提出一种基于近似模型的MEMS系统级优化方法，给出具体实现流程，并结合一个Y轴微机械陀螺进行优化。该方法解决了如何得到近似优化目标函数表达式的关键问题。所得的Y轴微机械陀螺优化参数，使得陀螺驱动模态谐振频率正和检测模态谐振频率工分别为3074Hz和2998Hz，两者之间相差76Hz，较好的实现了模态匹配，且都在3000Hz的设计要求附近，约束条件也得到了满足。该优化方法为在MEMS设计中快速获得系统级优化方案提供较好参考。

微机电系统通常涉及机、电、流体、热等多个耦合能量域,其设计与分析需要通过宏建模来降低复杂度.论文根据系统传递函数矩匹配原理,提出将Arnoldi算法与Taylor展开相结合来实现MEMS器件行为的宏建模,建立了典型MEMS微梁的宏模型.与有限差分法相对比,该方法可以较准确地实现MEMS器件的快速动态仿真.

针对含复杂结构的MEMS器件，提出基于异构宏模型的系统级建模方法，即将MEMS系统分解为多个简单部件和复杂部件的组合，采用解析法建立简单部件的宏模型，而采用数值法建立复杂部件的宏模型，通过这些宏模型按器件的原始拓扑互连实现整个MEMS的系统级建模与仿真。以z轴微加速度计为例，对其中形状规则的平板质量块和平板电容器，采用解析法建立宏模型；而对于形状复杂的折叠梁，采用数值法建立宏模型，完成z轴微加速度计的系统级建模，并在Saber中进行系统级的时域、频域及pull—in仿真。将仿真结果与有限元分析结果及实验结果进行了比较，其时域仿真时间小于2min，频率、pull—in电压相对误差小于2％，表明该方法能够快速有效地实现复杂结构MEMS器件的系统级建模与仿真。

针对含复杂结构的MEMS器件,提出基于异构宏模型的系统级建模方法,即将基于解析法和基于数值计算的宏建模方法结合起来提取复杂器件的参数化宏模型,在此基础上实现MEMS系统级仿真.以z轴加速度计为例,在Saber中进行其系统级的时域、频域仿真,将仿真结果与有限元分析进行了比较,其仿真时间小于3min,相对误差小于3%,表明该方法能够快速有效地实现复杂结构MEMS器件的系统级仿真.

对微机械陀螺中静电、结构、空气阻尼等物理域进行有效分离，在分别对各域进行数值模拟的基础上提取相应的物理参数，建立集总参数模型。在考虑边缘效应的情况下，提取了微结构电容与位移的解析表达式；根据热一流体类似方法，提取了阻尼孔结构的阻尼系数和压膜刚度；根据结构动力学理论，由模态分析提取结构的有效刚度和有效质量。将这些物理参数综合在系统仿真器中与外围电路共同进行仿真，准确地评估不同条件下微机械陀螺的行为特性。