基于PZT-Si的MEMS微驱动器的设计与仿真分析

设计了一种基于PZT和Si的蟹爪型MEMS微驱动器,该具有结构简单,响应速度快,输出位移大的特点。为了进一步优化结构、提高使用性能寿命,本文根据微驱动器的结构特征,建立了直流电压下PZT蟹爪梁的的力-电耦合数学模型,得到了驱动电压与变形量的关系曲线。采用数值模拟方法开展了压电层材料、厚度等等参数对微驱动器驱动性能的影响研究,研究表明：相对于压电层厚度和输入电压的影响,压电材料性能是系统稳定性的主要影响因素。以弹性柔顺系数相对较低的“硬陶瓷”PZT-4作为压电层时,微驱动器的稳定性增强但驱动响应有所降低;而当选用弹性柔顺系数相对较大的“软陶瓷”PZT-5和PZT-5H作为压电层时,微驱动器的驱动效应增强而稳定性降低。在此基础上,对微驱动器的结构参数进行了优化分析,确定了蟹爪梁结构参数的最优组合, 为微驱动器的设计和改进提供了理论指导。     

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.     

基于微机电系统CAD研究分析

微机电系统（MEMS）的计算机辅助设计（CAD）是MEMS实现商品化的重要基础,CAD技术在MEMS研究过程中具有非常重要的作用．本文概述了微机电系统CAD的研究进展,并介绍了国外在该领域的研究工作．重点研究了微机电系统中的耦合场分析和宏模型与系统级模拟等关键技术问题,针对其与传统机电系统的不同,总结了微机电系统CAD的特点,并据此提出了微机电系统的设计原则．以便能提高微型机电系统的设计质量,缩短研制周期,使之及早走向工业化．     

微机电系统与微机械学

该文分析了微型机电系统中产生的一系列特殊效应,介绍了微机电系统中新的设计理论和设计方法,以期建立微机械学理论体系。     

民机机电系统故障诊断仿真平台设计

民机机载机电系统结构复杂,故障诊断难度大.为更有效地对其开展故障诊断研究,进行了本故障诊断仿真平台设计.针对环控、起落架、液压系统的不同特征,分别采用不同方法进行故障诊断.其中环控系统热交换器部分采用参数估计的方法,环控系统控制组件和起落架系统采用状态观测器的方法,液压系统采用神经网络的方法.所设计的故障诊断仿真平台运用C++Builder和Matlab开发工具,通过Matlab引擎函数传递数据,结合C++Builder界面设计和Matlab数值计算的优势,缩短了开发周期,并且使开发的仿真平台界面友好,简单实用.     

微机电系统的科学研究与技术开发

着重论述了当前国际上微机电系统的相关基础理论研究、微机电系统制造工艺技术的发展、微机电系统发展动态与趋势，最后强调了探索适合我国国情的微机电系统发展途径的重要性。     

微机电系统的发展

始于20世纪60年代的微机电系统(MEMS)是在微电子技术基础上产生和发展起来的多学科交叉的前沿科学研究领域，是21世纪的核心技术之一．介绍了MEMS的形成、发展、基本研究内容、流行设计分析软件和主要制造工艺应用及微器件、微系统的种类和应用现状．     

基于微机电系统洛伦兹平台角速度估计

针对洛伦兹惯性稳定平台对高带宽和高精度角速率需求,提出了基于微机电系统(micro-electro-mechanical system,MEMS)组合传感器的最优速度估计算法.MEMS组合传感器由陀螺仪和加速度计组成,MEMS陀螺仪由于自身特性在速度估计中提供低频速度信息,而加速度计则提供高频信息.最优估计器通过将低频信号与高频信息融合,采用最优控制与估计算法进行速度解算与估计.实验表明,频率在20 Hz内,运动角度在±60°内,MEMS组合传感器速度拟合周期不超过5％,稳定拟合误差不超过7.5％,可以满足平台稳定偏转控制需求.最优状态估计器能在时域与频域上提供无差、高性能的角速度信号.     

微机电系统科学与技术发展趋势

阐明了微机电系统（ＭＥＭＳ）的学科内涵与应用范畴,着重介绍了国外ＭＥＭＳ的研究情况,研究表明微尺度下一些物理现象与宏观世界的存在差别;论述了ＬＩＧＡ加工、刻蚀技术等微制造技术。总结了国内的研究工作,给出了我国在基础理论、材料、工艺、元器件、测试及微系统等方面的研制情况,并提出发展我国微电机电系统的几点建议。     

微机电系统中凸台-弹性膜结构的力学建模与仿真

为了测试和评定微构件的力学特性,建立了凸台弹性膜结构的力学模型。将凸台弹性膜结构化简为中心带有凸台的无限长薄板条结构,利用板壳理论得出了凸台的弹性模量、厚度和横截面积对弹性膜表面应力分布影响的解析计算公式,并通过有限元分析对计算结果进行仿真验证。理论分析和仿真结果吻合。凸台弹性膜复合结构的等效弯曲刚度与凸台的弹性模量和厚度有关,当凸台的弹性模量和厚度增加时,凸台弹性膜复合结构的等效弯曲刚度增大,可以通过增加凸台的弹性模量和厚度来提高凸台弹性膜结构的强度。该研究为凸台弹性膜结构的优化设计和应用提供了计算方法和设计依据。     

基于微机电系统传感器的杆塔倾斜度无线监测系统

提出一种新型的基于微机电系统(micro-electro-mechanical system,MEMS)传感器的杆塔倾斜度无线监测系统.硬件设计选用STM32F103CT86为控制器,以BMI160、AK8963为传感器,STM32通过四元数卡尔曼滤波算法对传感器数据进行解算、融合,得到杆塔的倾斜角,通过试验与三轴姿态...     

