基于风致振动机理的压电发电机实验及仿真研究

随着低功耗微机电系统的发展，越来越多的微型发电机涌现，其中压电发电机为典型的代表。针对一种基于风致振动机理的柔性压电发电机进行了实验及仿真研究：建立柔性悬臂梁流固耦合仿真模型，分析柔性梁在流场中的力学环境及颤振机理；探究压电悬臂梁在亚颤振临界风速及超颤振临界风速条件下电压输出特性及其给电容充电的性能。结果表明，当风速低于颤振临界速度时，单个压电悬臂梁输出电能较小，接近于零。当风速高于颤振临界速度时，输出电压为类正弦曲线，峰值可达20V。在超颤振临界速度条件下，单个压电悬臂梁为10μF电容充电10s可达22V。微型压电发电机为低功耗微机电系统设备供电成为可能。     

支持MEMS的CAD/CAE系统结构研究

CAD/CAE技术在MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)研究过程中具有非常重要的作用.本文首先介绍了用于MEMS的CAD/CAE技术特点,然后研究了MEMS CAD/CAE系统结构,给出了软件支持工具结构框图,指明了解决其中关键技术的途径.CAD/CAE技术的应用,将提高微型机电系统的设计质量,缩短研制周期,使之及早走向工业化.     

基于微机电系统技术的微推进器发展简析

随着微小卫星技术的发展和应用领域的不断扩大,对微推进系统提出了越来越迫切的需求。由于微小卫星具有体积小、质量轻、转动惯量小等特点,为精确实现其轨道调整、引力补偿、位置保持、轨道机动和姿态控制等操作,必须开发出具有高集成度、低功耗、小推力和微冲量等特点的微推进器。传统微电推进、微冷气推进和微激光等离子体推进等方式因体积和质量过于庞大而不再适用,而以微机电系统技术为基础的新型微推进器既可满足要求,又可显著降低量产成本,成为各航天大国的研究热点。     

微胶接装配中胶接区表面结构实验

微胶接技术非常适用于微机电系统产品的自动化装配过程.微胶接装配质量容易受到2个因素的影响,即胶滴体积的不稳定和胶滴的扩散.为了解决该问题,对微胶接装配中的胶接区表面结构进行了研究.提出2种表面结构:基本的凹槽结构和胶滴自居中结构,并进行实验.实验结果表明,凹槽结构对胶滴体积具有一定的"容错性",可以有效克服胶滴体积的不稳定和胶滴的扩散对微胶接装配质量的影响;自居中结构使得胶滴在凹槽内具有"自居中"的特性,可以减轻微装配系统定位误差对装配质量的影响.这2种表面结构可用于通用微机电系统产品的装配中,以提高微胶接装配的质量.     

微小型导弹:身材小威力大

正近年来,随着反恐等低烈度军事行动对打击低价值目标需求的增长,微小型导弹应运而生并成为发展的新热点,微感知、微处理、微控制、微动力、微集成等微系统技术的进步,为微小型导弹快速发展不断注入新的动力。目前,微小型导弹发展成果主要出现在美国,其中,美国的长钉导弹、长矛导弹、微型直接碰撞杀伤导弹等,在弹体尺寸、制造成本、作战能力等方面都展现出明显优势,成为精确制导武器发展的一个新方向。     

国外MEMS陀螺及组合力学环境适应性技术研究进展

针对工程使用过程中，振动、冲击和过载等力学输入造成微机电(Micro-Electro Mechanical System, MEMS) 陀螺及组合性能恶化的问题，对国外MEMS陀螺及组合力学环境适应性技术研究进展进行了梳理。从敏感结构、封装体、器件/系统层级，设计、加工工艺、封装和系统集成等角度，介绍国外主流的力学环境适应性技术方法，为国内相关技术的研究提供参考。     

