Разработка поведенческой модели сенсора линейного ускорения с двумя осями чувствительности для моделирования в среде Simulink программного пакета MatLab - Статья
Синтез поведенческой модели сенсора линейного ускорения с двумя осями чувствительности в среде Simulink пакета MatLab. Результаты моделирования сенсора в виде переходных процессов и спектрального анализа при реакции системы на внешние воздействия.
Аннотация к работе
Разработка поведенческой модели сенсора линейного ускорения с двумя осями чувствительности для моделирования в среде Simulink программного пакета MATLAB Аннотация: Работа посвящена синтезу поведенческой модели сенсора линейного ускорения с двумя осями чувствительности в среде Simulink программного пакета MATLAB на основе математической модели этого устройства в форме дифференциальных уравнений.Микромеханические сенсоры линейных ускорений (акселерометры) представляют собой один из классов МЭМС, получивших широкое распространение и изготавливаемых по групповым методам изготовления компонентов микроэлектроники и микросистемной техники. В данной статье рассматривается поведенческая модель емкостного сенсора линейного ускорения с двумя осями чувствительности с целью проверки работоспособности синтезируемой МЭМС. Математическая модель движения чувствительного элемента акселерометра в форме уравнений в переменных состояния может быть получена на основе уравнения Лагранжа 2-города и выглядит следующим образом [1, 8]: (1) поведенческий моделирование сенсор линейный где x, y - перемещения чувствительного элемента по осям Х и Y; m - масса чувствительного элемента; ? - коэффициент демпфирования; ?01, ?02 - собственные частоты колебаний чувствительного элемента по осям Х и Y; Fx, Fy - силы инерции; Fel1, Fel2 - электростатические силы; ? - угловая скорость. Силы, действующие на чувствительный элемент, выражаются равенствами [1]: (2) где ах, ау - линейные ускорения по осям Х и Y; N1 - число пальцев подвижного гребенчатого электрода электростатического привода; - относительная диэлектрическая проницаемость воздушного зазора; - электрическая постоянная; h - толщина структурного слоя; d1 - зазор между пальцами гребенок подвижного и неподвижного электродов электростатического привода; UDC - постоянное напряжение; UAC1, UAC2 - переменные напряжения. Изменение емкостей преобразователей перемещений считается по формулам [1, 9 - 11]: (3) где N2, N3 - число пальцев и гребенок подвижных электродов емкостных преобразователей перемещений; l - длина перекрытия пальцев гребенок подвижных электродов емкостных преобразователей перемещений; d2 - зазор между пальцами гребенок подвижного и неподвижного электродов емкостных преобразователей перемещений.Результаты исследований, изложенные в данной статье, получены при финансовой поддержке Минобрнауки РФ в рамках реализации проекта «Создание высокотехнологичного производства для изготовления комплексных реконфигурируемых систем высокоточного позиционирования объектов на основе спутниковых систем навигации, локальных сетей лазерных и СВЧ маяков и МЭМС технологии» по постановлению правительства №218 от 09.04.2010 г.