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微电子机械系统(Micro Electro Mechanical systems,简称MEMS)是由微传感器、微执行器、信号处理和控制电路、通讯接口和电源等部件组成的一体化的微型器件系统。MEMS具有广阔的应用前景,它的发展会对人类的科学技术、生产方式和生产生活质量产生深远的影响。微电子机械系统(MEMS)的仿真模拟能够节约研制成本、缩短设计周期、对系统参数进行优化从而提高产品的质量和性能。由于MEMS的仿真通常都涉及到多个物理场的相互耦合及非线性,分析计算量极大,因此,迫切需要建立简化和降阶的计算模型。 本文对微机电系统的仿真建模方法进行了研究。首先分析了目前各种建模方法的优点及其不足,然后提出了一种新的降阶建模方法——Krylov子空间法。本文以具有压膜阻尼效应的静电驱动微梁为例,阐述了多场耦合微器件的降阶建模技术。 本文的主要内容和成果如下: (1)论述了MEMS建模技术的意义及现状,并分析了几种已有的MEMS仿真建模方法:节点分析法(NODAS)、现代硬件描述语言(VHDL-AMS)宏模型和等效电路法,指出了各种方法的优缺点。 (2)介绍了端点特性建模方法的理论基础及应用。应用端点特性建模的方法将微泵系统划分为多个子系统,建立了微泵系统的端点特性模型。 (3)研究了有限元法在MEMS两场耦合分析中的应用。用ANSYS软件对机电耦合的微器件进行了耦合场的有限元仿真计算。 (4)介绍了基于Krylov子空间法的Arnoldi方法。然后以具有压膜阻尼效应的静电驱动微型固支梁系统为例,利用泰勒级数展开及Krylov子空间法对多物理场耦合的MEMS器件建立降阶模型。仿真结果表明用这种方法建立的降阶模型简单易用,可以准确快速地对系统进行模拟仿真。