Analysis and Design Principles of MEMS Devices pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:Elsevier Science Ltd

作者:Bao, Minhang

出品人:

页数:328

译者:

出版时间:2005-5

价格:$ 134.47

装帧:HRD

isbn号码:9780444516169

丛书系列:

图书标签:

MEMS
微机电系统
传感器
执行器
设计
分析
建模
仿真
集成
微纳技术

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具体描述

Sensors and actuators are now part of our everyday life and appear in many appliances, such as cars, vending machines and washing machines. MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) are micro systems consisting of micro mechanical sensors, actuators and micro electronic circuits. A variety of MEMS devices have been developed and many mass produced, but the information on these is widely dispersed in the literature. This book presents the analysis and design principles of MEMS devices. The information is comprehensive, focusing on microdynamics, such as the mechanics of beam and diaphragm structures, air damping and its effect on the motion of mechanical structures. Using practical examples, the author examines problems associated with analysis and design, and solutions are included at the back of the book. The ideal advanced level textbook for graduates, "Analysis and Design Principles of MEMS Devices" is a suitable source of reference for researchers and engineers in the field. It presents the analysis and design principles of MEMS devices more systematically than ever before. It includes the theories essential for the analysis and design of MEMS includes the dynamics of micro mechanical structures. A problem section is also included at the end of each chapter with answers provided at the end of the book.

