基于電子隧道效應(yīng)的納米梁非線性振動(dòng)控制

姜瑞瑞， 劉燦昌， 李 磊， 秦志昌， 萬(wàn) 磊， 孔維旭， 周長(zhǎng)城

(山東理工大學(xué) 交通與車輛工程學(xué)院， 山東 淄博 255049)

隨著微納米技術(shù)的快速發(fā)展，納機(jī)電系統(tǒng)(Nano-Electromechanical Systems，NEMS)的振動(dòng)控制成為研究熱點(diǎn)問(wèn)題之一。納米梁具有高固有頻率、高承載能力、高靈敏度和低功耗等特點(diǎn)，常用來(lái)制作高頻諧振器。但是，隨著納米梁尺寸的進(jìn)一步減小，在大振幅振動(dòng)中容易出現(xiàn)多值、分岔等非線性現(xiàn)象，導(dǎo)致諧振器出現(xiàn)不穩(wěn)定振動(dòng)，甚至產(chǎn)生吸合現(xiàn)象，影響NEMS器件的工作穩(wěn)定性。因而，納米梁的非線性振動(dòng)控制成為微機(jī)電系統(tǒng)的一個(gè)重要研究方向。由于NEMS器件處于納米尺寸，常用的振動(dòng)信號(hào)傳感器尺寸接近甚至大于控制器件的尺寸，難以應(yīng)用于納米梁振動(dòng)控制，振動(dòng)信號(hào)傳感成為納米梁振動(dòng)控制的一個(gè)難題。

隨著傳感器技術(shù)的迅速發(fā)展，基于隧道效應(yīng)的信號(hào)傳感研究正逐步引起科研工作者的注意。Rockstad等[1]利用電子隧道效應(yīng)原理制作了檢測(cè)小位移的高性能加速度傳感器。李夢(mèng)超等[2-3]對(duì)基于隧道效應(yīng)的納米振動(dòng)傳感器的理論、技術(shù)及實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行了初步的研究和探索，并進(jìn)行了振動(dòng)檢測(cè)試驗(yàn)，得出基于隧道效應(yīng)的測(cè)振傳感器具有很高的靈敏度、良好的頻率特性。夏一等[4]對(duì)隧道傳感系統(tǒng)微位移機(jī)構(gòu)的主從關(guān)聯(lián)優(yōu)化進(jìn)行了研究，建立了物理模型并進(jìn)行了優(yōu)化計(jì)算和分析。陳帆等[5]基于隧道效應(yīng)的原理搭建了閉環(huán)控制系統(tǒng)，利用仿真現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行控制特性和動(dòng)態(tài)響應(yīng)的分析。Opacak等[6-7]研究了電子在復(fù)勢(shì)壘中的隧穿現(xiàn)象，并給出了共振頻率表達(dá)式。

近年來(lái)，對(duì)于納機(jī)電系統(tǒng)的非線性振動(dòng)分析與控制研究取得較大的進(jìn)展。張文明等[8-9]研究了參數(shù)激勵(lì)作用下梁式微結(jié)構(gòu)共振傳感器的非線性響應(yīng)。宋震煜等[10]利用連續(xù)體彈性理論建立了物理模型，并分析了納米梁的幅頻特性和納米梁非線性產(chǎn)生的物理機(jī)制。Zhao等[11]研究了納米梁的非線性自由振動(dòng)，得到了非線性方程的近似解析解。Liu等[12]采用時(shí)滯反饋控制方法，研究得到了納米梁諧波激勵(lì)主共振的最優(yōu)控制。Gong等[13]應(yīng)用多尺度法求得系統(tǒng)超諧共振的幅頻響應(yīng)方程，分析了振動(dòng)方程解的穩(wěn)定性。Dumitru等[14]研究了靜電驅(qū)動(dòng)懸臂梁微諧振器的非線性響應(yīng)。Rhoads等[15]通過(guò)提出一種新型的納米梁結(jié)構(gòu)裝置，研究了受交流激勵(lì)電壓幅值控制的響應(yīng)特性。Shaat等[16]研究了納米材料的靜電驅(qū)動(dòng)梁梁結(jié)構(gòu)和尺寸大小對(duì)靜電驅(qū)動(dòng)納米梁固有頻率、非線性動(dòng)力學(xué)的影響。Najar等[17]在考慮了小尺度效應(yīng)下，研究了在非線性力和直流電壓作用下納米梁的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。Bornassi等[18]利用Euler-Bernoulli梁建立了納米器件在靜電力和分子間力作用下的運(yùn)動(dòng)方程，利用微分求積法求解非線性動(dòng)力學(xué)方程。

