微機電系統(tǒng)器件設計綜合與優(yōu)化方法研究.pdf

1、微型機電系統(tǒng)(MEMS)是集微型機構、結構、執(zhí)行器、傳感器與信號處理、電路、通信、電源、接口等于一體的微米級器件系統(tǒng)。MEMS在航空、航天、汽車、航海、醫(yī)療等領域有著廣泛潛在的巨大應用前景。按照預定的性能求解設計參數(shù)稱之為綜合,滿足給定條件并使某些性能最優(yōu)稱之為優(yōu)化。目前國內(nèi)外對MEMS器件的設計綜合和優(yōu)化設計方法研究較少,主要集中為遺傳算法、退火算法等自然模擬算法。這些自然模擬算法分析次數(shù)多,迭代周期長,效率不是很高,有必要根據(jù)MEM

2、S器件的設計綜合和優(yōu)化問題的不同與分析工具研究開發(fā)更為合理有效的設計綜合和優(yōu)化方法。本文致力于研究MEMS器件的設計綜合與優(yōu)化設計方法,主要包括:(1)MEMS器件設計綜合方法研究;(2)MEMS器件優(yōu)化設計方法研究。本文研究成果不僅具有重要學術價值,而且具有重要工程應用意義。
　　 本文的主要工作如下:
　　 (1)MEMS器件的設計綜合新方法研究。目前大多把MEMG器件設計綜合問題轉(zhuǎn)化成基于最小二乘的優(yōu)化問題,并采用

3、自然模擬算法如退火算法、遺傳算法等對MEMG器件進行設計綜合計算,但其計算效率和精度不是很高。本人認為MEMS器件設計綜合問題實際上就是要求設計的MEMS器件性能參數(shù)等于預定數(shù)值,針對MEMS器件設計綜合問題的這種特點本文提出了采用高效的按預定性能直接求解設計方程法對MEMS器件進行設計綜合。同時針對MEMS器件的設計綜合問題構建了適用于MEMS器件的設計綜合程序流程與框架,并采用MATLAB編制了適用于解決設計綜合問題的通用可行的綜合

4、設計程序,為MEMS器件的設計綜合提供了很好的設計綜合手段和軟件工具。
　　 (2)將按預定性能直接求解設計方程法應用于典型的MEMS器件—蛇形彈簧和微諧振器的設計綜合。分析了蛇形彈簧和微諧振器的設計要素,構建了蛇形彈簧和微諧振器的設計綜合數(shù)學模型,基于SUGAR采用按預定性能直接求解設計方程法進行了設計綜合,計算效率和計算結果驗證了本文求解方法的優(yōu)越性。并采用ANSYS進行了建模、分析仿真與驗證。
　　 (3)MEMS

5、器件的優(yōu)化設計新方法研究。為了提高當今大多采用的遺傳算法等自然模擬算法的優(yōu)化效率和優(yōu)化精度,針對MEMS器件的優(yōu)化設計問題特點提出了采用高效的基于敏度計算的導重法對MEMS器件進行優(yōu)化設計。同時針對MEMS器件的優(yōu)化設計問題采用MATLAB軟件開發(fā)編制了通用可行的優(yōu)化設計程序。為MEMS器件的優(yōu)化設計提供了很好的優(yōu)化軟件工具。
　　 (4)將導重法應用于SEMS器件—靜電激勵器和微加速度的優(yōu)化設計中。分析了靜電激勵器和梳齒式微加