45、先进控制与分配技术：生物传感器、模糊控制与网络带宽优化

先进控制与分配技术：生物传感器、模糊控制与网络带宽优化

在当今科技飞速发展的时代，生物传感器、模糊控制以及网络带宽分配等领域的技术创新至关重要。本文将深入探讨生物微机电系统（BioMEMS）中悬臂梁式生物传感器的反馈控制系统设计、基于继电器反馈方法的自整定模糊控制器开发，以及遗传算法在局域网动态带宽分配中的应用。

悬臂梁式生物传感器反馈控制系统

生物微机电系统及其设备常被用作生物传感器。在悬臂梁传感器中，通过应力传感方法，可检测因表面自由能变化导致的悬臂梁弯曲。悬臂梁弯曲的检测方法有多种，如光反射、压阻、干涉、压电、电容和电检测等，本文采用电检测方法。

悬臂梁作为纳米机械生物传感器，采用标准硅技术微加工而成，尺寸在微米或纳米范围内。当抗体 - 抗原相互作用导致悬臂梁发生偏转时，悬臂梁会与电极接触，随着接触面积增加，电流也会增大。然而，悬臂梁表面应力非常小，仅为几十纳米，设备制造的主要问题是在电极之间创建这种数量级的间隙。

为解决这一问题，设计了反馈控制系统。该系统的位移检测采用电方法，控制电压通过反馈控制系统施加到悬臂梁上。具体操作步骤如下：
1. 设备描述 ：有限状态机（FSM）会逐步增加数模转换器（DAC1）的输入，将其转换为模拟电压施加到悬臂梁传感器上，使悬臂梁发生偏转，减小与电极之间的间隙。当电流开始在悬臂梁和电极之间流动时，意味着悬臂梁与电极接触，此时通过电流 - 电压转换器产生等效电压，并由模数转换器（ADC）转换为数字值。ADC 的输出经或门后输入到 FSM，FSM 会减小悬臂梁上的电压，使其恢复到原始位置，电流降为零。为避免噪声，使用 ADC 输出的最高有效位（MSB），忽略 2 或 3 个最低有效位（L