改进迭代学习控制在原子力显微镜系统中的应用

发布时间：2020-12-08 18:17

　　根据原子间相互力的作用通过原子力显微镜（Atomic Force Microscope,简称AFM）可以获得纳米样品的三维形貌,目前商用AFM系统通常采用传统PI控制算法实现对样品扫描成像。但是AFM系统操作复杂以及压电陶瓷非线性特性,使传统PI控制器很难获得清晰完整的样品图像,对控制算法进行改进优化是实现可靠的高精度AFM扫描成像的关键技术之一。本文针对PI控制器测量精度不足的缺点,通过自制AFM系统建立了AFM系统仿真平台,研究了控制参数对AFM系统的影响,并整定了系统经验控制参数。根据压电陶瓷位移平台的扫描运动具有重复性,符合迭代学习控制算法的要求,从而设计了开环PID型迭代学习控制算法以及闭环PID型迭代学习控制算法,并通过仿真实验研究了两种控制算法对期望信号的跟踪性能。针对非线性复杂AFM系统,常规PID型迭代学习算法自适应能力明显不足的缺点,通过将模糊自适应控制与闭环PID型迭代学习控制与传统PI控制相结合,设计了模糊自适应闭环迭代学习PI控制器（Fuzzy Adaptive Closed-loop Iterative Learning PI Controller,简称FA... 

【文章来源】：长春理工大学吉林省

【文章页数】：78 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

自制AFM系统组成原理框图

第2章AFM系统仿真平台设计16图2.16压电陶瓷控制器闭环控制示意图图2.17压电陶瓷位移平台输出电压值随时间变化响应曲线图2.18删除平稳电压值压电陶瓷位移平台阶跃响应曲线图2.19滤波后压电陶瓷位移平台阶跃响应曲线

第 2 章 AFM 系统仿真平台设计 得到，四象限光电探测器在[-0.8,0.8]mm 区间上电压值近似线性变化, 探测器上光斑位置与电压值拟合曲线如图 2.22 所示,经过线性拟合后得到四象限光电探测器数学模型为: g(x) 694.498x 32.025 （2-9）

【参考文献】：
期刊论文
[1]偏心轴磨削迭代学习模糊自适应PID控制技术研究[J]. 裴召俭,韩秋实,彭宝营,李启光.  组合机床与自动化加工技术. 2019(03)
[2]基于迭代学习控制的原子力显微镜成像[J]. 李丹,邹见效.  电子科技大学学报. 2018(05)
[3]基于温漂补偿模型的原子力图像重构[J]. 栾方军,张野,袁帅,师金钢,阚凤龙.  计算机工程与设计. 2017(12)
[4]适用于AFM的数字智能反馈控制器设计[J]. 王艳艳,吴森.  电子显微学报. 2017(02)
[5]凸轮高速磨削廓形误差模糊自适应PID迭代学习控制[J]. 陈砚坤,韩秋实,彭宝营,夏怀健.  组合机床与自动化加工技术. 2016(09)
[6]AFM反馈系统仿真模型的建立及实验[J]. 王艳艳.  电子显微学报. 2016(03)
[7]基于局部扫描的实时反馈纳米操作系统[J]. 侯静,袁帅,许可,李孟歆,吴成东.  沈阳工业大学学报. 2016(01)
[8]基于迭代学习的PID控制器在直流电机控制中的应用[J]. 陈建强,徐洪泽.  微特电机. 2013(02)
[9]AFM扫描参数对样品粗糙度测量的影响[J]. 王子仪,张荣君,郑玉祥,张振生,李海涛.  实验室研究与探索. 2013(02)
[10]压电陶瓷执行器迟滞的滑模逆补偿控制[J]. 赖志林,刘向东,耿洁,李黎.  光学精密工程. 2011(06)

博士论文
[1]基于AFM的活性生物样品宽带纳米力学特性测量技术研究[D]. 阎波.电子科技大学 2019
[2]高速原子力显微镜的成像方法研究[D]. 董晓坤.南开大学 2012
[3]原子力显微镜成像与纳米操作控制的研究[D]. 周娴玮.南开大学 2009

硕士论文
[1]原子力显微镜纳米级定位平台设计与测试技术研究[D]. 武兴盛.中北大学 2019
[2]改进的迭代学习控制算法及其鲁棒性分析[D]. 熊战磊.郑州大学 2019
[3]基于模糊自适应控制的城轨列车牵引控制策略研究与仿真[D]. 王花.兰州交通大学 2018
[4]单层MoS2 FET的制备及其稳定性的研究[D]. 李东勇.清华大学 2017
[5]原子力显微镜远程细胞检测技术[D]. 刘元泽.长春理工大学 2017
[6]新型多扫描器原子力显微镜技术及系统[D]. 桑青.浙江大学 2013
[7]电渣炉的模糊迭代学习控制研究[D]. 范其明.东北大学 2011
[8]迭代学习控制理论的算法研究[D]. 顾大可.东北电力大学 2007



本文编号：2905477