MEMS器件VHDL-AMS宏模型

随着MEMS集成度的提高,迫切需要有相应的CAD工具进行系统级的设计与模拟,由于MEMS器件的工作原理包含了多种能量的耦合,宏模型的建立成了系统级设计的“瓶颈”。模拟硬件描述语言(如VHDL-AMS)提供了一种有效的方法,即建立起表示MEMS器件动态特性的常微分方程和代数方程(DAE),然后对其描述,形成相应的库单元,利用现有电路分析软件进行系统级模拟。本文介绍了MEMS器件VHDL描述的过程,并给出了横向谐振器描述的例子。

运算放大器的VHDL-AMS模型和仿真研究

VHDL-AMS语言为模拟和混合信号系统设计提供了统一的建模和仿真方法,作为模拟电路中最为通用的单元,运算放大器的VHDL-AMS模型可以划分为输入级、中间级和输出级3个部分。本文在详细分析运放特性的基础上,建立了一个完整而且精确的运放模型。仿真结果显示,运放开环与闭环时的频率响应、输出饱和、转换速率等特性得到了真实的反映。

循环载荷作用下煤岩复合结构宏-细观破坏特征及能量-损伤本构模型

煤炭深部开采过程中,周期性开采扰动行为会使邻近煤层的煤岩复合结构承受循环载荷的作用,因此,研究不同循环载荷作用下煤岩复合试样的力学响应行为及宏-细观失效特征具有重要工程意义。选取3种不同的加(卸)载速率,开展了2种循环加卸载路径下的单轴循环压缩试验(同步测定声发射信号),分析了煤岩复合试样的损伤失效特征;基于能量耗散原理,构建了煤岩复合试样在循环载荷作用下的能量-损伤本构模型,最后结合试验实测数据进行验证。结果表明:加(卸)载速率与复合试样的峰值强度呈正相关,当加(卸)载速率从0.05 mm/min增大到0.15 mm/min时,恒定下限逐步循环加卸载路径(路径I)、变上下限等幅循环加卸载路径(路径II)下,试样的峰值应力分别增加了22.44%和28.89%;高加(卸)载速率下,试样的内部裂纹扩展越快,煤岩复合试样中煤组分的破碎程度加剧,分形维数随之增大,试样的内部裂纹扩展越快;随着加(卸)载速率的增大,煤组分中沿基质破坏增多。循环分级跨度大的路径(路径I)有助于试样内部的应力传递,为试样内部裂纹的发育提供了有利条件,导致对应试样的破坏程度更高。试验曲线和能量-损伤本构理论曲线具有较强的一致性,表明所建的能量-损伤本构模型能够很好地描述煤岩复合试样在循环加卸载过程中的变形行为。

基于改进灰狼算法的宏微复合驱动器磁滞模型的参数辨识

精确辨识磁滞模型参数是保证宏微复合驱动器位移跟踪精度的关键,针对传统灰狼算法(GWO)存在局部最小值和求解精度不高的缺陷,文章提出一种改进的灰狼算法(TGWO)。通过Singer混沌映射优化了灰狼个体的初始位置,以增加种群多样性;采用非线性收敛因子策略提高了局部开发度和全局搜索度;在种群位置迭代更新中引入动态权重更新和自适应更新策略。通过仿真和实验表明:该算法能有效可靠地辨识宏微复合驱动器磁滞模型的参数,平均相对误差为4.6%,拥有更高的精度和收敛性。

基于Rasch模型的初中生化学“宏微符”三重表征水平研究

“宏微符”三重表征水平对初中生形成基本化学观念和发展科学思维具有重要作用。对初中生化学“宏微符”三重表征水平进行建构,基于Rasch模型开发测评工具进行实证研究。数据表明,性别会带来初中生化学“宏微符”三重表征水平的显著性差异;不同人口学变量的初中生化学“宏微符”三重表征水平具有显著性差异,且在具体水平表现上各具特点;初中生化学“宏微符”三重表征水平与学业成绩呈显著性正相关。

应用于FeRAM设计的铁电电容宏模型

本文结合实际铁电存储器的基本电路单元和读写原理,基于Preisach理论和铁电电畴矫顽电压概率密度函数一维分布近似提出了用于电路仿真的铁电电容宏模型。模型采用与spice兼容的Verilog-A语言实现,能够准确描述铁电电容的非饱和滞回特性,以及电压任意变化时的铁电电容变化。模型仿真结果与实验数据符合良好,可为铁电存储器(FeRAM)设计提供可靠的参考。

