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研究生: 張陳祥
Chen-Hsiang Chang
論文名稱: 串聯電極梳狀式靜電致動器之電容感測器與控制器設計
Design, Sensing and Control of Comb-Drive Actuators with Serial Comb Electrodes
指導教授: 陳榮順
Rong-Shun Chen
口試委員:
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 動力機械工程學系
Department of Power Mechanical Engineering
論文出版年: 2006
畢業學年度: 94
語文別: 中文
論文頁數: 75
中文關鍵詞: 梳狀式靜電致動器電容感測器控制器串聯電極
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  • 微機電系統中,靜電式致動器具有製造過程簡單、材料選擇性高和可靠度高等優點,因此靜電式致動器算是最為廣泛使用的微致動器之一。理論上平板式靜電致動器的最大行進距離只能為初始間距的三分之一,使得應用範圍遭受限制。為了有效提升靜電致動器的行進距離,梳狀式靜電致動器乃應運而生。然而,因為製程上的誤差造成當梳狀式靜電致動器的行進距離超過臨界位移後,靜電致動器將進入不穩定狀態,因而無法繼續行進,此種現象稱為靜電吸附(pull-in)。因此梳狀式靜電致動器的最大行進距離還是有一定的極限。
    本研究利用二組梳狀式靜電致動器串聯成電極形式,以期延後靜電吸附的發生,而達到較大位移的效果。由於此種梳狀式靜電致動器需要以順序的方式驅動,因此切換控制器扮演重要的角色。在取得較大的行進距離後,同時期望改善串聯電極梳狀式靜電致動器的暫態響應與穩態響應,因此本研究將PID控制器與切換控制器整合在一起。此外,為了產生回授訊號供控制器使用,本文設計電容感測電路與電容感測器,以便將電容變化轉換成電壓訊號後,透過類比/數位轉換傳送給控制器,完成訊號回授控制。


    摘要 I 誌謝 II 目錄 III 圖片目錄 V 表格目錄 IX 第一章 緒論 1 1.1 研究背景與動機 1 1.2 文獻回顧 2 1.3 本文大綱 11 第二章 串聯電極梳狀式靜電致動器之架構設計與分析 12 2.1 串聯電極梳狀式靜電致動器系統架構 12 2.2 串聯電極梳狀式靜電致動器架構設計 13 2.3 串聯電極梳狀靜電致動器原理分析 16 第三章 電容感測器與電容感測電路之設計與分析 25 3.1 電容感測器之設計與分析 25 3.2 電容感測電路之設計 32 3.3 電容感測電路之模擬 33 3.3 電容感測電路之佈局圖 45 第四章 控制器之設計與模擬 49 4.1 切換控制器之設計與模擬 50 4.2 PID控制器之設計與模擬 54 第五章 製程與實驗結果 59 5.1 製程與製程結果 59 5.2 串聯電極梳狀靜電致動器之位移量實驗 62 5.3 串聯電極梳狀式靜電致動器之電容感測器與電容感測訊號 65 5.4 串聯電極梳狀靜電致動器之控制器 71 第六章 結論 73 6.1 本文貢獻 73 6.2 未來工作 74 參考文獻 75

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