بهینه سازی ساختار خازن های متغیر میکروالکترومکانیکی با تحریک الکتروستاتیکی به روش مهاجرت اعضاء

نویسنده

دانشگاه صنعتی مالک اشتر

چکیده

با توجه به نقش خازن های الکتریکی متغیر در افزایش دقت تجهیزات الکتریکی، پیشرفت روزافزونی در طراحی و ساخت آن ها به وجود آمده است. با وجود تمام پیشرفت ها، دستیابی همزمان به خازن متغیر با ولتاژ تحریک پایین، زمان نشست کوتاه، دامنه تغییرات زیاد ظرفیت الکتریکی، اندازه کوچکتر و طول عمر طولانی هنوز امری دشوار است. برای غلبه بر این محدودیت ها بهینه سازی در طراحی خازن ها اهمیت ویژه ای می یابد. در این مقاله، طراحی یک خازن متغیر میکروالکترومکانیکی با تحریک الکتروستاتیکی، شامل قسمت های مدل سازی، شبیه سازی و بهین هسازی ساختار انجام شده است. بهینه سازی در ساختار با الگوریتم جدید مهاجرت اعضاء انجام شده، که برخلاف روش های مشتق پایه، بهینه ی مطلق را بدست می دهد. همچنین با برقراری ارتباط بین نر مافزارهای ANSYS و MATLAB ، نرم افزاری تهیه شده که قابلیت انجام طراحی هر گونه ساختار خازن متغیر میکروالکترومکانیکی دو صفحه ای با تحریک الکتروستاتیکی را دارا است، به طوری که فقط کافی است معیارهای مورد نظر طراح از جمله بیشینه ولتاژ تحریک، خازن اولیه، و محدوده ی مجاز ابعاد ساختار به برنامه داده شود، تا با واگذاری بقیه فرآیند به برنامه، طراحی و ابعاد بهین هی ساختار معلوم گردد. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که محدوده ی تنظیم خازنی 50 %، با مقدار ولتاژ تحریک کمتری نسبت به کارهای دیگر، بدست م یآید.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Particle Swarm Optimization for Design MEMS Variable Capacitors with Electrostatic Actuation

نویسنده [English]

  • a b
چکیده [English]

According to various applications of variable capacitors in electrical devices, design and
fabrication of them are well developed. However, reaching to variable capacitor with
low drive voltage, short settling time, wide tuning range, smaller dimensions, and longer
lifetime, simultaneously, are difficult yet. In this paper, to satisfy these constraints,
particle swarm optimization (PSO) is used in designing MEMS capacitors. In spite of
gradient based algorithms, PSO achieves the absolute optimized value. The design
consists of modeling, simsulation, and optimization. In addition, a method is introduced
to realize the calling of simulation analysis programs designed by ANSYS parametric
design language (APDL) in MATLAB. This method is capable to design every
microelectromechanical two plate capacitors with electrostatic actuation. The proposed
design method is as follows: First, the desired amounts of parameters that are important
for the designers such as maximum drive voltage, initial capacitance, and limitations of
structure dimensions are fed to the program as inputs. Then, the program starts to design
a structure of variable capacitor and sends out the optimized structure design. The
simulation results show that tuning range of 50% is obtained with a lower actuation
voltage than the other works.

کلیدواژه‌ها [English]

  • PSO algorithm
  • MEMS
  • Variable Capacitor
  • optimization
  • Design