[发明专利]微机电系统的宏模型建立方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种微机电系统(以下简称MEMS)的宏模型建立方法。

背景技术

在MEMS设计中，为了提高仿真速度，实现对器件功能或性能的快速验证，通常对MEMS部件的物理模型，如有限元或边界元模型进行降阶处理，建立能准确反映该部件输入输出特性的降阶模型，这种得到的降阶模型称为宏模型。

MEMS的宏建模建立方法主要有解析法和数值法。

文献“申请号为200410025985.X的中国专利”公开了一种基于解析法的宏模型建立方法“芯核建模方法”，该方法根据经典公式通过手工推导得到描述子系统行为的解析式，这种方法建立的宏模型可参数化，可重用，便于设计迭代，但只适合几何形状规则的部件。

文献“美国MEMS设计软件——CoventorWare，其帮助文档Coventorware 2006 UserManual.Coventor Inc.2006”公开了一种通过数值法建立微变形镜各部件的宏模型的建立过程。他们将微变形镜系统拆分为单端固定梁、惯性质量和电容器三个部件，分别进行静态分析以得到各部件的相应参数，并使用硬件描述语言进行编码建立起各部件的宏模型。这种数值法的宏模型建立方法适用任意几何形状的部件，但是它是基于特定几何拓扑和结构尺寸参数的，无法进行参数化设计。

综上所述，现有技术公开的MEMS系统的各部件的宏模型建立都是仅使用解析法或数值法中的一种。由于解析法和数值法建立的宏模型的兼容问题，使得MEMS系统的宏模型存在不适合复杂几何形状或不能参数化的不足。

发明内容

为了克服现有技术解析法和数值法建立的宏模型不兼容的不足，本发明提供一种微机电系统的宏模型建立方法，通过端口兼容技术，可以实现解析宏模型和数值宏模型的兼容，完成MEMS异构宏模型的建立。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案：一种微机电系统的宏模型建立方法，其特点是包括以下步骤：

(a)确定MEMS系统的拓扑形状和几何参数，建立MEMS系统的物理模型；

(b)按功能或几何形状将MEMS系统的物理模型分解为简单部件和复杂部件；

(c)当物理模型为简单部件时，直接采用解析法建立MEMS系统的宏模型；

(d)当物理模型为复杂部件时，首先获取部件在某个自由度方向上的二阶动力学行为方程，直接使用有限元软件将复杂部件的物理模型离散为具有S个自由度x_i(1≤i≤S)的常微分方程描述的系统，提取部件的质量、刚度、阻尼矩阵，分别记为M、K、D、∈R^S×S，建立部件的二阶动力学行为方程：

Mx..(t)+Dx·(t)+Kx(t)=F(t)]]>

式中，t为时间变量，x(t)∈R^S为节点自由度向量，F(t)∈R^S×1为节点载荷列向量，对于每个节点含有k个自由度的系统，F(t)的结构为：对于在第m个节点的第n个自由度施加载荷向量，

m≤2Sk,n≤k,]]>

将F(t)第(m-1)×k+n行的元素置1，其余元素置0，n只取k个自由度中的一个值；