干湿循环脆性岩石直接拉伸断裂的宏细观力学模型

针对三峡库区消落带等长期处于干湿循环条件下导致岩石损伤破坏的工程问题,探究在干湿循环和直接拉伸荷载共同作用下,脆性岩石的宏细观断裂力学特性这个难点问题。由于干湿循环条件下的直接拉伸试验较难实现,考虑干湿循环与直接拉伸荷载作用的宏细观力学关系模型非常欠缺。基于断裂力学理论方法,结合干湿循环试验研究方法,提出了一种干湿循环条件下脆性岩石直接拉伸断裂的宏细观力学模型。该模型是在考虑了干湿循环次数n与含水率ω对断裂韧度K_(IC)和初始损伤因子D_(0)综合影响的基础上,结合岩石初始细观裂纹损伤与裂纹断裂韧度的直接拉伸细观裂纹扩展力学模型建立的。对比分析抗拉强度、裂纹扩展极限长度l_(lim)、弹性模量、岩石劣化损伤的理论与试验结果,验证了模型的合理性。讨论了初始裂纹倾角φ、材料常数β等参数影响下,裂纹启裂应力及峰值应力随干湿循环次数n的变化规律。对比分析了干湿循环和单独含水条件对岩石劣化度力学特性的影响。

面向MEMS系统级仿真的宏模型研究

典型微机电系统由受多能量域约束的功能器件与集成电路信号处理元件构成,具有多物理场耦合的特点。利用宏模型进行快速的系统级仿真分析是求解耦合MEMS静、动态行为的有效方法。对目前建立MEMS器件宏模型的方法做了系统总结,重点介绍了基于伽辽金思想的基函数叠加和基于有限元方程的矩阵子空间投影等数值宏建模方法,比较了各种方法的优缺点并给出了不同方法的适用条件和选择原则,讨论了目前系统级仿真面临的主要难点并提出了未来宏建模方法的发展方向。

用于电力电子系统暂态过程分析的晶闸管宏模型

提出了一个实用的晶闸管ＰＳＰＩＣＥ宏模型，能够描述晶闸管的正、反向恢复过程，模型参数可以方便地从产品手册中得到。该模型可用于包含晶闸管的电力电子系统的暂态过程仿真。

一种简化晶闸管宏模型及其在暂态分析中的应用

提出了一个简化的晶闸管PSPICE宏模型 ,它对于晶闸管正反向恢复特性的描述物理概念明确 ,结构简单 ,且模型参数可以方便地从产品手册中得到。

梳齿谐振器宏模型的系统级应用

宏模型的获取是由Krylov子空间投影法结合器件级有限元分析的宏建模方法来实现,利用此模型和基于可重用IP设计思想的系统级组件建模方法建立由VHDL-AMS语言描述的梳齿谐振器系统级模型,在华大VDE仿真平台上搭建出了梳齿谐振器的系统模型,并进行一系列的仿真,包括时域阶跃、交流电压信号仿真和频域交流小信号仿真,仿真结果与商用仿真工具ANSYS仿真结果保持良好的一致.

用晶闸管宏模型分析换流阀内电压分布特性

晶闸管器件性能和缓冲电路参数会影响换流阀内电压分布特性。在晶闸管断态情况下进行换流阀电路参数选择,其结果明显具有局限性。用考虑二次效应、温度特性和反向恢复过程的晶闸管宏模型,对换流阀内的一个晶闸管模块与饱和电抗器的串联电路进行了动态仿真,分析了晶闸管器件参数分散性和缓冲电路参数对换流阀内电压分布特性的影响;同时还考虑了换流器换流时换流阀内电压振荡特性。

高压直流输电用可控硅宏的模型

考虑温度特性和反向恢复过程后建立了可控硅器件宏模型以仿真高压直流输电用可控硅模块暂态特性。分析了器件参数分散性对可控硅端电压分布的影响。结果表明 ,此模型能全面地仿真可控硅动、静态特性 。