基于MATLAB的OFDM系统设计与仿真

OFDM技术因能大幅提升通信系统的信道容量和传输速率、有效抑制多径衰落和抵抗码间干扰,成为无线通信的核心技术。基于LTE系统物理层所使用的OFDM技术,分析子载波正交性原理和调制过程,基于Simulink构建了一个OFDM系统用于仿真。在搭建好系统后通过改变信道编码模块来模拟不同信道编码方式,通过对误码率的观察得到结论:众多信道编码方式中能使系统误码率最低的是LDPC编码,将其广泛应用于OFDM通信系统后可使系统性能更优异。     

基于微机电系统的室内行人航向修正算法

室内环境下的行人导航问题是当前导航领域的研究难点与热点。足绑式微机电系统(MEMS)是行人导航的主要形式之一。针对目前行人导航航向发散的问题,同时避免磁力计引入外部误差,在零速更新(ZUPT)的基础上,研究了磁角速率更新(MARU)的航向修正算法。假定行人处于零速区间时磁场是恒定的,当惯性传感器转动时,磁力计的三维矢量也会相应变化。利用磁场的变化信息作为零速时刻陀螺仪输出角速率的观测值;并通过扩展卡尔曼滤波(EKF)对角速度误差进行补偿,从而限制航向角的漂移。实验结果表明,该算法航向跟踪性强,对航向修正有一定的有效性,其终点定位误差占总路径的0.55%,达到了良好的定位精度。     

基于三维特征的微机电系统器件结构设计方法

提出了一种表面硅微器件结构设计方法，解决了目前微机电系统（MEMS）结构设计中直观性差、工艺难度大等问题．该方法将三维特征建模的设计思想运用到MEMS设计中，在建立三维特征库的基础上实现了器件结构的快速直观设计．通过三维设计软件SolidWorks的用户接口开发的应用程序不仅实现了从器件结构中自动提取掩膜版和工艺流程，而且消除了人工设计掩膜版和工艺流程的繁琐过程．应用实例表明，与传统的通过掩膜版设计MEMS器件结构的方法相比，该方法简洁、高效，更符合设计者所看即所得的思维方式．同时，SolidWorks软件作为开发MEMS辅助设计工具的基础平台，可以省去开发几何造型模块的任务，从而为新一代MEMS辅助设计工具的开发提供了新的思路．     

基于模型的复杂机电系统创新设计

 分析了项目式教学的主要内容及其存在的问题,提出了基于模型的复杂机电系统创新设计方法,建立了基于项目过程模型和设计对象模型的复杂机电系统设计过程模型,并以摩擦磨损试验机创新设计为例对所提出的方法进行应用验证。     

基于AMESim的注塑机电液比例压力—流量系统仿真分析

构建了电液比例压力-流量系统,介绍了系统的调节原理.利用AMESim软件建立了系统的仿真模型,对系统的比例调节特性、保压压力可调特性以及恒压阀弹簧刚度的影响进行了仿真研究.结果表明,该系统能够满足注塑机的工况和节能要求.     

微动力机电系统的发展动态与展望

在阐述微动力机电系统研究意义的基础上,对其在国内外的发展动态及趋势进行了回顾,重点介绍了双区燃烧微涡轮机、微型往复式电力发生器、微转子发动机以及作者研究的微热光电动力系统．这种新型的微热光电系统具有无运动部件、热量利用效率高、制造成本低等优点．最后论述了微机电动力系统研究中面临的主要挑战,并重点总结了需要解决的一些基础问题．     

微机电系统技术及其应用

微机电系统是一个新型的多学科交叉的研究领域 ,具有广阔的应用前景。在概述微机电系统发展状况的基础上 ,归结分析了微机电系统在组成结构及特征、材料特性及加工工艺、力学行为等方面异于宏观机械的一些新特征 ,并对微机电系统的主要应用领域进行了讨论。     

基于ANSYS的圆盘型压电振子驱动器的仿真分析

阐述了圆盘型压电振子驱动器的工作原理,并对驱动器的结构进行设计.对驱动器进行有限元建模,再进行模态分析,求出系统的固有频率为225.12 Hz.再对其进行频响应分析,分别绘制出位移和电压、位移和频率之间的关系曲线图.研究表明,系统的位移输出量和激振电压、频率有关,在固有频率状态下,位移输出量达到最大.     

基于超磁致伸缩材料的驱动器设计及磁场仿真

基于超磁致伸缩材料的工作原理,设计了具有微位移可控特性的驱动器。为了探究驱动器内部磁场设计的合理性以及超磁致伸缩驱动器的磁感应强度与激励电流之间的关系,应用ANSYS有限元分析软件对超磁致伸缩驱动器的内部磁场进行仿真。研究结果表明,超磁致伸缩驱动器磁场设计合理;随着电流的增大,超磁致伸缩材料中的磁感应强度也随之增加并且磁感应强度逐渐趋于饱和。