基于BP神经网络的U型电热微致动器仿真分析

以BP神经网络、随机有限元法为基础,对u型电热微致动器进行了仿真分析．首先利用有限元分析软件ANSYS对u型电热微致动器进行有限元分析得到具体结构尺寸对微致动器最大位移的影响,然后通过建立的BP神经网络来拟合响应与输入之间的关系,根据蒙特卡罗模拟原理获得足够多的样本值对训练后的网络进行误差分析,结果证明本文提出的分析方法是可行有效的．     

面向大流量应用的硅微阀致动器优化设计

设计了一种面向大流量应用的硅微阀流控芯片,基于电热耦合理论对芯片中的V型电热致动器进行了优化设计.通过构建温度分布的优化模型,对硅微阀流控芯片中V型致动器进行了变截面设计,并对优化前后的致动器进行了多物理场模拟.结果表明:与恒定截面V型致动器相比,在致动位移相同的情况下,优化后的致动器所需的最高温升降低了7.14％,且温度和应力分布更为均匀,在保障致动性能的同时提高了热平衡稳定性和结构稳定性.     

微致动器在流动控制中的应用研究

基于MEMS技术,研制了一种微气泡型致动器.对前缘布置有微致动器的三角翼进行了数值模拟和风洞实验,结果表明:微致动器可以改变三角翼前缘的旋涡流状态,扰动边界层,改变三角翼前缘分离涡位置,合理布置微致动器可以获得一定的滚转力矩,利用微致动器可以进行流动控制,进而改变飞行器的动力性能.     

基于新型压电致动器的微隔振平台系统

为实现微隔振平台的自适应控制,设计了具有驱动和传感功能的第三代压电致动器,针对其直接应用于微隔振系统隔振效果不是很理想的现状.从理论上分析了导致结果不理想的原因,提出一种改进方法,通过理论建模分析和试验研究,结果表明:该方法虽然降低了致动器位移增益.但具有较好的隔振效果.     

结构参数对超磁致伸缩致动器动态特性的影响

本文从Terfenol—D棒的线性压磁方程出发,建立了超磁致伸缩致动器（GMA）轴向方向的传递函数动态仿真模型,研究了其主要结构参数,即Terfenol—D棒半径r和长度l、碟簧刚度kF、负载质量MF在对GMA阻尼系数ξ、固有频率f和动态性能指标上升时间tr、调节时间ts、超调量δ的影响。给出了具有优良动态性能的GMA应满足的两个条件,即阻尼系数ξ为0．707和系统固有频率f等于GMA交流驱动频率。最后,根据这两个条件对设计出的GMA进行了结构参数优化,当r=20mm,l=60mm,MF=0．57kg,kF=2000N／mm时,ξ=0．706,f=5680．7HZ,动态性能指标上升时间tr=0．943×10^-5s、调节时间ts=1．29×10^-4s,超调量δ=4％,明显改善了GMA的动态性能和稳态性能。     

偏置磁场对超磁致伸缩致动器输出特性的影响分析

采用Terfenol-D棒作为超磁致伸缩致动器GMA(Giant Magnetostrictive Actuator)的主要材料,研制了有偏置磁场和无偏置磁场两种超磁致伸缩致动器,分析了具有分段式永磁偏置和无偏置致动器的结构及性能.基于安培定律、磁路基尔霍夫定律、叠加原理对致动器的磁场进行理论分析.为进一步分析磁场分布,创建三维模型,利用有限元仿真软件对GMA内部磁场进行分析和比较,仿真结果表明:分段式永磁偏置结构致动器能够达到理想的偏置要求,无磁场偏置的致动器在电流作用下磁场分布更均匀.实验结果表明:超磁致伸缩致动器输出位移和力的大小分别与Terfenol-D棒长度、直径呈正相关,施加偏置磁场能够改善超磁致伸缩致动器的动静态输出特性,提高致动器静态输出位移和力的线性度,消除动态输出位移与输出力的倍频现象,提高其输出精度.     

