当前位置:主页 > 科技论文 > 自动化论文 >

扫描隧道显微镜扫描器的迟滞非线性控制

发布时间:2018-10-10 07:50
【摘要】:压电驱动器被广泛应用于扫描隧道显微镜(scanning tunneling microscope,简称STM)的扫描器,但压电材料本身的迟滞非线性特性影响了STM的扫描精度。为了补偿由于迟滞非线性带来的扫描器控制误差,提高STM的扫描精度,基于迟滞非线性模型,设计了前馈控制器,并与PID反馈控制相结合。利用所设计的控制器进行了扫描实验,并与位移反馈控制扫描进行对比。实验结果表明,采用位移反馈控制时光栅周期相对测量误差和光栅线宽相对测量误差分别为4.41%和2.65%,采用迟滞逆模型与PID反馈的复合控制后,光栅周期相对测量误差和光栅线宽相对测量误差分别减小到1.26%和0.27%,迟滞引起的非线性误差得到了补偿,减小了扫描器控制误差,提高了扫描精度。
[Abstract]:Piezoelectric actuators are widely used in scanning tunneling microscope (STM) scanners, but the hysteresis nonlinearity of piezoelectric materials affects the scanning accuracy of STM. In order to compensate the scanner control error caused by hysteresis and improve the scanning accuracy of STM, a feedforward controller based on hysteresis nonlinear model is designed and combined with PID feedback control. The designed controller is used in the scanning experiment and compared with the displacement feedback control scan. The experimental results show that the relative measurement error of grating period and the relative measurement error of grating linewidth are 4.41% and 2.65% respectively when the displacement feedback control is adopted. The relative measurement error of grating period and the relative measurement error of grating linewidth are reduced to 1.26% and 0.27% respectively. The nonlinear error caused by hysteresis is compensated and the control error of scanner is reduced and the scanning accuracy is improved.
【作者单位】: 南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室;南京理工大学能源与动力工程学院;
【基金】:国家重点基础研究发展计划(“九七三”计划)资助项目(2015CB057501) 国家自然科学基金资助项目(11372133&51405235) 中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(NE2015001&NE2015101) 中国博士后特别资助项目(2014T70514) 江苏省基金重点资助项目(BK20150061) 江苏高校优势学科建设工程资助项目
【分类号】:TH742;TP273