利用時(shí)滯反饋對(duì)非線性振動(dòng)進(jìn)行控制成為非線性系統(tǒng)振動(dòng)的重要研究方向。張舒等[19]介紹了時(shí)滯耦合系統(tǒng)中新的定量分析方法、具有耦合時(shí)滯的非線性系統(tǒng)中耦合時(shí)滯和非線性參數(shù)的辨識(shí)方法與實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)等問(wèn)題的研究進(jìn)展。Sun等[20]提出了一種具有時(shí)滯耦合主動(dòng)控制的非線性組合結(jié)構(gòu)并建立了數(shù)學(xué)模型，對(duì)不同的結(jié)構(gòu)參數(shù)和時(shí)間延遲進(jìn)行了穩(wěn)定性分析。Liu等[21]提出了一種優(yōu)化的延遲反饋控制方法，以非線性振動(dòng)穩(wěn)定條件和最優(yōu)時(shí)滯為約束條件，利用最優(yōu)化方法計(jì)算獲得最佳反饋控制參數(shù)。孫清等[22]采用增量諧波平衡法求得了含雙時(shí)滯振動(dòng)主動(dòng)控制系統(tǒng)的周期解，得到當(dāng)時(shí)滯量和反饋控制增益匹配適當(dāng)時(shí)，可以使系統(tǒng)保持穩(wěn)定狀態(tài)。

本文研究了基于隧道效應(yīng)信號(hào)提取的納米梁非線性振動(dòng)控制，將隧道效應(yīng)理論應(yīng)用于納米梁非線性振動(dòng)的信號(hào)提取中，提高了信號(hào)提取的靈敏性與精確性。以Euler-Bernoulli梁作為振動(dòng)的物理模型，考慮時(shí)滯的影響，對(duì)靜電激勵(lì)下的納米梁非線性振動(dòng)控制進(jìn)行了分析研究，得到基于隧道效應(yīng)的納米梁非線性振動(dòng)方程，利用多尺度法得到納米梁主共振的幅頻響應(yīng)方程。研究了直流和交流激勵(lì)電壓、阻尼、控制參數(shù)、時(shí)滯等與納米梁振動(dòng)穩(wěn)定性和振幅之間的關(guān)系，分析了減弱系統(tǒng)非線性、增強(qiáng)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響因素。

1 隧道效應(yīng)傳感原理

電子隧道效應(yīng)是能量低于所面對(duì)勢(shì)壘的電子貫穿通過(guò)該勢(shì)壘的量子效應(yīng)，可以用于電流信號(hào)檢測(cè)，具有指數(shù)靈敏性[23]，如圖1所示。由隧道效應(yīng)產(chǎn)生的作用于振動(dòng)控制信號(hào)電壓為

(1)

式中:κ為比例系數(shù)；V為偏置電壓；β為轉(zhuǎn)換因子；φ是勢(shì)壘高度；d為納米梁與極板間的初始距離；w為納米梁振動(dòng)時(shí)的撓度；R為控制電路中的采樣電阻。

圖1 電子隧道效應(yīng)現(xiàn)象示意圖Fig.1 Schematic diagram of electron tunneling effect

2 基于隧道效應(yīng)納米梁靜電激勵(lì)振動(dòng)控制模型

以一端固定、一端自由的懸臂納米梁為動(dòng)力學(xué)模型，如圖2所示。AB和CD為兩個(gè)控制極板，分別對(duì)位移和速度進(jìn)行控制，EF為靜電驅(qū)動(dòng)極板，其中，控制極板或驅(qū)動(dòng)極板邊界點(diǎn)A、B、C、D、E、F分別對(duì)應(yīng)的參數(shù)坐標(biāo)值為x1、x2、x3、x4、x5、x6，xi為點(diǎn)到懸臂梁固定端的坐標(biāo)值，納米梁與極板間的初始距離為d。在納米梁左側(cè)底部有一探測(cè)針，采集納米梁振動(dòng)信號(hào)。

