AFM壓電驅(qū)動(dòng)器建模與控制研究.pdf

1、在人類探究微觀世界的過程中，微定位技術(shù)逐步發(fā)展起來。原子力顯微鏡作為一種微顯微成像與微納米操控的設(shè)備，其原子級(jí)的分辨率使得納米科技獲得了蓬勃發(fā)展。目前的商用原子力顯微鏡多采用壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器作為三自由度微定位器。但壓電材料固有的遲滯非線性特性及振動(dòng)特性等，限制了原子力顯微鏡的成像速率，使其不能滿足對(duì)動(dòng)態(tài)樣本實(shí)時(shí)觀察、操作的要求，原子力顯微鏡的適用性受到了極大的限制。因此本文將從系統(tǒng)和控制的角度出發(fā)，在不降低原子力顯微鏡成像精度的前提下，實(shí)

2、現(xiàn)壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器的快速掃描控制，提高原子力顯微鏡的成像速率。
　　 本文以山東省科技攻關(guān)項(xiàng)目“微系統(tǒng)可靠智能原子成像及操控關(guān)鍵技術(shù)”為背景，主要工作如下：
　　 I.壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器性能分析
　　 分析壓電陶瓷材料的伸縮機(jī)理，介紹了壓電效應(yīng)與逆壓電效應(yīng)；探討了壓電陶瓷堆棧式驅(qū)動(dòng)器作為微定位驅(qū)動(dòng)器時(shí)，影響納米定位精度的因素，如蠕變特性、遲滯特性、振動(dòng)特性等。
　　 II.遲滯非線性特性補(bǔ)償
　　 針對(duì)

3、壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器在大范圍掃描下影響明顯的遲滯特性，指出了經(jīng)典PI遲滯模型的不足之處，并利用改進(jìn)的PI模型，設(shè)計(jì)前饋控制器來補(bǔ)償遲滯非線性特性。
　　 III.振動(dòng)特性補(bǔ)償
　　 建立了微位移平臺(tái)線性振動(dòng)模型，并分別設(shè)計(jì)了基于多項(xiàng)式的極點(diǎn)配置控制器，正位置反饋控制器，諧振控制器對(duì)系統(tǒng)第一諧振模態(tài)點(diǎn)進(jìn)行抑制，從而達(dá)到削弱振動(dòng)特性影響的目的。
　　 IV.高速微定位系統(tǒng)控制
　　 根據(jù)壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器的機(jī)理構(gòu)造，將