复杂系统建模与优化：面向工程应用的理论与实践作者：[此处留空，读者可自行想象] 出版社：[此处留空，读者可自行想象] ISBN：[此处留空，读者可自行想象] --- 内容概要本书深入探讨了复杂工程系统在设计、分析和实施过程中所面临的挑战，聚焦于如何运用先进的数学建模、系统级仿真以及优化算法，实现对这些系统的性能提升、鲁棒性增强和资源效率最大化。全书结构严谨，从基础的系统理论出发，逐步过渡到前沿的跨学科应用，旨在为从事大型、非线性、多尺度系统研究与开发的工程师、研究人员和高年级学生提供一套全面的理论框架和实用的技术工具箱。本书不涉及微机电系统（MEMS）器件的特定物理原理、材料科学或集成电路设计。相反，它将视角提升至宏观的系统层面，关注的是如何将分散的、异构的组件有效地整合为一个功能完备、性能可预测的整体。第一部分：复杂系统的理论基础与建模范式本部分为全书的理论基石，旨在确立理解和分析复杂系统的通用语言和方法。第一章：复杂系统的定义、特征与挑战系统科学的演进历程回顾，重点阐述复杂性（Complexity）的量化指标，如高维度、非线性和时变性。讨论了传统工程方法在处理耦合度高、反馈回路多的大型系统（如智能电网、航空航天任务、大规模制造流程）时的局限性。本章强调了“涌现现象”（Emergent Behavior）的不可预测性及其对传统自顶向下设计流程的冲击。第二章：多尺度建模与跨域集成复杂系统往往在时间尺度和空间尺度上存在显著差异。本章详细介绍了如何构建多尺度模型，包括如何通过尺度分离和平均化技术（如平均场理论、均质化方法）来简化模型，同时保持对关键物理或信息交换过程的准确描述。重点讨论了如何建立连接不同物理领域（例如，力学、热力学、信息论）模型的桥梁，实现系统级的统一描述。第三章：基于微分/差分方程的动态系统建模系统动力学的核心——状态空间表示法的深入探讨。内容涵盖线性与非线性系统的稳定性分析（如李雅普诺夫稳定性理论、鲁棒稳定性）。本章还引入了延迟微分方程（DDEs）在描述具有时间滞后的物理过程中的应用，并探讨了随机过程（如马尔可夫链、维纳过程）在引入不确定性因素时的建模技巧。第四章：离散事件系统（DES）与混合系统对于流程控制、调度和网络通信等具有显著离散状态切换的系统，本章着重介绍离散事件系统（DES）的建模语言，如Petri网及其扩展形式（如混合Petri网、时序逻辑）。混合系统（Hybrid Systems）的建模，即连续动态与离散事件的无缝集成，是理解现代自动化系统的关键，本章提供了形式化的验证工具和方法。第二部分：系统分析、仿真与验证构建模型之后，如何高效地进行分析和验证是复杂系统工程的关键步骤。第五章：高保真仿真与模型降阶技术精确模拟复杂系统往往需要巨大的计算资源。本章详细介绍了数值积分方法、大规模矩阵求解技术以及并行计算在系统仿真中的应用。核心内容在于模型降阶（Model Order Reduction, MOR）技术，包括基于模态分析、平衡截断和辅助输入/输出（AIO）方法的降阶，旨在创建计算效率高但精度损失可控的“智能代理模型”（Surrogate Models）。第六章：不确定性量化（UQ）与敏感性分析真实世界的系统参数总是包含不确定性。本章系统地介绍了不确定性量化（UQ）的方法，包括概率论方法（如蒙特卡洛模拟、准蒙特卡洛序列）和区间分析。敏感性分析（SA）则用于识别模型中对输出影响最大的输入参数，指导实验设计和参数辨识的优先级。第七章：系统可靠性与故障模式分析重点关注系统在运行过程中的鲁棒性和失效概率。内容包括可靠性框图分析、故障树分析（FTA）和事件树分析（ETA）等传统方法，以及如何将其扩展到非线性动态系统中的预测性维护框架。引入了基于数据驱动的剩余使用寿命（RUL）估计模型。第三部分：面向性能的系统优化与控制本部分将理论分析转化为实际的工程决策和系统控制策略。第八章：大规模优化问题求解复杂系统通常对应于高维度的非线性优化问题。本章涵盖了确定性优化方法（如内点法、序列二次规划）和启发式全局优化算法（如遗传算法、粒子群优化）。特别关注大规模约束优化在资源分配和任务调度中的应用。第九章：自适应与鲁棒控制理论针对系统参数会随时间变化或外部扰动无法完全预知的场景，本章介绍了先进的控制设计策略。内容包括$mathcal{H}_{infty}$控制用于确保外部扰动下的性能边界，以及模型参考自适应控制（MRAC）和基于Lyapunov的间接自适应控制，用于在线估计和补偿系统未知动态。第十、十一、十二章：数据驱动的系统方法与人工智能集成随着计算能力的提升，数据驱动的方法在系统工程中的作用日益凸显。第十章：系统辨识与参数估计在缺乏完整先验知识的情况下，通过输入/输出数据来构建或完善系统模型。本章深入讲解了子空间辨识（如N4SID方法）、非线性系统辨识（如核方法、高斯过程回归）以及实时（Online）参数更新算法。第十一章：强化学习在系统决策中的应用将系统控制和优化视为序列决策问题。本章探讨了如何设计奖励函数、状态空间和动作空间，以利用深度强化学习（如DDPG, PPO）解决复杂的非线性控制和调度问题，尤其是在不完全信息环境下的最优策略学习。第十二章：数字孪生与闭环反馈本章探讨如何将高保真仿真模型、实时传感器数据和优化算法集成，构建功能强大的数字孪生体。重点在于如何利用数字孪生进行“假设分析”（What-if Analysis），并在闭环中指导物理系统的实时运行和调度，实现预测性控制和优化。 --- 适用读者对象本书主要面向： 1. 系统工程师与控制科学家：寻求将传统控制理论扩展到具有高度非线性和跨领域耦合的现代复杂系统的专业人员。 2. 计算建模专家：需要掌握多尺度建模、模型降阶和高保真仿真的理论基础及高效计算方法的科研人员。 3. 高级研究生与博士后研究员：正在进行复杂系统建模、优化或数据驱动控制相关课题研究的人员。本书要求读者具备扎实的微积分、线性代数基础，并对经典控制理论（如状态空间法）有初步了解。它提供的是一套普适于电力系统、交通网络、生物工程、大型制造流程等多种工程领域的分析和设计工具，而非针对某一特定物理器件的细微结构或材料属性的深入探讨。