Технологическая автоматизация

Методы цифровых технологий

Синтез топологии акселерометра

При синтезе акселерометров поставленным при проектировании ограничениям могут удовлетворять различные варианты их топологии. Выбор того или иного варианта приводит к необходимости решения задач оптимизации, то есть минимизации целевой функции, выбранной при проектировании. Так критерию минимальной стоимости обычно удовлетворяют акселерометры с минимальными размерами в плане. В свою очередь акселерометры, синтезированные по критерию минимального уровня шумов предпочтительны для измерения малых линейных ускорений, поскольку обладают низким порогом чувствительности. Таким образом, в зависимости от области применения необходимо выбрать один из возможных вариантов топологии. Целевыми функциями при оптимизации обычно являются: минимальная полная поверхность, минимальный уровень собственных шумов, максимальный диапазон измеряемых ускорений.

Чувствительность также является очень важным требованием к изделию, но она может быть повышена введением дополнительного усилителя после емкостного интерфейса. Поэтому её увеличение может быть достигнуто без изменения топологии конструкции.

Для оптимизации топологии акселерометра применяется метод нелинейной оптимизации, т.е. оптимизации нелинейной целевой функции с конечными ограничениями. Обычно задачи многопараметричной оптимизации такого типа сводятся к отысканию локального экстремума в некоторой области n-мерного пространства, где n - число параметров проектирования. Для решения задачи был применён градиентный метод поиска экстремума, разработанный и применённый в университете Карнеги-Меллон. Использование стартовой сетки исключает необходимость предварительных расчётов по сужению области поиска экстремума.

Нелинейная условная оптимизация может быть записана как:

где u - вектор независимых переменных, приведённых в Таблице 4.1; (u) - ряд целевых функций;

wi - скалярные веса, необходимые для сравнения конкурирующих объектов.(u) = 0 и gu0 - каждый ряд функций, которые осуществляют геометрические и функциональные связи, данные в Таблице 4.2 и Таблице 4.3, Up - набор установленных значений u (описанный границами в Таблице 4.1).

Некоторые переменные (пример: кол-во зубцов гребенки) - принимают только целочисленные значения.

Для преодоления расчётных проблем используем метод ветвей и границ. Сначала проводится нестрогая оптимизацию, которая определяет число зубцов гребенки как непрерывную переменную. В этом случае

число зубцов гребенки округляется к самому близкому целому числу и удаляется из списка переменных.

Конечная конструкция синтеза получается при сопоставлении результатов строгой оптимизации с результатом нестрогой используемым и в качестве отправной точки. Кроме того, все размерные параметры должны быть представлены, как целые числа (в единицах 1*10-2 мкм), для корректного описания топологии. После строгой оптимизации, значения переменных округляются к ближайшим целым значениям размеров выраженных в 1*10-2 мкм.

Другие статьи по теме:

Исследование методов помехозащищенности радиотехнических систем Проблема повышения помехозащищенности систем управления и связи является весьма острой и до сих пор не нашла своего решения в большинстве прикладных задач. Решению этой проблемы способс ...

Исследование биполярного транзистора в статическом режиме Биполярным транзистором называют трёхслойную полупроводниковую структуру с чередующимися типом проводимости областей, созданную в едином кристалле и образующую два встречно включённых вз ...

Механизмы фотоаппарата В современном мире фотография является средством информирования людей о событиях в мире, средством научных исследований, видом искусства. Изобретение фотографии относится к 1839году. Че ...