通过平台载荷应用一体化技术创新实现微纳卫星精而强

近年来,随着微电子技术和信息领域的迅猛发展,国内外已相继研制发射数百颗微纳型技术试验卫星,并提出了众多微纳卫星创新应用概念,微纳卫星正面临从技术试验型向业务应用化发展的转折点。未来,基于微纳卫星大规模编队组网运行的信息获取和遥感大数据处理应用将成为卫星遥感系统技术发展的重要方向,也将成为高性能空天一体化组网监测系统的重要组成。目前,在科技部国家重点研发计划“地球观测与导航”专项支持下,航天东方红卫星有限公司牵头开展“面向遥感应用的微纳卫星平台载荷一体化技术”项目研究,联合15家单位形成“产学研用”多学科深度联合、理论研究与技术开发并重的优势组合,以推动我国微纳卫星技术快速发展,促进遥感微纳卫星技术应用。     

机电系统多学科综合设计异构信息集成

为了实现机电系统多学科设计异构信息的集成,提出了机电系统多学科设计信息集成框架,建立了机电系统公共信息模型和通用数据访问接口.通过导弹发射车的多学科设计实例,验证了机电系统多学科设计信息集成框架的可行性和有效性.结果表明,机电系统公共信息模型能够为机电系统多学科设计人员提供关于机电系统信息的完整逻辑视图,通用数据访问接口为集成多学科设计工具提供了统一的数据访问方式;信息集成框架实现了信息模型异构的多学科设计应用工具之间的互操作以及信息的交流共享.     

PWM低速爬行状态系统波动分析

脉宽调制技术（PWM）在自动控制领域有着广泛的应用。然而,在实际工程应用的过程中,包含PWM的系统在低速驱动的条件下难以达到高精度速度指标的要求。在工程实践经验的基础上,对这一问题进行详细分析,提出PWM的截断效应和移频效应引起波动的理论,并结合典型的机电伺服系统模型进行仿真,完成仿真层面的验证。仿真结果展示了机电伺服系统在低转速状态下由于PWM的截断效应引起转速波动的现象,契合了实际系统中表现的情况,验证了截断效应和移频效应的正确性,为提高系统精度指标提供了依据。     

玻璃基环形振动微陀螺谐振子的设计与制造工艺

针对传统单晶硅材料热胀系数不稳定引起的硅基环形振动微陀螺的温度漂移问题，开展了玻璃基环形振动微陀螺谐振子的设计，并提出了一种新型的玻璃基准三维微结构制造工艺，借助微型电子机械系统（MEMS）工艺中成熟的深硅刻蚀、阳极键合、化学机械抛光等通用加工技术，融合玻璃熔融工艺，解决了玻璃基准三维微结构的制造工艺难题，同时保证了高的加工精度，实现了玻璃基环形振动微陀螺谐振子的高精度批量制造。     

MEMS陀螺半实物仿真系统设计

微机电(Micro-Electro-Mechanical Systems, MEMS)陀螺是基于科氏力原理,用于检测外部旋转的一种角速度传感器。由于MEMS陀螺本身性能的限制,其内部机理研究和接口电路设计的进程发展缓慢。本文通过分析MEMS陀螺的数学模型,并通过将RLC电路与MEMS陀螺特征方程形式进行对比,说明了借助RLC电路建立MEMS陀螺半实物仿真 (Hardware-in-loop Simulation,HILS) 系统模型的可行性。在充分考虑了实际MEMS陀螺的输入/输出项、耦合项和谐振频率调节等完整功能的前提下,完成了MEMS陀螺的HILS系统模型各个功能模块的设计。本文设计的MEMS陀螺的HILS系统模型可实现实际MEMS陀螺的输入输出、谐振频率调节以及角速度检测,并通过一系列实验证实了其性能的可靠性,本设计为将HILS方法应用于MEMS陀螺研究提供了有效的依据。     

MEMS固体微推力器阵列发展研究

固体微推力器阵列具备高精度、小冲量、高密度、可战备贮存快速组装等优点,非常适用于进行特殊任务的微/纳卫星、微/纳卫星编队飞行、快速响应卫星.简要介绍MEMS固体微推力器阵列的结构原理、特点以及应用范围,调研国内外MEMS固体微推力器阵列的发展状况.根据调研结果研究得出固体微推力器阵列的关键技术,结合国内外发展现状及相关关键技术提出今后的发展建议.     

