复用技术(MIMO-FBMC)下行链路系统中,大量微小区部署在宏小区覆盖区域内,并且宏小区和微小区共享相同频谱.在宏小区引入大规模多进多出(MIMO)技术,在相对较窄的角度扩展下从宏小区可以看到同一热点内的用户几乎位于同一位置,这就引起了方向性的信道向量.利用这个信道向量的空间方向信息采用协调波束成形,获得空间消隐,即将传输能量集中在某些特定的方向上,从而给位于其他方向上的微小区创造传输数据的机会,以减少对这些微小区的干扰.此方法类似于增强型小区间干扰协调技术(e ICIC)中的几乎空白子帧(ABS)方法.仿真结果表明,该方案能有效提高大规模MIMO-FBMC系统的容量.     

计及参数不确定性的柔性空间曲线梁动力学建模方法

基于有限元离散化方法和Kane方程，建立了大范围运动空间曲线梁的动力学模型，利用模态缩聚技术，降低了系统的自由度数目，使仿真计算过程得到简化，以卫星抛面天线为例，并考虑其几何和物理参数的不确定定性，研究了天线展开过程的动力学特性。     

MEMS系统级仿真建模理论与方法的研究

实现集设计、加工及运行等整个过程的计算机仿真为一体的微机电系统的计算机辅助设计是微机电系统真正走向商品化的重要基础。系统级仿真是MEMS CAD最为关键的重要环节。概括了MEMS CAD的体系结构;着重介绍了适合于MEMS系统级仿真的两个基本模型的基本思想、构造方法。提出用加权残值法（MWR）建立MEMS系统级仿真模型;论述MEMS系统级仿真的MWR建模原理与方法。提出运用演化算法进行自动化、智能化建模的基本思想。     

基于柔性铰链的压电微夹钳设计

面向微机电系统(MEMS)微装配设计了一种压电式微夹钳,该微夹钳基于柔性铰链设计,结构简单、紧凑,具有对称结构的两级位移放大机构,其驱动采用叠堆型压电陶瓷.重点对该微夹钳的张合缩放特性进行了理论分析,建立了电压与末端张合量输入输出模型.样机实验表明,驱动电压为140V时,该微夹钳具有约1 260μm的最大张合量,微操作实践表明:微夹钳能实现对不同形状尺寸大小从50~1 260μm范围的微小器件夹持操作.     

基于奇异摄动的宏—微机器人控制方法

物理上包含快过程和慢过程的系统可以用奇异摄动方法分析和控制,通过集中微机械手的小参数,提出了将宏－微机器人的动力学模型表示的为标准的奇异摄动模型的方法,这一方法对刚体连杆机械手具有一般性,基于奇异摄动方法设计了宏－微机器人控制器,宏机械手采用计算力短控制,微机械手采用非线性反馈控制,四自由度宏－微机器人的仿真研究证明了方法的有效性。     

非线性不规则波二阶分离模型

基于二阶波势流理论,建立了一个非线性不规则波浪二阶分离模型。通过求解频域内一、二阶成分之间的传递函数,建立起二阶项求解关系式,将二阶项变换到与一阶项同一个傅里叶频域空间,采用Newton-Raphson迭代方法分别求解出目标波浪中一阶、二阶和频与二阶差频。利用所建立模型分别对规则波和二阶非线性不规则波进行了数值验证,并对波浪非线性的影响进行了分析,典型数值计算结果表明模型是有效的。     

非线性不规则波二阶分离模型

基于二阶波势流理论,建立了一个非线性不规则波浪二阶分离模型．通过求解频域内一、二阶成分之间的传递函数,建立起二阶项求解关系式,将二阶项变换到与一阶项同一个傅里叶频域空间,采用Newton-Raphson迭代方法分别求解出目标波浪中一阶、二阶和频与二阶差频．利用所建立模型分别对规则波和二阶非线性不规则波进行了数值验证,并对波浪非线性的影响进行了分析,典型数值计算结果表明模型是有效的．     

宏微结合的12自由度微装配系统精度分析

为了提高分立式宏微结合的12自由度微装配系统的整体位姿运动控制精度,提出误差矢量坐标变换合成法,建立了微装配系统基于刚体假设的误差传递模型,推导了装配零件与装配基体零件的位姿误差计算公式,提出了姿态误差灵敏度分析计算方法,根据分析结果采用微位姿检测装置测量获得了系统补偿向量,使微装配系统整体位姿运动控制精度提高至微米级.     

基于微元件键合图库的微机电系统动态建模与仿真

为了更好地支持微机电系统(MEMS)TopDown设计流程,针对MEMS仿真中的多能量域与非线性特点,采用键合图场元件与结型结构设计并实现了一个集中参数表达的MEMS键合图仿真元件库,同时基于该元件库提出了一种MEMS动态系统建模与仿真方法.采用参数化仿真模型与结构化体系构建的元件库,为MEMS设计流程中的概念设计阶段与系统级设计阶段的快速建模与仿真提供了方便,同时元件库内的所有元件均与MEMS器件级设计中的结构特征具有映射关系,这为用户需求空间功能原理空间结构空间之间的设计空间映射提供了方便.通过一个静电间隙执行器的系统建模过程与仿真结果,验证了利用该元件库进行建模与仿真的有效性.     

一类二阶电路的快速算法

提出了微一阶电路和宏一阶电路等概念;基于上述新概念,建立了一类二阶电路的快速算法,从而使二阶电路与一阶电路一样,其动态分析实际上也成为一种静态分析.通过实例验证,并根据网络理论证明了所提出的快速算法。     

基于空间模型的轿车平顺性时域建模和仿真*

基于滤波白噪声、路面各向同性假设和一阶Pade逼近方法,建立了四轮路面激励的滤波白噪声模型。基于一定假设,建立了轿车平顺性七自由度空间力学模型,由系统振动能量和拉格朗日方程推导出相应数学模型的微分方程描述,提出了相应的平顺性仿真算法,在常用的B级路面和车速60 km/h下,对某轿车平顺性进行了时域仿真,获得了振动响应量的时间历程。研究结果表明,基于空间模型对轿车平顺性进行时域建模和仿真是可行和有效的。     

子空间辨识方法的研究与改进

文中研究了基于状态空间模型的子空间状态空间系统辨识方法,具体介绍了该方法的辨识原理,同时将该方法与AIC准则相结合,对子空间辨识方法进行了改进,并对该方法进行了仿真研究。结论表明:该方法可以非常准确地得到系统的阶次,避免由于阶次选择不同而引起的辨识误差,具有很广阔的实际应用前景。     

基于信息熵的动力模型缩聚中主自由度优化选择研究

采用信息熵来定量表征待识别结构建模参数识别结果的不确定性。基于贝叶斯统计系统识别方法,以结构建模参数识别结果的不确定性最小为优化准则,极大化结构建模参数的后验概率密度函数,在给定主自由度数目的前提下,以主自由度组合为优化变量,将主自由度选取问题转换为非线性约束优化问题,优化结果即为选取的最优主自由度组合。将结构平动自由度看作主自由度,将扭转自由度看作副自由度,采用动力模型缩聚方法通过一个典型的空间桁架桥结构模型的数值仿真研究和实验验证,对主自由度优化选取方法的正确性和有效性进行了验证。     

多自由度机械振动系统的可视化仿真

本文利用状态空间方程描述多自由度机械振动。以一个五自由度机械振动系统为例,通过Matlab/Simulink来进行仿真分析,介绍了振动微分方程和状态空间模型的建立方法及应用,为处理类似的多自由度系统仿真提供有效的参考。