计算微致动器结构可靠度的新方法

为了解决微致动器结构功能函数不能明确表示的可靠度分析问题,以BP神经网络、响应面法为基础,提出了求解可靠度的几何分析新方法:对神经网络响应面法加以改进并利用其拟合极限状态函数,得到显示的结构功能函数表达式;利用均值波动法对微致动器局部应力最大处进行可靠度分析,求得结构可靠度因子β为3.353.与JC法比较,方法简便可行,为结构可靠度计算问题提供了新的有效的思路和方法.     

微光机电陀螺微致动器设计与有限元分析

提出了一种锆钛酸铅(PZT)薄膜微致动器的结构模型。该致动器采用高d33特性的压电陶瓷材料,用于对空间谐振式微光机电(MOEMS)陀螺微镜进行位移和角度的精确定位。建立了该致动器的简化模型并利用有限元方法分析其驱动能力。结果显示,当采用双层结构的PZT薄膜微致动器时,在外加电压50V作用下,环形PZT位移控制器中心位移可达到0.345μm;十字形角度控制器偏转角度可达3.29″,增加PZT薄膜的层数可以进一步增加致动器对微镜位移和角度的控制能力。通过对仿真结果进行分析可以得出结论,选用多层PZT薄膜材料制成的微致动器能够满足调整微镜位移和角度所需的范围和精度要求。     

刮板式微致动器性能研究

刮板式微致动器,是一种可以实现大位移、步进式MEMS纳米微致动器。结合刮板式微致动器的表面硅加工工艺,考虑支撑梁的反作用力建立了新的理论分析模型,分析了微致动器的临界电压、单步位移以及最大输出位移等几个重要性能参数,将理论模型的计算结果与已有的实验数据以及理论模型作了对比。结果表明,本文理论分析模型的的理论值与实验结果有较好的一致性。     

压电陶瓷微位移器的动态特性改善

介绍一种基于数字ＰＩＤ方法,研制出微机控制系统,实现了压电陶瓷微位移器动态性能的改善,并将其用于精密微动平台,实现平台精密快速进给。     

电热驱动Bimorph微执行器对流系数估算方法研究

随着电热驱动MEMS器件尺寸进一步缩小,传统热对流系数的取值已无法满足微系统分析建模需求。针对电热型Bimorph结构的MEMS微镜驱动器,通过分析其温度分布,并以其平均温度为参考指标建立简单热阻和对流热阻分段模型,推算出微尺度下精确的对流系数,提高了微执行器设计模型的驱动性能。经理论计算和实验测试验证,对流系数值的误差在8.1%以内,满足实际设计需求,验证了该方法的合理性和可行性。     

一种MEMS微结构谐振频率的测试技术

MEMS技术的发展离不开相应的测试技术与装置,建立了一种简单的MEMS微结构动态特性的测试装置,以压电陶瓷为核心的基座激励装置实现对微结构的冲击,以微器件自身的输出作为被测信号.结合MEMS工艺中批量制作的特点,在同一测试装置的同一次测试中安装两种不同尺寸的被测微压电悬臂梁试件,采集两个梁的冲击响应信号及它们的联合输出信号,通过FFT频谱分析,比较三种情况下的频谱分析结果并提取出梁的固有频率,采用对比测试的方法获得压电微悬臂梁的谐振频率.试验结果与理论分析一致,该方法具有测试装置简单、实用性强等特点.     

电热分析研究的现状与展望

随着IC工艺进入纳米工艺时代,集成度与工作频率的增加,伴随性能提高的是不断增加的芯片功耗.高功耗的直接后果是产生了高供电电流和高功耗密度,而过大的供电电流降低了供电网络的供电电压;过大的功耗密度升高了内核温度,反过来又会增加电路时延,降低芯片的性能.所以在芯片设计中,必须对芯片功耗、供电网络、3D热分析进行快速而精确的电热分析;同时,漏电流功耗随工作温度升高而明显增加所造成的电热耦合效应,以及纳米工艺所带来的较大工艺参数变化,都提高了电热分析的难度.文中给出了电热参量(功耗、供电电压和内核温度)分析的重要性与研究现状,展望了纳米工艺下日益显著的工艺参数变化对电热分析所带来的挑战.     

