基于TPWL方法的MEMS热微执行器的热电耦合宏建模.pdf

《基于TPWL方法的MEMS热微执行器的热电耦合宏建模.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第28卷第4期传感技术学报V01．28No．4CHINESEJOURNALOFSENSORSANDACTUATORSApr．20152015年4月ThermoelectricMacromodelingforThermalMicroactuatorUsingTrajectoryPiecewise-LinearModelOrderReductionLlUYing，YUANWeizheng，CHANGHonglong(MOEKeyLaboratoryofMicro／NanoternsforAerospace，NorthwesternPolytechnicalUn&e~，Xi’

2、an710072，China)Abstract：Usingthetrajectorypiecewise—linear(TPWL)method，anonlinearthermoelectricmacromodelingtechniqueforthethermalmicroactuatorispresented．First，consideringthecouplingeffectsbetweenthermalfieldandelectricfieldaswellasthetemperature．dependenceofmaterialproperties．a3Dnonlin

3、earthermoelectricmodelforthethermalmicroactuatoriSestablished．Andthefiniteelementmethod(FEMiSusedtodiscretethespatialderivativesinthethermoelectricmode1．Second．anewlinearizationpointselectionmethod，whichiSbased0naglobalmaximumerrorcontroller．iSemployedtoselectthelinearizationpoints．Final

4、ly，thethermoelectricmacromodelforthethermalmicro．actuatoriSobtainedbyusingtheTPWLmethod．Theaccuracy．efficiencyandexpandabilityofthemacromode1arein-vestigatedbyusingtheexampleofathermomechanicalin—planemicroactuator．Comparedwiththesimulationresultsofthenonlinearfu11．meshedmode1．therelativ

5、eerrorofthemacromodelcanreachto0．036％．Moreover，thesimulationofthemacromodeliSatleast10()timesfasterthanthenonlinearfu11．meshedmode1．Keywords：microactuator；macromodeling；trajectorypiecewise—linear；thermoelectric；nonlinearEEACC：2575D；8380Mdoj：10．3969／j．issn．1004—1699．2015．O4．001基于TPWL方法的ME

6、MS热微执行器的热电耦合宏建模术刘莹，苑伟政，常洪龙(西北工业大学空天微纳系统教育部重点实验室，西安710072)摘要：本文给出了一种基于轨迹分段线性化TPwL(TrajectoryPiecewise—Linear)方法的非线性热电耦合宏建模技术。首先建立了MEMS热微执行器的三维非线性热电耦合模型，并采用有限元方法对其进行空间离散，然后利用新的基于全局最大误差控制的线性化点选择算法获得一组线性化点，最后使用TPWL方法构造MEMS热微执行器的热电耦合宏模型。以平板式热微执行器为例，研究了宏模型的精度、效率及可扩展性。与全模型仿真结果进行比较，宏模型仿真结果的相对误差可

7、达到0．036％，加速比可达到100倍以上。关键词：微执行器；宏建模；轨迹分段线性化；热电耦合；非线性中图分类号：TH703文献标识码：A文章编号：1004-1699(2015)04—0455—07微执行器是微机电系统MEMS(Microelectrome—化设计过程中的仿真工作量，常常需要通过建立器chanicalSystems)的核心部件之一，直接决定整个件的宏模型来降低仿真规模。本文将以热微执行器MEMS的性能。其最基本的工作原理是通过静电驱为例，介绍一种可用于MEMS热电器件的非线性热动、磁驱动、热驱动等将其他能量转换为机械能。其