圖2 納米梁振動(dòng)模型Fig.2 Vibration model of nanobeam

作用于納米梁與靜電驅(qū)動(dòng)極板間的控制電壓為

Ucd=Vc+Vckw(xi,t)

(2)

(3)

考慮時(shí)滯控制，則作用于納米梁與靜電控制極板間的控制電壓的平方可用以下公式表示

(4)

(5)

式中：g1為控制參數(shù)。

靜電控制力可表示為

(6)

式中：ε0是真空介電常數(shù)；W是納米梁的寬度；Hij=[H(x-xi)-H(x-xj)],H(x-xi)為階躍函數(shù)。

作用于納米梁與靜電驅(qū)動(dòng)極板間的靜電驅(qū)動(dòng)力可表示為

(7)

在靜電控制力作用下，基于隧道效應(yīng)的納米梁非線性振動(dòng)微分方程可表示為

(8)

式中：()(4)=?4/?x4，(·)=?/?t，(··)=?2/?t2。E，I，ρ分別表示楊氏模量、截面慣性矩和納米梁密度，c*是阻尼系數(shù)。

引入無(wú)量綱量

(9)

式中：l表示納米梁的長(zhǎng)度。將式(4)～(7)和(9)代入式(8)中，考慮時(shí)滯作用，得到在控制力作用下基于隧道效應(yīng)的納米梁無(wú)量綱非線性振動(dòng)微分方程為

(10)

對(duì)式(10)中的1/(1-u)2、1/(1+u)2進(jìn)行泰勒級(jí)數(shù)展開(kāi)，本文不考慮激勵(lì)電壓兩階諧波對(duì)納米梁振動(dòng)的影響，假設(shè)振動(dòng)系統(tǒng)是弱非線性系統(tǒng)，用小變量ε表示系統(tǒng)參數(shù)，得到納米梁非線性彎曲振動(dòng)方程為

2εδ1(1+2u+3u2+4u3)H56VaVdcosΩt-

εδ1(1-2u(t-τ)+3u2(t-τ)-

(11)

3 基于隧道效應(yīng)的納米梁非線性振動(dòng)控制

應(yīng)用多尺度法將方程(11)的近似解用以下形式進(jìn)行表示[24]

u(x,t,ε)=u0(x,T0,T1)+εu1(x,T0,T1)+…

(12)

式中：ε是無(wú)量綱參數(shù)；T0=t表示快變時(shí)間尺度；T1=εt表示慢變時(shí)間尺度。

將式(12)與其對(duì)時(shí)間的導(dǎo)數(shù)代入式(11)，令公式左右兩邊ε同次冪的系數(shù)相等，得到一組線性偏微分方程，即

(13)

(14)

考慮納米梁主共振的情況，取外激勵(lì)頻率近似等于固有頻率，則激勵(lì)頻率為

Ω*=ωk+εσ

(15)

式中：σ是激勵(lì)頻率調(diào)諧參數(shù)。

在時(shí)滯作用下，將式(13)的近似解表示成如下形式

(16)

(17)

將式(16)、(17)代入式(14)，經(jīng)模態(tài)正交化處理后，為避免出現(xiàn)久期項(xiàng)，要求函數(shù)A應(yīng)滿足

(18)

(19)

將復(fù)函數(shù)(19)及其共軛函數(shù)代入式(18)，分離方程的實(shí)部與虛部，得到在時(shí)滯作用下，一次近似解的振幅ak和相位角γk滿足的一階常微分方程為

(20)

(21)

為確定納米梁穩(wěn)態(tài)振動(dòng)時(shí)對(duì)應(yīng)的振幅ak和相位γk，令D1ak=D1γk=0，得到振幅和相位滿足的代數(shù)方程為

(22)

(23)

求得系統(tǒng)主共振的幅頻響應(yīng)方程和相頻響應(yīng)方程為

(24)

(25)

分析式(24)得，幅頻響應(yīng)方程振幅值與調(diào)諧參數(shù)、控制參數(shù)、時(shí)滯參數(shù)、激勵(lì)電壓和納米梁參數(shù)等有關(guān)。

