MEMS系统级设计与基于多端口组件网络的建模方法

MEMS的系统级设计对保证其整体综合性能和合理开发MEMS产品至关重要.针对MEMS的多能量域耦合、多信号混合的特点以及能量非保守等特殊要求,提出了基于多端口组件网络的MEMS系统级建模方法--采用多端口组件表示MEMS的功能结构部件,组件与组件通过端口联成网络表示整个系统;用统一规范化的微分代数方程表征并用硬件描述语言表述多端口组件.针对梁等具体的MEMS功能结构部件,采用宏建模方法确定其行为方程,从而得到有特定物理意义的、可供重用的组件模型.最后,给出了微加速度计的基于多端口组件网络方法的系统级设计示例.     

MEMS系统级设计与基于多端口组件网络的建模方法

MEMS的系统级设计对保证其整体综合性能和合理开发MEMS产品至关重要。针对MEMS的多能量域耦合、多信号混合的特点以及能量非保守等特殊要求，提出了基于多端口组件网络的MEMS系统级建模方法——采用多端口组件表示MEMS的功能结构部件，组件与组件通过端口联成网络表示整个系统；用统一规范化的微分代数方程表征并用硬件描述语言表述多端口组件。针对梁等具体的MEMS功能结构部件，采用宏建模方法确定其行为方程，从而得到有特定物理意义的、可供重用的组件模型。最后，给出了微加速度计的基于多端口组件网络方法的系统级设计示例。     

微机电系统基于端口的多领域建模和仿真

微机电系统是典型的多领域复杂系统,需要一种能够将复杂组件和子系统紧密集成跨领域的通用建模和仿真方法.介绍了微机电系统设计和仿真的现状,给出了基于端口的多领域建模概念,分析了其建模基础和基于VHDL-AMS、键合图和线图的实现方法,并给出了组件层次仿真的实现方法.分析表明,基于端口的建模实现了多领域物理现象的统一描述,并通过界面与实现的分离,实现了自上而下的层次化建模,可用一种仿真语言和仿真器实现整个MEMS系统的建模与仿真.     

机电一体化设计基于VHDL-AMS的多刚体系统建模与仿真方法

机械多体系统动力学建模与仿真是机电一体化集成设计中的难点,通常的作法是采用计算多体系统动力学专用软件建模,求得DAEs形式的运动方程后再转化为集成环境中的统一建模语言.本文采用基于端口的建模模式,构造了基于多端口组件的多刚体系统动力学计算模型,并具体阐述了各组件行为模型的VHDL-AMS描述,从而将多刚体系统纳入基于VHDL-AMS的集成设计和仿真环境中.该文最后,用一个实例进行了具体说明.     

基于系统级诊断理论的卫星网络故障诊断

本文将系统级诊断引入到卫星网络的故障诊断领域.针对卫星可以具有多个通信方向且可以部分通信失效的特性,提出了一种新颖的卫星网络建模方法——双层节点图,设计了基于广播的卫星网络系统级诊断方案,并对其通信开销进行了理论分析.测试中充分利用了卫星广播和一对多的通信模式,使本方案不但适用于任意类型的网络拓扑,而且可以节省通信量.仿真结果表明诊断的通信开销随网络中可通信端口数量的减少而下降.     

SystemC在Turbo码实现和验证中的应用

在简述System C的设计方法和流程的基础上,针对SystemC在硬件芯片系统级设计和寄存器传输级设计的特点,以Turbo编码器为对象和开发目的,研究了SystemC基于寄存器传输级设计的可实现性,利用SystemC的模块化功能,通过分析Turbo编码器的结构与信号流图,进行建模仿真直到最后完成划分硬件模块与编程并在FPGA完成其实现与验证,充分证明了SystemC完全适用于基于寄存器传输级设计的IC应用.此外,此设计将系统级设计与寄存器传输级设计的工作合二为一,大大节省了开发的流程时间.     

基于部件库的MEMS设计方法

针对当前MEMS设计工具中机械性能评测不充分的问题 ,提出了基于部件库的MEMS设计方法 ;介绍了部件及部件库的概念和基于部件库的MEMS设计环境的总体结构及关键技术。完成了各关键技术的攻关 ,并建立了一个原形系统。     

基于SysML的飞控系统模型重用技术

针对飞控系统建模中的模型重用问题,改进面向虚拟样机的系统分析和描述方法,提出一种基于系统工程建模语言(SysML)组件(BSC)的飞行控制系统虚拟样机模型重用方法,即"部件、结构;行为、过程"(US-BP)方法;以某型四旋翼无人机为例,说明了飞控系统虚拟样机支持模型重用的实现方式,即基于SysML组件与Simulink组件的仿真设计与实现方法。本文为飞控系统建模与仿真领域中的模型重用提供了重要的技术途径。     

基于部件库的 MEMS 设计方法

针对当前MEMS设计工具中机械性能评测不充分的问题,提出了基于部件库的MEMS设计方法;介绍了部件及部件库的概念和基于部件库的MEMS设计环境的总体结构及关键技术.完成了各关键技术的攻关,并建立了一个原形系统.     

基于部件库的 MEMS 设计方法

针对当前MEMS设计工具中机械性能评测不充分的问题,提出了基于部件库的MEMS设计方法;介绍了部件及部件库的概念和基于部件库的MEMS设计环境的总体结构及关键技术.完成了各关键技术的攻关,并建立了一个原形系统.     

