[发明专利]基于改进微分进化算法的微机电系统组件的布局优化方法

说明书

技术领域

本发明涉及微机电系统设计领域，尤其涉及一种基于改进微分进化算法的微机电系统组件的布局结构鲁棒性优化方法。

背景技术

微机电系统（Micro Electromechanical System，即MEMS）指集微型传感器、执行器以及信号处理和控制电路、接口电路、通信和电源于一体的微型机电系统；是微电路和微机械按功能要求在芯片上的集成，尺寸通常在毫米或微米级，自八十年代中后期崛起以来发展极其迅速，被认为是继微电子之后又一个对国民经济和军事具有重大影响的技术领域，将成为21世纪新的国民经济增长点和提高军事能力的重要技术途径。

当前，微机电系统的很多设计主要是依赖于设计者的专业知识和经验，通过工程实践和粗略的计算来实现的。但随着计算机技术的发展和加工技术的越来越稳定，设计师们可利用计算机程序来实现由大量可再利用组件（如谐振器、电子感应器、陀螺仪等）组成的系统设计，并能实现设计的自动优化。然而，微机电系统中单一组件的性能对整个系统的质量会产生很大的影响，且应该注意到，与当前的微加工技术相比，由于组件的微型化，设计的组件尺寸在MEMS的实际制造过程中发生变化是不可避免的，因此，在MEMS设计中，如何设计出对制造过程变化不敏感的MEMS是一个很重要的问题。

一些设计者在微谐振器的自动化设计方面，利用很多方法来进行研究，如确定性方法（见文献W.Yeh,S.Mukherjee,and N.C.MacDonald,“Optimal shape design of an electrostatic comb drive in microelectromechanical systems,”J.Microelectromech.Syst.,vol.7,no.1,pp.16–26,Mar.1998和文献T.Mukherjee,S.Iyer,and G.K.Feeder,“Optimization-based synthesis of microresonators,”Sens.Actuators A,Phys.,vol.70,no.1/2,pp.118–127,1998）和元启发式方法，如进化计算（见文献L.Ma and E.K.Antonsson,“Automated mask-layout and process synthesis for MEMS,”in Proc.Int.Conf.Model.Simul.Microsyst.,2000,pp.20–23.）和模拟退火方法（见文献A.Ongkodjojo and F.E.H.Tay,“Global optimization and design for microelectromechanical systems devices based on simulated annealing,”J.Micromech.Microeng.,vol.12,no.6,pp.878–897,Nov.2002）。针对布局结构的不确定性，也进行过研究，如Taguchi介绍了一种鲁棒性设计的概念来改进组件在制造过程中发生重大变化而生产出来的产品的质量（见文献G.Taguchi,Taguchi on Robust Technology Development:Bringing Quality Engineering Upstream.New York:ASME Press,1993.）。

由上述可知，传统进化算法在微机电系统组件的优化设计上显示了强有效的能力，但也存在着易陷入局部最优的问题。微机电系统组件的布局优化问题是个及其复杂的非线性规划问题，其目标函数一般都与约束条件的非线性有关，而传统的优化设计方法较难以处理非线性规划问题，且传统制造技术无法解决几何尺寸不确定性问题。针对MEMS中组件制造过程中产生的几何尺寸不确定度，本发明提出一种基于改进微分进化算法的微机电系统组件的布局结构鲁棒性优化方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于改进微分进化算法的微机电系统组件的布局结构鲁棒性优化方法，解决组件的几何尺寸不确定性问题，设计出满足目标性能和对几何尺寸不确定性低敏感性的组件。

为了实现上述的目的，采用如下的技术方案：一种基于改进微分进化算法的微机电系统组件的布局优化方法，包括以下步骤：

a.确定优化目标，建立微机电系统中组件的布局模型；

b.输入组件的设定参数，确定改进微分进化算法各控制参数，并随机生成初始种群，设种群规模为N，迭代次数t=0，最大迭代次数为t_max，初始种群为P(t)＝{X_i|i＝1,2,…,N}；