《微機電系統的建模、分析與操控》是依託華南理工大學，由姚智偉擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：微機電系統的建模、分析與操控
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：姚智偉
- 依託單位：華南理工大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
微機電系統的成熟發展和套用要求微機電器件具備更先進的功能和更優良的性能。因此，關於微機電系統的建模和最佳化控制的研究尤為重要。本項目是申請人基於微機電系統領域的堅實研究基礎，探索和深入理解MEMS微鏡和CMUT等微機電系統內部機理特性，研究和拓展非線性控制理論在MEMS微鏡和CMUT等微機電系統上的套用，給出實現提高微機電系統魯棒性、暫態和穩態性能的非線性控制系統設計方案。本項目擬解決的關鍵科學問題包括MEMS微鏡和CMUT系統的精確數學建模和分析,靜電/電磁驅動MEMS微鏡和CMUT系統的下拉動態最佳化研究及其非線性反饋閉環控制。研究目標是探索MEMS微鏡和CMUT等微機電系統建模和非線性控制的體系化理論，探索利用非線性控制提高基於MEMS微鏡和CMUT微機電系統的醫學成像設備辨識精度的機理。
結題摘要
本項目探索和深入理解微機電（MEMS）微鏡和電容式超聲換能器（CMUT）等微機電系統的內部機理特性，研究和拓展非線性控制理論在MEMS微鏡和CMUT等微機電系統上的套用，給出實現提高微機電系統魯棒性、暫態和穩態性能的非線性控制系統設計方案。 項目所取得的主要成果包括： （1）以帶側面電極2維靜電驅動MEMS扭轉微鏡和電磁驅動MEMS扭轉微鏡的動力學模型作為研究對象，結合基於MEMS微鏡的光開關和成像等領域的實際性能要求，以滑模控制理論為基礎設計控制器提高MEMS扭轉微鏡的暫態回響、掃描定位精度和實現精確跟蹤掃描控制。 (2) 根據CMUT的結構特點，利用有限元分析軟體ANSYS 15.0建立了CMUT的三維簡化有限元模型，對模型進行了改善，考慮了頂部電極對薄膜形變的影響，並且對改進後的模型進行了模態分析，研究了結構的固有振動頻率。同時，基於建立的CMUT模型，利用滑模控制算法改善CMUT器件的抗干擾性能等。 隨著微機電系統(MEMS)的發展，MEMS扭轉微鏡和CMUT器件在光開關、高清晰顯示、光學相干斷層掃描、數字投影和條形碼掃描等領域具有極好的套用前景。本項目的研究對提高基於MEMS微鏡和CMUT微機電系統的醫學成像設備辨識精度的機理具有重要意義。 項目組在Micromachines、Sensor、Nonlinear Dynamics、Journal of Micromechanics and Microengineering等國內外重要期刊發表論文9篇。相關工作獲3M Nano國際會議優秀學生論文提名獎（2014）及關肇直優秀張貼論文獎（2015）。
