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悬臂梁式微开关的动态分析研究
小组店小二
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静电力作为微电子机械系统(MEMS)中一种重要的驱动力，广泛应用于微镜、微
钳、微开关等微器件中。尽管部分静电驱动MEMS产品已经从实验室走向商业化，但
相关设计理论和设计工具尚不能满足设计需要，实际设计中仍然以反复试验方法为主，
导致设计效率低，制约了产品的研发速度和产业化水平。本文以电磁学、结构动力学、
有限元方法等为理论基础，用计算机仿真作为辅助工具，对静电驱动悬臂梁式微开关进
行动态特性分析及有限元仿真，研究微开关在静电力作用下的动态响应和吸合现象，为
微开关的设计和优化提供参考。论文中针对静电驱动悬臂梁式微开关的集中参数模型和
分布参数模型，分别给出了求解相应动力学方程的数值方法，并利用MATLAB实现系
统动态阶跃响应的数值仿真。利用ANSYS软件计算了微开关的静态位移特性和固有振
动特性。通过ANSYS模拟，研究了静电力作用下微开关的动态响应特性，对比了动态
和静态两种临界电压，分析了微开关动态特性和静态特性的不同，以及动态吸合电压和
吸合时间的关系，讨论了微开关结构参数的选择对其性能的影响。分析表明，动态响应
周期随驱动电压的增大而增大;动态临界电压小于静态临界电压：动态吸合电压并不是
唯一的，随着动态吸合电压的增大，吸合时间逐渐变小;由于空气阻尼的存在和静电力
的非线性，系统的振动频率相对于其固有频率向下发生漂移。
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