三级建模微型机电系统多学科优化设计法

　　微型机械研究发展至今，人们已经能够制造出各种微器件，然而，要将各种微器件有效地组合成具有一定功能的微型机电系统(MEMS)就需要发展微型机电系统设计理论。近年来各国科学家都提出了一些关于微纳系统的新设计建模方法和新的应用。

　　1微型机电系统二级建模法

　　由于MEMS是一个复合域系统，其中包含了多个物理场作用的结果，所以通常MEMS的设计过程会是一个非常复杂的流程。而且，由于系统的复杂性，我们往往不能只用一种(或一个场的)模拟器来模拟整个系统的情况。微型机电系统三级建模法是将微型机电系统分成系统级、亚系统级和器件级三级，采用自顶向下的方法进行设计。

　　系统级(system level)位于顶部，一般用框图描述或以集总参数形式的电路模型表示，这两种均可产生橘合的常微分方程(ODE)组，用以描述系统的动态行为。这些方程常以系统状态变量的一阶常微分方程组的形式出现，这种形式提供的方程称为系统的状态方程系统级建模还有可能用到代数微分方程(DAE )。

　　器件级(component level)建模是为了描述真实器件在三维连续空间中的行为。控制方程一般为偏微分方程(PDE)，对于理想的几何图形结构，可以有多种解析方法计算获得连续形式的解。但是，对十实际的器件的建模通常要求PDE的近似解析解，或者一网格化的数值解。各种利用有限ji;(FEM)、边界儿或有限差分方法(FDM)的数值建模土具已用十器件级的模拟。

　　亚系统级(subsystem level)建模时使用连续介质的PDE网格化数值表不并不太方便，所以我们通常用宏模型( macro一model)或降阶模型( reduced一ordermodel)来表示。

　　微型机电系统三级建模法中的每一级都有设计重点，可以有效地将MEMS复杂的设计问题分步解决，提高设计效率，但是在解决设计中遇到的多学科系统协调的问题时，显得不太得心应手。

　　2微型机电系统多学科优化设计法

　　多学科优化设计方法主要思想是在复杂系统设计的整个过程中集成各个学科的知识，应用有效的设计优化策略和分布式计算机网络系统，来组织和管理复杂机电产品设计过程，通过充分利用各个学科(子系统)之间的相互作用所产生的协同效应，获得系统的整体最优设计结果(即产品质量或性能更好)，通过实现并行设计优化来缩短设计周期，从而使研制出的土程产品在国际市场上更具有竟争力。

　　复杂微型机电系统，可能涉及微机械学、微电子学、微动力学、微流体力学、微热力学、微摩擦学、微光学、自动控制、磁学、材料学、物理学、化学、生物学等多门学科领域。按照学科分类，我们可以把复杂微型机电系统分成相应的子系统，如若设5为整个微型机电系统，Sj(j=1,2,...， n)表不各子系统，则