【摘要】：納米梁作為納機(jī)電系統(tǒng)(Nano-Electro-Mechanical Systems,NEMS)的重要構(gòu)件,常被用來制作高精度的傳感器。但是,隨著尺寸的進(jìn)一步減小,納米梁在振動(dòng)中容易出現(xiàn)多值、分岔等非線性現(xiàn)象,導(dǎo)致諧振器出現(xiàn)不穩(wěn)定振動(dòng),甚至產(chǎn)生吸合現(xiàn)象,影響其工作穩(wěn)定性。因此,消除振動(dòng)中的非線性影響是納微器件設(shè)計(jì)過程中首要考慮的問題。納微器件的非線性振動(dòng)控制成為納機(jī)電系統(tǒng)的一個(gè)重要研究方向。本文研究了基于隧道效應(yīng)、場(chǎng)效應(yīng)傳感、隧道場(chǎng)效應(yīng)傳感的納米梁非線性振動(dòng)控制,通過理論分析與數(shù)值模擬仿真相結(jié)合的研究方法,分析了影響納米梁非線性振動(dòng)控制的因素。首先,以Euler-Bornoulli懸臂梁為振動(dòng)模型,提出了基于電子隧道效應(yīng)的納米梁非線性振動(dòng)控制方法。隧道效應(yīng)電流具有高靈敏性、高精確性的特點(diǎn),可用于檢測(cè)納米梁的振動(dòng)信號(hào)。應(yīng)用位移和速度電壓反饋控制器,考慮無時(shí)滯和有時(shí)滯反饋兩種情況,建立基于隧道效應(yīng)的納米梁非線性振動(dòng)控制方程,應(yīng)用多尺度方法得到納米梁主共振的幅頻響應(yīng)方程。研究了直流和交流激勵(lì)電壓、控制增益和時(shí)滯等參數(shù)與納米梁振動(dòng)非線性之間的關(guān)系,得到了減弱系統(tǒng)非線性、增強(qiáng)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響因素。其次,研究了基于場(chǎng)效應(yīng)傳感的納米梁非線性振動(dòng)控制。建立含有場(chǎng)效應(yīng)傳感控制的納米梁振動(dòng)微分方程,考慮主共振和三次超諧共振情況,研究了影響納米梁非線性振動(dòng)控制的因素。通過幅頻曲線分析得出,振動(dòng)控制參數(shù)、時(shí)滯反饋參數(shù)、阻尼值、納米梁與極板間的初始距離、柵電壓、源漏電壓等都是影響納米梁振動(dòng)幅值和非線性的因素。在一定范圍內(nèi),振動(dòng)控制參數(shù)、時(shí)滯反饋參數(shù)的變化可以調(diào)節(jié)振動(dòng)非線性項(xiàng)、時(shí)滯非線性項(xiàng)和振動(dòng)阻尼項(xiàng)的大小。通過選擇適當(dāng)?shù)膮?shù),使納米梁的振動(dòng)保持在平衡穩(wěn)定狀態(tài)。最后,考慮主共振和三次超諧共振情況,研究了基于隧道場(chǎng)效應(yīng)傳感的納米梁非線性振動(dòng)控制問題,分析了影響納米梁非線性振動(dòng)控制的因素以及如何通過調(diào)節(jié)各因素對(duì)非線性進(jìn)行有效地控制。研究發(fā)現(xiàn),振動(dòng)阻尼、振動(dòng)反饋控制參數(shù)、納米梁與極板間的距離、外部初始電壓、柵電壓等都對(duì)納米梁的最大振幅和振動(dòng)非線性具有一定的影響。研究表明,納米梁隧道效應(yīng)、場(chǎng)效應(yīng)傳感、隧道場(chǎng)效應(yīng)傳感對(duì)振動(dòng)信號(hào)提取表現(xiàn)出更高的靈敏性和精確性,對(duì)納米梁非線性具有良好的控制作用。在一定范圍內(nèi),通過選擇適當(dāng)?shù)南到y(tǒng)參數(shù)、振動(dòng)控制參數(shù)和時(shí)滯反饋參數(shù)等可以對(duì)振動(dòng)非線性進(jìn)行調(diào)節(jié),將其控制在合理范圍內(nèi),從而實(shí)現(xiàn)對(duì)納米梁非線性振動(dòng)的有效控制。
【學(xué)位授予單位】：山東理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：O322;TN386
【圖文】：

提取的納米梁非線性振動(dòng)控制該勢(shì)壘的量子效應(yīng)，可以用于梁作為振動(dòng)的物理模型，考慮時(shí)進(jìn)行了分析研究，得到納米梁隧響應(yīng)方程。研究了控制增益、時(shí)幅之間的關(guān)系，分析了減弱系制振動(dòng)模型的懸臂納米梁作為振動(dòng)控制研制極板，各連接一個(gè)控制器，分板，控制極板和驅(qū)動(dòng)極板邊界C 、Dx 、Ex 、Fx ，納米梁與極板于采集納米梁振動(dòng)信號(hào)。納米梁

山東理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 第二章 基于隧道效應(yīng)的納米梁非線性振動(dòng)控制隨頻率的變化呈硬式非線性變化趨勢(shì)，振動(dòng)不穩(wěn)定。當(dāng)直流電壓繼續(xù)降至 1.5V 時(shí)，最大振幅減小為 0.28，且系統(tǒng)振動(dòng)趨于穩(wěn)定。隨著直流激勵(lì)電壓幅值由 2.5V 降為1.5V，系統(tǒng)的振動(dòng)幅度逐漸減小，衰減幅度為 50%，振幅峰值點(diǎn)向右偏移的距離減小。由此可得，減小電路中的直流激勵(lì)電壓值可以有效減弱系統(tǒng)振動(dòng)的非線性。圖 2.3 為交流激勵(lì)電壓不同時(shí)的振幅—頻率關(guān)系曲線。當(dāng)交流激勵(lì)電壓為 2.0V時(shí)，系統(tǒng)振動(dòng)不穩(wěn)定，最大振幅為 0.55，振幅峰值點(diǎn)向右發(fā)生偏移，出現(xiàn)多值區(qū)間，系統(tǒng)振動(dòng)表現(xiàn)為硬式非線性振動(dòng)。當(dāng)交流電壓降為 1.0V 時(shí)，最大振幅削減為 0.23，系統(tǒng)的非線性減弱。隨著交流電壓由 2.0V 減小至 1.0V，系統(tǒng)的振動(dòng)幅度隨之減小，衰減幅度為 58%，幅頻曲線偏移幅度減小，系統(tǒng)振動(dòng)趨于穩(wěn)定。由此可得，交流激勵(lì)電壓的降低可以有效減弱系統(tǒng)的非線性。

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本文編號(hào)：2738388