扭转式NEMS执行器的pull-in特性分析

摘要

纳机电系统是一项被认为面向21世纪可以得到广泛应用的高新技术产业，在国防军工、航空航天、医疗工程等领域具有潜在应用，倍受各国政府和专家的高度重视。纳执行器是NEMS(Nano Electro Mechanical System)的核心部分，它既可以为纳机电系统提供动力，也可以成为纳机电系统的操作和执行单元。其中静电驱动的纳执行器是应用最广泛的执行器之一。在扭转式静电纳执行器中，有一种pull-in现象的存在，这种现象是研究静电执行器必须考虑的。
　　在本文中，概述了微纳机电系统的发展方向及应用，介绍了国内外微纳执行器的研究现状。基于扭转式静电纳执行器的集总参数模型，简单介绍了执行器的pull-in现象和机理。接着介绍了忽略Casimir效应下的扭转式静电纳执行器的静态pull-in参数的求解，主要通过力法和能量法研究pull-in现象。然后，在此研究的基础之上，分析了考虑Casimir效应的扭转式静电纳执行器的静态pull-in现象，得出了pull-in失稳现象相关的结果。最后重点研究了考虑Casimir效应的静电纳执行器的动态pull-in现象，对扭转式静电纳执行器在阶跃响应、调制响应下进行理论分析，并运用Matlab数学软件对扭转式静电纳执行器进行分析，得出扭转式静电纳执行器的动态pull-in特性。

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第一章 绪论

1.1微纳机电系统技术的概述

1.2微纳执行器

1.3本论文相关的研究进展

1.4本论文的主要内容及创新点

第二章 静电微执行器的pull-in机理

2.1引言

2.2扭转式微执行器的pull-in现象分析

2.3本章小结

第三章 Casimir效应概述

3.1引言

3.2 Casimir效应的定义及特点

3.3 Casimir效应的研究进展及应用

3.4本章小结

第四章 扭转式静电纳执行器的静态pull-in现象

4.1引言

4.2扭转式纳执行器的理论模型

4.3忽略Casimir效应的pull-in特性

4.4只考虑Casimir效应的pull-in特性

4.5考虑Casimir效应和外电压同时作用的pull-in特性

4.6本章小结

第五章 扭转式静电纳执行器的动态pull-in现象

5.1引言

5.2阶跃信号下的pull-in特性

5.3调制信号下的pull-in特性

5.4本章小结

第六章 总结与展望

6.1工作总结

6.2展望

参考文献

附录 攻读硕士学位期间撰写的论文

致谢