[发明专利]平板式静电微执行器的控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种可动极板不会碰撞固定极板并且能快速接近于给定曲线的前提下其初始位置可以为固定极板之间的任意位置的平板式静电微处理器的控制方法。

背景技术

微机电系统(microelectromechanical systems，MEMs)是集精密机械、微电子、自动控制、材料、生物等技术于一体的新兴研究领域，可以解决微小领域(mm～μm量级)中收集处理信息、决策、行动及周围环境的控制等方面复杂的技术问题，在工业管道检测、信息和通讯、医疗卫生、军事以及生物科技领域有着潜在的巨大应用前景。在MEMs中，微执行器作为可动部分，其动作范围的大小、动作效率的高低、动作的可靠性等指标决定了系统的成败，它是MEMs中最重要的环节，国内外著名的大学和实验室都将有关微执行器的设计、加工制造、测试技术等的研究作为MEMS研究的一个重点方向和突破口。

平板式静电微执行器是广泛应用的一种MEMs装置，其特点是形式简单，执行器工作频率高、功耗小、易于实现。

参照图1，平板式静电微执行器由两个极板组成，固定极板和可动极板分别由很多块相隔固定距离的板构成，可动极板的每块板对应插在固定极板的板形成的空间内，当对两个极板充电，两个极板将带上异种电荷，极板间将产生吸引力，于是可动极板的每块板在固定极板的多个空间内运动。在平板静电微执行器中，力与电压和板间距是非线性关系的。

，平板式静电微执行器的控制部分主要包括控制系统、D/A转换接口、放大器、微驱动器、平板式静电微执行器、传感器、读取电路，A/D转换接口；控制系统通过D/A转换接口与放大器的输入端相连，放大器的输出端连接到微驱动器的输入端，微驱动器的输出端连接至平板式静电微执行器的输入端，平板式静电微执行器的输出端连接至电容式位置传感器的输入端，电容式位置传感器的输出端连接至电容读取电路的输入端，电容读取电路的输出端与A/D转换接口相连。

传感器测量可动极板与固定极板之间的距离或可动极板的位置值，并将该模拟信号转换成数字信号传输给控制器，控制器再根据该信息进一步控制可动极板在固定极板各板之间的运动。

值得说明的是，可动极板不能与固定极板碰撞连接，否则会导致短路，但实际需要可动极板在固定极板各板之间的运动幅度应尽可能大。

经过对现有文献的检索发现，K.P.Tee等在《IEEE Transactions on Control Systems Technology》即IEEE控制系统技术期刊2009年3月17卷2期340-352页上发表的“Adaptive Control of Electrostatic Microactuators with Bidirectional Drive”中，采用了一种新型的非对称障碍李亚普诺夫构造自适应反推控制器，并可以避免平板式微执行器的可动极板与固定极板碰撞。

不足之处在于：控制器构造时需引入新的参数，使得控制器结构复杂；最重要的是，该种方法对可动极板的初始位置有较高的要求，可动极板的初始位置只能为固定极板之间中线附近的一个小区域，这些给该方法的实际应用造成了困难。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种可动极板不会碰撞固定极板并且能快速接近于给定曲线的前提下其初始位置可以为固定极板之间的任意位置的平板式静电微处理器的控制方法。

为解决上述技术问题，本发明采用技术方案的基本构思是：

一种平板式静电微执行器的控制方法，包括

1)测出平板式静电微执行器的可动极板与固定极板之间的间距并将该值转换成数字量l；

2)计算第一变量其中l₀为可动极板不动时距离固定极板的间距；构建系统状态x₂，其中ε为固定极板之间的介电常数，m为可动极板的质量，A为面积，σ和β为比例因子，τ＝σt，t是时间；