面向?qū)ο蟮牡湫臀⒔Y(jié)構(gòu)快速建模研究.pdf

1、MEMS器件開發(fā)包括從設(shè)計(jì)要求的提出、設(shè)計(jì)到產(chǎn)品的試生產(chǎn)和測(cè)試運(yùn)行，對(duì)其進(jìn)行建模仿真得到整個(gè)系統(tǒng)的行為特征，能使得MEMS設(shè)計(jì)的一些錯(cuò)誤和不足在其設(shè)計(jì)的早期開發(fā)階段就能發(fā)現(xiàn)。而MEMS仿真的關(guān)鍵是獲取和構(gòu)造合適的MEMS系統(tǒng)模型。MEMS建模仿真融合了包括結(jié)構(gòu)、電子、流體以及數(shù)學(xué)和編程等多個(gè)學(xué)科的知識(shí)，對(duì)于不同物理場(chǎng)的共同仿真，方法之一是通過不同物理場(chǎng)專用仿真器的耦合，通常仿真器的耦合采用互相調(diào)用以及交換數(shù)據(jù)文件的方式，但是每一個(gè)仿真器

2、對(duì)物理域的描述都使用了專門的語言和求解技術(shù)，使得其結(jié)果和算法由一個(gè)物理域轉(zhuǎn)到另一個(gè)非常困難，導(dǎo)致計(jì)算效率的降低。如何實(shí)現(xiàn)在統(tǒng)一的建模環(huán)境下構(gòu)建MEMS直觀、精確、高效仿真模型一直是微結(jié)構(gòu)建模仿真的一大難題。 本論文以典型微結(jié)構(gòu)為研究對(duì)象，為提高建模效率、縮短仿真時(shí)間，實(shí)現(xiàn)MEMS器件模型的統(tǒng)一性，就典型微結(jié)構(gòu)的建模方法展開了系統(tǒng)而深入的研究： (1)為解決微結(jié)構(gòu)模型直觀、描述方式兼容、動(dòng)態(tài)性能解析的高精度要求，提高微結(jié)構(gòu)

3、的建模效率以及計(jì)算速度，借鑒軟件工程學(xué)面向?qū)ο箝_發(fā)技術(shù)，首次提出了面向?qū)ο蟮奈⒔Y(jié)構(gòu)建模方法，對(duì)同種物理域組件以及不同物理域之間的耦合方式進(jìn)行了深入的研究，并考慮到功能組件和端口組件的耦合，解決了多種建模方法的統(tǒng)一問題，并基于一種面向?qū)ο蟮慕ＵZ言對(duì)各種物理域進(jìn)行了定義和描述。 (2)為提高微機(jī)械陀螺建模效率以及模型的再利用，論文在詳細(xì)分析微結(jié)構(gòu)的各物理域基本組件庫(kù)以及功能元件的基礎(chǔ)上，深入探討各種組件建模方法。針對(duì)不同抽象層次的

4、組件具備不同的設(shè)計(jì)方法，增加了模型理想化的靈活性，提供了一種模型精度與計(jì)算時(shí)間的權(quán)衡途徑。同時(shí)，不同物理域和不同抽象層次模型在統(tǒng)一仿真環(huán)境下進(jìn)行仿真，為實(shí)現(xiàn)其多物理場(chǎng)工作環(huán)境的表征、復(fù)雜動(dòng)態(tài)性能的仿真及其結(jié)構(gòu)拓?fù)湫螒B(tài)的設(shè)計(jì)等工程化目標(biāo)提供了可能。 (3)以一種微陀螺為例對(duì)面向?qū)ο蟮腗EMS典型結(jié)構(gòu)建模方法進(jìn)行了說明，分析微陀螺的基本原理及其簡(jiǎn)化的動(dòng)力學(xué)模型，闡述這種微陀螺中存在的基本組件，最后建立在典型MEMS器件一振動(dòng)型微機(jī)械