System level simulation of a micro resonant accelerometer with geometric nonlinear beams

Geometric nonlinear behaviors of micro resonators have attracted extensive attention of MEMS (microelectro-mechanical systems) researchers, and MEMS transducers utilizing these behaviors have been widely researched and used due to the advantages of essentially digital output.Currently, the design of transducers with nonlinear behaviors is mainly performed by numerical method and rarely by system level design method.In this paper, the geometric nonlinear beam structure was modeled and established as a reusable library component by system level modeling and simulation method MuPEN (multi port element network).A resonant accelerometer was constructed and simulated using this model together with MuPEN reusable library.The AC (alternating current) analysis results of MuPEN model agreed well with the results of architect model and the experiment results shown in the existing reference.Therefore, we are convinced that the beam component based on MuPEN method is valid, and MEMS system level design method and related libraries can effectively model and simulate transducers with geometric nonlinear behaviors if appropriate system level components are available.     

BPNN辅助KF的MEMS陀螺仪数据处理方法

针对微机电系统(MEMS)陀螺仪数据误差建模不精确或无法给出模型的情况,提出了误差反馈（BP）神经网络辅助卡尔曼滤波对陀螺仪数据进行降噪处理的方法。分析卡尔曼滤波器的系统噪声方差Q矩阵可知,当模型不精确时可通过Q补偿。基于BP神经网络优化Q值原理,首先把采集到的MEMS陀螺仪数据输入卡尔曼滤波器得到Q;再把新息、滤波增益、量测噪声方差输入神经网络,把Q作为神经网络的输出,神经网络优化系统噪声协方差矩阵得到Q*;最后将Q*作为卡尔曼滤波算法系统噪声方差矩阵。实验结果表明,在建模不精确的情况下该方法也能有效提高陀螺仪的精度。     

Finite Element Simulation of Frequency Response of MEMS-Microphone

The frequency response of a MEMS microphone is largely dependent on the design and size of the package. The location and size of the acoustic port, the dimensions of the front and back chamber, and the packaging material are of key importance. In this paper we present the results of calculating the frequency response of a MEMS microphone obtained by finite element modeling (FEM) for two main types of packaging with different positions of the acoustic port. The simulation results are analyzed and compared to the measured frequency response of the MEMS microphone.     

多层梁机电耦合系统的等效电路宏模型

实现MEMS器件系统级模拟的关键是建立其宏模型。由单层梁构成的机电耦合系统的等效电路宏模型 ,已做过深入的研究 ,但实际的MEMS器件通常都是多层的 .本文提出了一种基于力 电压 (F V)类比的、适用于由多层梁构成的机电耦合系统的等效电路宏模型 ,该模型可进行小信号时域和频域分析 ,能为多层梁机电耦合系统的设计带来很大的方便。模拟结果表明 ,该模型具有较高的精度     

Simulation of AC spacecraft power systems

A technique is presented for modeling and simulating AC spacecraft power systems by combining all component models into an overall system model. Each component in the spacecraft power system is treated as a two-port network. A state model is written for each two-port network with the port voltages as the inputs. Each component state model is solved independently using the state transition matrix approach and assuming that its inputs are constant. The inputs to all components are then calculated using network analysis principles. As an example, a 20 kHz system is simulated using this approach, and the results are compared with those of a SPICE2 simulation     

A low-loss single-pole six-throw switch based on compact RF MEMS switches

A low-loss single-pole six-throw (SP6T) switch using very compact metal-contact RF microelectromechanical system (MEMS) series switches is presented. The metal-contact MEMS switch has an extremely compact active area of 0.4 mm /spl times/ 0.3 mm, thus permitting the formation of an SP6T MEMS switch into the RF switch with a total area of 1 mm/sup 2/. The MEMS switch shows an effective spring constant of 746 N/m and an actuation time of 8.0 /spl mu/s. It has an isolation loss from -64.4 to -30.6dB and an insertion loss of 0.08-0.19 dB at 0.5-20 GHz. Furthermore, in order to evaluate RF performances of the SP6T MEMS switch, as well as those of the single-pole single-throw RF MEMS series switch, we have performed small-signal modeling based on a parameter-extraction method. Accurate agreement between the measured and modeled RF performances demonstrates the validity of the small-signal model. The SP6T switch performed well with an isolation loss from -62.4 to -39.1dB and an insertion loss of 0.19-0.70 dB from dc to 6 GHz between the input port and each output port.     

电网络模型的动力系统模拟应用研究

根据相似原理建立了电系统与其他系统的对应原则,进行了动力系统的电方法分析应用研究。在弹簧机械系统的分析中,建立了相应的电网络拓扑结构,实现了该系统的电网络建模及仿真计算。通过对某段选定的血管拓扑结构建立实现了其电网络建模研究分析。根据电网络方法和工程热力学在某些本质方面的一致性,描述了以热力学参数为描述对象的端口网络和’相应模型。说明了电网络模型可以成为能流系统的通用处理工具,在非电系统的分析优化中将有着广泛的应用前景。     

基于MFFAKF的微惯导磁匹配粗对准方法

针对微机电系统(MEMS)陀螺仪精度低,无法完成惯导系统方位对准的问题,该文提出一种采用加速度计与磁强计输出完成MEMS惯导系统粗对准法。同时针对遗忘卡尔曼滤波法的缺点,提出将一种多遗忘因子自适应卡尔曼滤波法(MFFAKF)引入系统的对准方案中。该方法通过基于指数渐消记忆的方式计算量测噪声方差阵,并采用多遗忘因子调节不同的滤波通道。实验结果表明,采用MFFAKF得到的粗对准航向角精度满足MEMS惯导系统粗对准要求。