諧振式微靜電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的非線性分析與控制.pdf

1、靜電驅(qū)動(dòng)力作為微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)中一種重要的驅(qū)動(dòng)力與檢測(cè)技術(shù)，被大量應(yīng)用于微泵、微馬達(dá)、微諧振器、加速度計(jì)等微器件中。它具有高靈敏度、精度高、響應(yīng)速度快、容易制造等優(yōu)點(diǎn)。諧振式微靜電驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是MEMS器件中比較典型的機(jī)構(gòu)，也是機(jī)電耦合的關(guān)鍵元件，其動(dòng)力學(xué)特性和控制的研究具有比較重要的理論和實(shí)際應(yīng)用意義。
　　本文針對(duì)諧振式微靜電驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的靜電力和動(dòng)力學(xué)等方面的問(wèn)題深入研究。研究的主要內(nèi)容和結(jié)論如下:
　　1、本文以雙端固

2、諧振式微靜電驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)作為研究對(duì)象。根據(jù)諧振式微靜電驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)與平行板電容器的應(yīng)用特點(diǎn)，研究了系統(tǒng)的靜電驅(qū)動(dòng)力與壓膜阻尼的計(jì)算公式，采用瑞利-里茲法建立了靜電力-位移關(guān)系，基于Lagrangian方程，運(yùn)用能量耦合法，建立了系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)方程。
　　2、運(yùn)用能量守恒方法，分析階躍響應(yīng)時(shí)“吸附”效應(yīng)最大剛度比，得出當(dāng)剛度比小于0.5時(shí)，才能避免“吸附”效應(yīng);運(yùn)用能量守恒的方法，分析階躍電壓響應(yīng)時(shí)“吸合”電壓的大小，并對(duì)比了考慮非線性剛度和

3、不考慮非線性剛度兩種狀態(tài)“吸合”電壓值的大小。研究表明:考慮非線性剛度的“吸合”電壓值比不考慮非線性剛度的“吸合”電壓值略小。
　　3、對(duì)系統(tǒng)的靜電剛度進(jìn)行了研究。研究表明:靜電剛度的大小可通過(guò)調(diào)節(jié)外加電壓來(lái)調(diào)節(jié);研究了交流電壓幅值、頻率和直流偏置電壓幅值對(duì)雙端固諧振式微靜電驅(qū)動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)性能的影響;基于對(duì)系統(tǒng)靜電剛度分析，建立了通過(guò)調(diào)整直流電壓幅值調(diào)節(jié)靜電剛度、使系統(tǒng)“軟化”進(jìn)而處于周期運(yùn)動(dòng)所應(yīng)滿足的靜電剛度條件。