MEMS İvme Ölçerler için Analog Yapay Sinir Ağı Temelli Kontrolcü Tasarımı

Year 2022, , 663 - 672, 17.10.2022

Zehan Kesilmiş Murat Aksoy

https://doi.org/10.21605/cukurovaumfd.1190279

Abstract

Bu çalışmada tek eksenli kapasitif MEMS ivme ölçer için yeni bir analog yapay sinir ağı temelli bir kontrolcü önerilmektedir. Bu kontrolcü giriş katmanında bir, gizli katmanda altı ve çıkış katmanında iki nöron olacak şekilde tasarlanmıştır. Bu kontrolcü, AMI C5N 0,6 μm CMOS üretim teknolojisi kullanılarak Electric serim editörü ile tasarlanmıştır. Tasarlanan kontrolcünün başarısı çeşitli bilgisayar benzetimleriyle PID kontrolcüyle karşılaştırılmıştır. Benzetim sonuçları önerilen kontrolcünün tepki süresi, aşım ve ölçüm aralığı açısından PID kontrolcüden daha başarılı olduğunu göstermiştir.

Keywords

Analog tüm devre, MEMS, Yapay sinir ağı

Analog Artificial Neural Network Based Controller Design for MEMS Accelerometers

Abstract

In this study, a new artificial neural network-based analog controller is proposed for the uniaxial capacitive MEMS accelerometer. This controller is designed with one neuron in the input layer, six neurons in the hidden layer, and two neurons in the output layer. This controller was designed with Electric layout editor using AMI C5N 0.6 μm CMOS fabrication technology. The success of the designed controller was compared with the PID controller with various computer simulations. The simulation results showed that the proposed controller was more successful than the PID controller in terms of response time, overshoot and measurement range.

Keywords

Analog integrated circuit, MEMS, Neural network

References

• 1. Grinberg, B., Feingold, A., Furman, L., Wolfson, R., 2016. High Precision Open-loop and Closed-loop MEMS Accelerometers with Wide Sensing range. IEEE/ION Position Location and Navigation Symposium. 6-11 Nisan 2016, Georgia, ABD.
• 2. Borovic, B., Liu, A.Q., Popa, D., Cai, H., Lewis, F.L., 2005. Open-loop Versus Closed- loop Control of MEMS Devices: Choices and Issues, Journal of Micromechanics and Microengineering, 15(10), 1917-1926.
• 3. Mohammed, Z., Elfadel, I.A.M., Rasras, M., 2018. Monolithic Multi Degree of Freedom (MDoF) Capacitive MEMS Accelerometers, Micromachines, 9(11), 602.
• 4. Yin, T., Ye, Z., Huang, G., Wu, H., Yang, H., 2018. A Closed-loop Interface for Capacitive Micro-accelerometers with Pulse-width-modulation Force Feedback, Analog Integrated Circuits and Signal Processing, 94(2), 195-204.
• 5. Liu, S.H., 1994. CMOS Four-quadrant Multiplier Using Bias Feedback Techniques, IEEE Journal of Solid-State Circuits, 29(6), 750-752.
• 6. Mouser Electronics, https://bit.ly/3cMIv5r, Erişim Tarihi: 01.04.2022.
• 7. Analog Devices, https://bit.ly/3rzPqDA, Erişim Tarihi: 01.04.2022.
• 8. NXP Semiconductor, https://bit.ly/381Yj1B, Erişim Tarihi: 01.04.2022.
• 9. Micro Semiconductor, https://bit.ly/3KTdFEd, Erişim Tarihi: 01.04.2022.
• 10. Gaura, E. I., Rider, R. J., Steele, N., Naguib, R.N. 2001. Neural-network Compensation Methods for Capacitive Micromachined Accelerometers for Use in Telecare Medicine, IEEE Transactions on Information Technology in Biomedicine, 5(3), 248-252.
• 11. H. Hasan, M., Abbasalipour, A., Nikfarjam, H., Pourkamali, S., Emad-Un-Din, M., Jafari, R., Alsaleem, F., 2021. Exploiting Pull-in/pull-out Hysteresis in Electrostatic MEMS Sensor Networks to Realize a Novel Sensing Continuous-time Recurrent Neural Network, Micromachines, 12(3), 268.
• 12. Hollis, P., Paulos, J., 1990. Artificial Neural Networks Using MOS Analog Multipliers, IEEE Journal of Solid-state Circuits, 25(3), 849-855.