一类静电驱动双边电容型微谐振器振动系统的复杂动力学特性研究

尚慧琳， 胡立力， 文永蓬

(1. 上海应用技术大学 机械工程学院，上海 201418；2. 上海工程技术大学 城市轨道交通学院，上海 201620)

静电微谐振器是微机电系统(Micro-Electro Mechanical System, MEMS)的重要器件,是目前发展最快的MEMS产品之一，是以谐振原理实现功能的典型微器件[1]。然而，静电微谐振器在应用中存在着多种复杂动力学现象，不仅包括宏观机械振动系统中常见的振动跳跃、概周期振动、多倍周期振动和混沌等，还包括静电驱动微器件所特有的吸合不稳定[2]。随着MEMS的广泛应用，微谐振器的稳定性和可靠性对其振动系统和动力学特性的研究提出了更高的要求。因此，研究静电驱动微谐振器的复杂动力学特性及其机制对于静电微惯性传感器的研发具有重要的现实意义。

目前，国内外大量数值和试验研究结果表明静电微谐振器振动系统普遍存在谐振失稳行为(如振动跳跃现象[3-4]、概周期振动[5]和倍周期振动[6]等)、发散失稳行为(如吸合现象)和全局失稳行为(如混沌现象[7-9]和吸合不稳定现象)。其中，吸合现象是近年来MEMS领域的研究热点[10]；与之相关的吸合不稳定，即一定的设计参数条件下初始条件的微小变化就导致微结构从原本的不吸合变为吸合的现象，会大大降低微器件的安全性，正逐渐引起国内外研究者的研究兴趣[11-13]。Luo等发现在一类双边电容型微谐振器振动系统中交流电压频率的变化会引起混沌。Ruzziconi等在另一类静电微谐振器振动系统中交流电压频率的变化引起的多稳态现象和振动跳跃。……