(26)

式(26)對(duì)σ求導(dǎo)，令?Ek/?σ=0，在共振頻率點(diǎn)處下式成立

vkEk+σk=0

(27)

(28)

求得主共振的最大振幅akmax的兩個(gè)解為

(29)

分析式(29)可得，主共振的峰值大小與非線性因素?zé)o關(guān)。

4 數(shù)值模擬及分析

本文以Euler Bernoulli梁一階振動(dòng)模態(tài)為例進(jìn)行分析[13]，納米梁的參數(shù)值如表1所示，仿真得到系統(tǒng)非線性振動(dòng)分析與控制的幅頻響應(yīng)曲線圖。

圖3是振動(dòng)阻尼項(xiàng)隨時(shí)滯和反饋控制增益變化曲線。由圖可知，當(dāng)反饋控制增益一定時(shí)，阻尼項(xiàng)隨時(shí)滯參數(shù)呈周期性變化；當(dāng)時(shí)滯參數(shù)一定時(shí)，反饋控制增益也能改變阻尼項(xiàng)的數(shù)值。由此可得，通過(guò)改變反饋控制增益和時(shí)滯可以改變振動(dòng)阻尼項(xiàng)數(shù)值，擴(kuò)大了振動(dòng)控制的控制參數(shù)取值范圍。

表1 納米梁參數(shù)值Tab.1 Parameters of nanobeam

圖3 控制參數(shù)不同時(shí)，振動(dòng)阻尼項(xiàng)隨時(shí)滯參數(shù)變化曲線

Fig.3 Curves of the vibration damping term varying with time-delay parameters for different control parameters

圖4是時(shí)滯參數(shù)不同時(shí)，振動(dòng)阻尼項(xiàng)隨控制參數(shù)變化曲線。分析圖4得，在所選取范圍內(nèi)，當(dāng)控制參數(shù)保持一定時(shí)，時(shí)滯參數(shù)與振動(dòng)阻尼項(xiàng)之間呈線性變化，隨著控制參數(shù)的增加，振動(dòng)阻尼項(xiàng)隨之增大，保持控制參數(shù)不變，振動(dòng)阻尼項(xiàng)幅值大小隨時(shí)滯參數(shù)的增加而增大，這與圖3所得結(jié)論相一致。

圖4 時(shí)滯參數(shù)不同時(shí)，振動(dòng)阻尼項(xiàng)隨控制參數(shù)變化曲線Fig.4 Curves of the vibration damping term varying with control parameters for different time-delay parameters

圖5是系統(tǒng)振動(dòng)控制參數(shù)不同時(shí)的幅頻響應(yīng)曲線。分析圖5可得，在時(shí)滯參數(shù)保持不變的情況下，改變系統(tǒng)的控制參數(shù)對(duì)振幅的大小產(chǎn)生一定的影響，隨著控制參數(shù)的增大，系統(tǒng)的振幅逐漸減小。當(dāng)控制參數(shù)g1的取值為0時(shí)，在共振頻率點(diǎn)的左側(cè)，振幅隨著頻率的增大而增大，在共振頻率點(diǎn)的右側(cè)，出現(xiàn)非線性區(qū)間，系統(tǒng)振動(dòng)不穩(wěn)定。當(dāng)控制參數(shù)g1為0.6時(shí)，振幅峰值減小至0.30，振幅峰值點(diǎn)偏離共振頻率點(diǎn)的距離減小。當(dāng)控制參數(shù)g1的數(shù)值由0增加到0.6時(shí)，系統(tǒng)的最大振幅逐漸減小，系統(tǒng)振動(dòng)由不穩(wěn)定狀態(tài)趨于穩(wěn)定狀態(tài)。隨著控制參數(shù)幅值的增加，系統(tǒng)的振幅峰值點(diǎn)偏離共振頻率點(diǎn)的距離逐漸減小，系統(tǒng)的振動(dòng)逐漸趨于穩(wěn)定狀態(tài)。由此可得，增大系統(tǒng)振動(dòng)時(shí)的控制參數(shù)可以減弱系統(tǒng)振動(dòng)的非線性。

圖5 控制參數(shù)不同時(shí)的幅頻響應(yīng)曲線Fig.5 Amplitude-frequency curves with different control parameters

