[发明专利]MEMS谐振器自适应混沌控制电路及方法

说明书

本发明涉及一种MEMS谐振器自适应混沌控制电路及方法，属于电路领域。基于能量流理论，MEMS谐振器的动力学微分方程与电路微分方程相一致。据此，选用合适的电子元件设计了它的模拟电路，实验数据(时程图和相图)揭示了MEMS谐振器在58.704Hz(1.68V)和58.791kHz(1.71V)附近固有的混沌行为。在此基础上，提出了一种自适应混沌控制方案，构建了由误差模块、参数更新模块和控制输入模块组成的模拟控制电路。最后，实验研究表明，所提出的自适应控制方案具有良好的控制性能。

技术领域

本发明属于电路领域，涉及MEMS谐振器自适应混沌控制电路及方法。

背景技术

MEMS以其体积小、可靠性高、功耗低等优点在科学技术发展中占有重要地位。从信号滤波和陀螺仪到存储设备和气体传感器，它都扮演着重要的角色。然而，随着其工作条件的改变，会表现出非常复杂和有趣的动力学行为，如混沌、Hopf分叉、双稳态特性等。这些不规则的运动产生的混沌振荡会影响系统的稳定性，甚至导致系统失效。因此，大量学者对其动态行为和控制方法进行了深入的研究。

基于模拟电路的物理实现方法因其响应速度快、易于实现受到越来越多的关注。García-Martínez等设计了差分映射的电子实现方案。Kengne等基于vanderBohr振子和Duffing振子的耦合模型构建了相应的模拟电路，并进行了仿真分析。但是他们的研究仅仅停留在软件仿真上，没有进行物理验证。Sabarathinam等首次采用简单模拟电路实现了Duffing型MEMS谐振器。但本工作也只是通过模拟电路揭示了谐振器内部的混沌现象，并没有提出抑制混沌的电路实现方案。

在动力学分析方面，Tajaddodoanfar等采用同伦分析方法分析了MEMS谐振器的非线性运动特性。Luo等探索了分数阶MEMS谐振器的非线性特性。Saha等讨论了非线性单光纤环形腔的混沌行为和双稳态特性。Zegadlo等揭示了线性增益和非线性吸收耦合环形谐振器系统的混沌动力学行为。然而，这些混沌系统均是通过数值模拟软件进行的观察和验证，这不可避免地存在由系统误差和统计误差引起的不确定性。此外，对于这种复杂的非线性系统，很难用计算机捕捉到其瞬态变化。最大的缺点是，上述数学模型不能作为驱动方式控制电路的试验台用来测试控制器的性能。

混沌振荡对系统的稳定运行有不利影响。因此，如何抑制振荡成为一个值得进一步探索的棘手课题。Fossi等在backstepping框架下设计了一个控制器，抑制MEMS谐振器的混沌行为。Zhao等开发了一种基于2型序列模糊神经网络的MEMS谐振器模糊混沌控制器。Song等提出了一种二阶快速终端滑模控制方法，能够有效地抑制混沌。然而，这些控制方案在理论上过于复杂，偏离了工程实际，例如，现有文献中基于2型序列模糊神经网络的迭代运算无法用电路元件进行实现。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种MEMS谐振器自适应混沌控制电路及方法。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

MEMS谐振器自适应混沌控制电路，包括MEMS谐振器的模拟电路和自适应混沌控制的模拟电路；

所述MEMS谐振器的模拟电路由积分电路1、积分电路2、比例放大电路1、比例放大电路2、AD633JN乘法器1～5、控制输入信号、交流电压信号和求和支路1～6组成；

所述控制输入信号和交流电压信号分别通过求和支路1～6输入积分电路1和积分电路2；

所述控制输入信号与控制输入模块连接；

所述积分电路1与比例放大电路1连接；

所述积分电路1包括依次连接的100kΩ的电阻R1、放大器U1A和0.1μF的电容；

所述比例放大电路1包括依次连接的100kΩ的电阻R2、放大器U2A和100kΩ的电阻R10；