基于操纵子学模型的5自由度宏-微精密机械手运动的映射关系

针对宏-微机械手末端位姿、位置准确度的误差问题,受细胞学操纵子学说的启发,提出了基于操纵子模型的宏-微精密机械手运动的映射关系,研究精密机械手运动的影响因子和细胞学中的操纵子模型,分析机械手精密运动影响因子的影响方式和操纵子模型的结构组成及其工作机理,结合操纵子模型的工作机理,分析宏-微机械手的控制系统,在此基础上,求解机械手精密运动控制系统的操纵子模型,考虑在几何因素的影响下,得出机械手末端位置在影响因子前后的误差值,通过基于粒子群算法的比例-积分-微分(Proportional-integral-differential,PID)控制器对误差结果进行优化,得出基于时间乘绝对误差积分准则(Time multiplied by the absolute error integral,ITAE)的粒子群算法(Particle swarm optimization,PSO)变化曲线和PID最优的控制参数。结论表明由映射关系推导出的控制系统能够满足一定的精度要求,并能进一步提高机械手的运动精度,为生物控制在机器人中进一步的创新研究提供了理论基础和依据。

一个改进的用于铁电存储器设计的铁电电容宏模型

从描述铁电电容的P V滞回特性出发 ,本文在ZSTT宏模型的基础上提出了一个改进的铁电电容宏模型 ,并成功利用此模型对铁电存储器 (FeRAM)进行了电路优化和电路模拟 .最后将试图对此模型做进一步的推广 。

一种实现导纳矩阵宏模型无源性的快速方法

传统的二次规划方法使用不等式约束,并利用数值优化来补偿无源性违背,仿真时间很长.针对上述问题,提出了一种新的二次规划方法来实现宏模型的无源性.该方法在二次规划方法的基础上,用等式约束代替不等式约束,采用拉格朗日乘数法进行优化.由此优化算法所产生的线性系统通过Krylov子空间方法进行求解,可以充分利用矩阵的稀疏性,从而使求解时间大大减小.同时还给出了无源性违背的频率选择策略.实验表明,该方法的仿真时间小于传统二次规划方法的1/10.

无黏结材料颗粒流模型的宏细观参数关系研究

基于颗粒流(PFC2D/3D)模型的细观离散元方法是近些年来兴起的一种新的岩土数值计算方法,在岩土工程非连续介质领域中发挥着重要作用,但由于该类模型宏细观参数关系的复杂性,使其在实际工程应用中受到限制。在前人研究的基础上,以无黏结颗粒材料为例,采用4因素3水平正交试验方法设计了9类试样,并各自在3种侧压下进行双轴试验,以探求细观参数不同组合对介质宏观特性的影响,从而避免了控制变量法固定某些参数的局限,更加科学地分析了细观参量对宏观特性影响的敏感程度,并据此提出该类材料宏细观参数匹配的调整原则。最后利用人工神经网络实现了该类材料宏细观参数之间的互演计算,以供PFC模型在实际岩土工程计算时参考。

铁电液晶光寻址空间光调制器响应速度的宏模型研究

将铁电液晶(FLC)的本征电路模型扩展到以FLC为调制层,a Si∶H为光敏层的光寻址空间光调制器(OASLM),建立了FLC OASLM的宏模型。用电路方法模拟了控制光强度以及外部激励信号的特征参数对FLC OASLM响应速度的影响。模拟结果表明,FLC OASLM的响应速度随写入光强度和激励信号幅度的增大而加快,随擦除光强度和激励信号频率的提高而减慢。同时,激励信号存在一个上界频率,当频率参数取值超过界值时,响应峰值迅速下降。

变压器类设备无源高频宏模型建模方法

评述了变压器类设备在雷电过电压和特快速暂态过电压(VFTO)作用下基于黑盒原理的无源高频宏模型(Macromodel)的建立方法、研究现状和存在的问题。首先给出了宏模型的定义和基于黑盒原理的宏模型的建立方法,然后就该方法在"网络函数获取"、"无源电路实现"和"模型阶数缩减(Model Order-Reduction)"等3个方面进行了讨论,最后给出了本课题组现阶段的部分研究成果,并指明了研究方向。

钢筋宏电池腐蚀锈坑尺寸的二维模型

钢筋混凝土耐久性研究中有关钢筋锈蚀量计算的现有模型或是针对钢筋横截面损失率(含锈蚀深度)或是只给出了阴阳极电流密度(腐蚀速度)的计算公式.这样的结果对常规静载作用下的钢筋混凝土构件是可信的,但当结构构件承受的是疲劳荷载时,这些结论公式是否仍然可用有待深入的研究.本文对混凝土中的钢筋经受宏电池(局部)锈蚀并因此产生局部锈坑的描述方法进行了研究,提出了钢筋宏电池腐蚀锈坑尺寸的二维模型.