圖6是系統(tǒng)時(shí)滯參數(shù)不同時(shí)的幅頻響應(yīng)曲線。分析圖6可得，在系統(tǒng)振動(dòng)控制參數(shù)保持一定時(shí)，改變時(shí)滯反饋參數(shù)可以改變系統(tǒng)振幅的大小，振幅幅值隨時(shí)滯反饋參數(shù)的增大而減小。當(dāng)時(shí)滯反饋參數(shù)τ為0時(shí)，振幅峰值點(diǎn)向右偏離共振頻率點(diǎn)，系統(tǒng)表現(xiàn)為非線性振動(dòng)，當(dāng)時(shí)滯增益參數(shù)τ由0增加到0.02時(shí)，系統(tǒng)的振幅峰值點(diǎn)向右偏離共振頻率點(diǎn)的距離逐漸減小，系統(tǒng)振動(dòng)的非線性明顯減弱，逐漸趨于穩(wěn)定狀態(tài)。由此可得，選擇合適的時(shí)滯參數(shù)可以明顯降低系統(tǒng)振動(dòng)的非線性。

圖7是控制參數(shù)不同時(shí)，最大振幅隨時(shí)滯參數(shù)變化曲線。由圖7分析得，當(dāng)時(shí)滯參數(shù)保持不變時(shí)，隨著控制參數(shù)的增加，系統(tǒng)的最大振幅akmax隨之減小，當(dāng)控制參數(shù)保持一定時(shí)，最大振幅akmax隨時(shí)滯參數(shù)的改變呈周期性變化，這與公式(29)所得結(jié)論一致。

圖6 時(shí)滯參數(shù)不同時(shí)的幅頻響應(yīng)曲線Fig.6 Amplitude-frequency curves with different time-delay parameters

圖7 控制參數(shù)不同時(shí)，最大振幅隨時(shí)滯參數(shù)變化曲線Fig.7 Curves of the peak amplitude varying with time-delay parameters for different control parameters

圖8是時(shí)滯參數(shù)不同時(shí)，最大振幅隨控制參數(shù)變化曲線。分析圖8得，當(dāng)時(shí)滯參數(shù)一定時(shí)，最大振幅akmax隨控制參數(shù)的增加而線性減小，當(dāng)保持控制參數(shù)不變時(shí)，時(shí)滯參數(shù)越大，最大振幅akmax越小，這與公式(29)結(jié)論一致，也與圖7所得結(jié)論相對(duì)應(yīng)。

圖8 時(shí)滯參數(shù)不同時(shí)，最大振幅隨控制參數(shù)變化曲線Fig.8 Curves of the peak amplitude varying with control parameters for different time-delay parameters

圖9是時(shí)滯參數(shù)不同時(shí)，非線性項(xiàng)隨納米梁長(zhǎng)度變化曲線。非線性項(xiàng)是決定系統(tǒng)振動(dòng)是否穩(wěn)定的主要因素，將非線性項(xiàng)控制在合理的范圍內(nèi)有助于保證系統(tǒng)振動(dòng)的穩(wěn)定性。分析圖9可得，當(dāng)時(shí)滯參數(shù)一定時(shí)，非線性項(xiàng)νk隨納米梁長(zhǎng)度的增加而減小，當(dāng)納米梁的長(zhǎng)度保持一定時(shí)，時(shí)滯參數(shù)越大，非線性項(xiàng)νk隨之增大。由此可得，通過(guò)改變納米梁的時(shí)滯參數(shù)可以使系統(tǒng)振動(dòng)的非線性項(xiàng)控制在合理范圍內(nèi)，從而增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

圖9 時(shí)滯參數(shù)不同時(shí)，非線性項(xiàng)隨納米梁長(zhǎng)度變化曲線Fig.9 Curves of the nonlinear term varying with nanobeam length for different time-delay parameters

圖10是時(shí)滯參數(shù)不同時(shí)，時(shí)滯非線性項(xiàng)隨納米梁長(zhǎng)度變化曲線。由圖10可得，當(dāng)時(shí)滯反饋參數(shù)一定時(shí)，時(shí)滯非線性項(xiàng)隨納米梁長(zhǎng)度的增加而增大，當(dāng)納米梁的長(zhǎng)度一定時(shí)，時(shí)滯非線性項(xiàng)ντ隨時(shí)滯反饋參數(shù)的增大而增大。由此可得，選取合適的時(shí)滯參數(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)納米梁非線性振動(dòng)的控制。