石英MEMS陀螺漂移的周期性误差标定及补偿

实验发现石英系列微机电系统(MEMS,Micro Electromechanical System)陀螺仪零点漂移中含有很强的规律性误差,短时间高频采样尤为明显.为提高器件精度和系统性能,研究了其周期性误差各重要参数的特点,以误差分析理论分析了各误差传递系数,提出了一种精确标定方法.实验结果表明经过精确标定和补偿,进一步提高了器件精度和在线长时间补偿效果.说明了本精确标定方法具有良好的补偿效果.      

电容式微加速度计闭环检测电路

针对硅微惯性器件中的微小差分电容检测,提出了一种应用于三明治结构差分电容式微机械加速度计的闭环检测电路.通过等电势屏蔽法,相干解调技术和增加激励信号对称性等技术屏蔽杂散电容,抑制了电路噪声和共模误差,提高了检测电路的微弱信号辨识能力;静电力平衡闭环检测克服了开环输出信号的非线性缺陷,实现了高线性度、高分辨率的电容检测.设计的闭环检测电路具有电路简单、线性度好、抗干扰性强和易于集成的特点.实验结果表明,加速度计量程可达±15g,电容分辨率可达10^-16F.     

基于FD的微小型姿态系统的姿态估计算法

分别利用微惯性测量单元(MIMU,Micro Inertial Measurement Unit)中的3个加速度计与3个陀螺仪对载体的姿态角进行估计,同时,搭建捷联惯性导航系统,建立姿态误差方程,使用卡尔曼滤波估计载体姿态误差角.构造残差及统计量,利用状态残差检验的故障检测方法,对载体的运动状态进行分离,判断加速度计估计出的姿态角的可用性,对姿态角进行融合.既保证了姿态估计系统的动态性能,又提高了估计精度.由于使用微电子机械系统(MEMS,Micro Electro Mechanical System)惯性器件,使得姿态估计系统的体积小、重量轻、造价低,特别适于微小型载体使用.      

MEMS陀螺标度因数误差分析及分段插值补偿

动态条件下,标度因数引起的误差是MEMS(Micro Electromechanical System)陀螺主要误差源之一.为了提高陀螺精度,基于内框驱动式硅MEMS陀螺误差机理,分析了标度因数常值误差、非线性误差以及不对称误差的物理起因,构建了标度因数误差数学模型,提出了对陀螺标度因数按照角速度大小分段插值的补偿方法,消除了转速引起的陀螺标度因数误差.试验结果表明:MEMS陀螺标度因数误差高达4053.2(°)/h(1 σ ),采用分段插值法补偿后陀螺误差减小到79.0(°)/h(1 σ ),补偿精度比一次拟合及分段法分别提高了15.4倍和7.5倍,验证了MEMS陀螺标度因数误差模型的正确性,证明了标度因数实时分段插值补偿方法的准确性和适用性.      

基于MEMS器件的旋转调制式航姿参考系统设计

为实现中精度、低成本的航姿测量系统,提出了一种基于低精度MEMS(Mi-cro Electronic Mechanical System)陀螺旋转调制技术的解决方案.系统采用四元数及三子样法进行航姿解算,可选用全自主及快速两种对准模式.全自主对准采用基于速度观测的Kalman滤波方案,利用30(°)/h的MEMS陀螺可实现优于5°的航向对准精度;快速对准时航向角由磁场计提供,经磁罗差补偿后航向精度优于0.4°.静态及动态实验结果表明:旋转调制可将MEMS陀螺的精度提高30倍左右,系统在1 h内的航姿保持精度优于1°.     

MEMS陀螺随机漂移在线补偿技术

为了提高微机电系统(MEMS,Micro Electro Mechanical System)陀螺测量的精度,提出了一种陀螺随机漂移的在线补偿方法.在静态时在线建立随机漂移的自回归滑动平均(ARMA,Auto Regressive Moving Average)模型,并针对随机漂移模型随时间慢变的特性,引入虚拟噪声补偿技术加以补偿.针对载体运动状况的未知性,建立机动角速率模型.在此基础上采用自适应卡尔曼滤波技术对随机漂移和角速率进行实时估计.通过试验表明:随机漂移模型、角速率模型以及滤波算法能够满足姿态测量系统的动态应用需要,且姿态测量精度较补偿前有了显著的提高.