直驱型机电作动器建模与动态特性分析

机电作动器作为飞行控制系统的关键执行机构,其性能对系统输出动态响应具有重要影响.根据直驱型机电作动器的结构组成,建立包含永磁同步电机控制和行星滚柱丝杠非线性因素的系统仿真模型.研究了“id=0”电流矢量控制下的系统阶跃响应,结果表明：基于永磁同步电机三闭环伺服控制策略的系统在不同位置阶跃信号指令下均具有良好的动态性能.通过与文献的对比,表明该控制策略下的机电作动器仿真模型有效.     

三层多级弯曲磁微执行器设计与研究

吸合效应是许多微执行器都存在固有的不稳定性,基于RFMEMS(射频微机电系统)电容式开关改进(或消除)不稳定性的方法以及多层悬臂梁概念,设计了一种三层多级弯曲磁微执行器,分别用磁动势控制模型和磁通控制模型对其吸合现象进行了研究。仿真结果表明:磁动势控制模型中,当所串联的中磁极厚度h1=0时,漏磁阻对临界吸合角度θPI无影响,θPI为系统最大旋转角度θmax的44%,θPI随h1增大而增大,随漏磁阻减小而减小,并且θPI/θmax存在极限值约为0.724;磁通控制模型中无论是否考虑漏磁阻,h1大小对临界吸合角度无影响,θPI/θmax≈0.723。     

压电折叠梁微执行器的低电压优化设计

采用理论分析和有限元数值模拟相结合的方法,对压电折叠梁微执行器在低电压下工作时的器件结构进行优化设计。首先通过理论分析获得优化的器件结构参数,再通过有限元模拟验证理论分析结果。在器件设计中,通过综合考虑制造工艺、工作条件、器件应用的可靠性,对压电悬臂梁长度、单晶硅层厚度、折叠梁级数,以及工作电压进行折衷优化,获得低电压应用时最佳的器件参数。     

MEMS高量程加速度传感器的动态特性分析

利用霍普金森杆激光干涉冲击试验台对实验室研发的MEMS高量程压阻式加速度传感器进行动态校准;采用两种不同解算方法对实验数据将进行分析处理,求解出该传感器的幅频特性,绘制了对数幅频特性曲线;通过对比两种算法的结果知道,镜像映射法优于FFT算法,其算法简单有效,能直接辨识出系统模型参数和模型阶次。     

常压下工作的微机械陀螺的频率和阻尼特性

对微机械陀螺振动式陀螺的频率和阻尼特性进行了分析和模拟.以设计的一种微机械陀螺为模型,对其驱动和检测方向的阻尼力系数进行了计算,利用MATLAB模拟了阻尼对灵敏度以及频率特性的影响.得出了不仅频率匹配对微机械陀螺的性能有重要影响,而且阻尼匹配也会影响陀螺的灵敏度和频率特性.     

执行机构带宽对动态逆方法的影响及解决方案

本文从理论上分析了执行机构带宽对动态逆闭环控制系统动态特性影响, 发现较低的执行机构带宽会在伪线性系统中引入一个非线性干扰项, 为此提出了两种方法来消除这个非线性干扰项, 一个是采用参考模型的思想设计补偿器提高执行机构子系统的等效带宽, 另一个思路则是直接在非线性反馈项中引入补偿直接对消非线性干扰项. 仿真结果表明, 两类方法都能较好地消除非线性干扰项, 直接补偿方法能精确消除干扰项, 但需要准确动力学模型, 提高等效带宽的方法虽然是近似的, 但能方便地引入自适应算法, 可以抑制执行机构模型参数不确定的影响.     

基于虚拟仿真技术的车架动态响应特性分析

采用ALGOR有限元分析软件对车架进行模态分析,得出了前10阶振型及固有频率。运用二自由度汽车振动模型,建立了系统的运动微分方程并利用Matlab中的Simulink模块对车架的振动情况做出了仿真。利用路面谱仿真得到的路面激励信号作为输入,对车架进行动力响应模拟,得到了车架在典型路面上的动态响应特性,为车架的结构优化提供了理论依据。