圖10 時(shí)滯參數(shù)不同時(shí)，時(shí)滯非線性項(xiàng)隨納米梁長(zhǎng)度變化曲線Fig.10 Curves of the time-delay nonlinear term varying with nanobeam length for different time-delay parameters

圖11和圖12分別是直流激勵(lì)電壓幅值和交流激勵(lì)電壓幅值不同時(shí)的幅頻響應(yīng)曲線。由圖可知，隨著直流或交流電壓幅值的減小，系統(tǒng)振動(dòng)的振幅峰值隨之減小，系統(tǒng)的非線性減弱。當(dāng)直流或交流激勵(lì)電壓幅值相對(duì)較大時(shí)，振幅隨頻率的變化呈非線性變化趨勢(shì)，振動(dòng)不穩(wěn)定；當(dāng)直流或交流電壓幅值逐漸減小時(shí)，系統(tǒng)非線性減弱。當(dāng)振動(dòng)頻率一定時(shí)，隨著直流或交流激勵(lì)電壓幅值的減小，系統(tǒng)的振動(dòng)幅度逐漸減小，衰減幅度分別為52%和48%，振幅峰值點(diǎn)處頻率逐漸趨于共振頻率，且系統(tǒng)振動(dòng)由非線性振動(dòng)趨于線性振動(dòng)。由此可得，降低直流或交流激勵(lì)電壓幅值可以減弱甚至消除系統(tǒng)的非線性。

圖11 直流激勵(lì)電壓幅值不同時(shí)的幅頻響應(yīng)曲線Fig.11 Amplitude-frequency curves for different amplitude of direct current excitation voltage

圖12 交流激勵(lì)電壓幅值不同時(shí)的幅頻響應(yīng)曲線Fig.12 Amplitude-frequency curves for different amplitude of alternating current excitation voltage

為了證明本文理論分析的正確性，對(duì)本文多尺度近似解析方法和數(shù)值方法的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析。數(shù)值方法(Long Time Integration，LTI)計(jì)算結(jié)果在圖中表示為不連續(xù)的離散點(diǎn)，多尺度方法(Method of Multiple Scales，MMS)計(jì)算結(jié)果用實(shí)線表示。時(shí)滯參數(shù)分別取τ=0和τ=0.02。由圖13可知，理論分析結(jié)果與數(shù)值計(jì)算結(jié)果符合較好，兩種計(jì)算結(jié)果的一致性表明本文的理論公式分析方法具有一定的合理性。

圖13 多尺度方法與數(shù)值運(yùn)算結(jié)果比較Fig.13 Comparison of calculation results between the method of multiple scales and the numerical integration

5 結(jié) 論

(1) 直流和交流激勵(lì)電壓幅值、系統(tǒng)振動(dòng)時(shí)的控制參數(shù)都是影響系統(tǒng)振幅的因素，改變其中任何一個(gè)參數(shù)均對(duì)系統(tǒng)振動(dòng)時(shí)的振幅產(chǎn)生較大的影響。通過(guò)適當(dāng)減小直流或交流激勵(lì)電壓幅值、選擇適當(dāng)?shù)目刂茀?shù)可以減小系統(tǒng)的振動(dòng)幅值。

(2) 選取合適的控制參數(shù)和時(shí)滯參數(shù)可以減小系統(tǒng)振動(dòng)時(shí)的振幅，同時(shí)對(duì)振動(dòng)阻尼項(xiàng)產(chǎn)生一定的影響，可以有效的對(duì)系統(tǒng)振動(dòng)時(shí)的非線性進(jìn)行控制與調(diào)節(jié)，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

(3) 分析幅頻響應(yīng)曲線可得，當(dāng)納米梁各參數(shù)值保持一定時(shí)，通過(guò)適當(dāng)減小直流或交流激勵(lì)電壓幅值、選取合適的時(shí)滯參數(shù)和控制增益可以減弱系統(tǒng)振動(dòng)的非線性。