【参考文献】

相关期刊论文 前6条

1 王贞艳;张臻;周克敏;毛剑琴;;压电作动器的动态迟滞建模与H_∞鲁棒控制[J];控制理论与应用;2014年01期

2 裘进浩;陈海荣;陈远晟;杜建周;;压电驱动器的非对称迟滞模型[J];纳米技术与精密工程;2012年03期

3 陈辉;谭永红;周杏鹏;张亚红;董瑞丽;;压电陶瓷执行器的动态模型辨识与控制[J];光学精密工程;2012年01期

4 彭超;徐红兵;张健;;扫描探针显微镜的控制技术综述[J];控制理论与应用;2011年03期

5 黄强先,高桥健,初泽毅;基于电化学研磨的SPM钨探针制备方法研究[J];仪器仪表学报;2005年03期

6 杨学恒,陈安,何光宏,冯晓娟,王应芳,詹捷,唐志良;扫描隧道显微镜系统[J];重庆大学学报(自然科学版);2001年03期

相关博士学位论文 前1条

1 陈远晟;压电驱动器的迟滞非线性建模与控制[D];南京航空航天大学;2013年

相关硕士学位论文 前1条

1 王卫勋;微电流检测方法的研究[D];西安理工大学;2007年

【共引文献】

相关期刊论文 前10条

1 孙中梁;崔玉国;刘康;万光继;赵余杰;李勇;;采用变间隔阈值PI模型的压电平台前馈控制[J];压电与声光;2017年03期

2 季宏丽;孙宏君;裘进浩;陈远晟;朱孔军;;扫描隧道显微镜扫描器的迟滞非线性控制[J];振动.测试与诊断;2017年02期

3 宋林;崔玉国;万光继;赵余杰;刘尔春;方凡;;基于阈值优化迟滞模型的压电微定位平台前馈控制[J];宁波大学学报(理工版);2017年02期

4 孙涛;李国平;孙浩益;;基于Duhem模型和逆模型的压电执行器精密定位及控制[J];宁波大学学报(理工版);2017年01期

5 潘伟;关妍;;原子力显微镜实验教学中的一些问题探讨[J];高校实验室工作研究;2016年04期

6 倪开灶;刘世杰;吴周令;陈坚;;激光聚焦线扫描法测量KDP晶体坯片的体缺陷[J];光学精密工程;2016年12期

7 胡俊峰;郑昌虎;蔡建阳;;基于支持向量机的压电微操作平台非线性特性描述[J];中国机械工程;2016年22期

8 马宏伟;须颖;安冬;邵萌;池东亮;;基于三段PI模型的压电驱动器迟滞补偿方法[J];纳米技术与精密工程;2017年01期

9 江国栋;王晓东;;基于PI逆模型的压电执行器复合控制[J];压电与声光;2016年04期

10 胡凯明;文立华;;PBP驱动器率相关迟滞特性研究及其线性化控制[J];机械工程学报;2016年12期

相关博士学位论文 前2条

1 李建平;步进式压电驱动基础理论与试验研究[D];吉林大学;2016年

2 靳宏;基于压电叠堆的大力矩微位移平台研究[D];东南大学;2016年

相关硕士学位论文 前10条

1 王志丹;光学浊度传感器的设计与实现[D];南京信息工程大学;2016年

2 高翔华;高精度线偏振辐射计数据采集系统设计[D];安徽大学;2016年

3 陈祥鹏;基于光电二极管的核辐射探测仪器的研制[D];中国地质大学(北京);2016年

4 涂洁;便携芯片电泳非接触电导检测研究[D];华中科技大学;2015年

5 商庆健;基于数字锁相放大器的微弱光电信号检测研究[D];兰州交通大学;2015年

6 梁慧筠;便携式电化学检测系统的研制[D];东南大学;2015年

7 孙宏君;基于迟滞非线性控制的导体微观表面检测技术[D];南京航空航天大学;2015年

8 方正;离子迁移型新型气体流量计的研究[D];浙江大学;2015年

9 张顺盛;模块化EI源电路控制系统的研究与研制[D];东华理工大学;2014年

10 李文昭;空气离子测量系统的研究与设计[D];河北大学;2014年

【二级参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 柳萍;毛剑琴;刘青松;周克敏;;率相关超磁致伸缩作动器的建模与H_∞鲁棒控制[J];控制理论与应用;2013年02期

2 赖志林;刘向东;耿洁;李黎;;压电陶瓷执行器迟滞的滑模逆补偿控制[J];光学精密工程;2011年06期

3 魏强;吴顺伟;曹会国;胡承忠;李现明;;基于迟滞观测器的压电工作台自适应控制[J];纳米技术与精密工程;2011年02期

4 王生怀;陈育荣;王淑珍;谢铁邦;;三维精密位移系统的设计[J];光学精密工程;2010年01期

5 王代华;朱炜;;WTYD型压电陶瓷微位移器的迟滞特性建模与实验验证[J];光学精密工程;2010年01期

6 舒亮;陈定方;卢全国;;一种新的磁滞非线性前馈补偿算法[J];自动化学报;2009年07期

7 张栋;张承进;魏强;;压电微动工作台的动态迟滞模型[J];光学精密工程;2009年03期

8 王湘江;王兴松;;基于KP模型的GMA迟滞系统辨识与补偿[J];中国机械工程;2008年10期

9 刘向东;刘宇;李黎;;一种新广义Preisach迟滞模型及其神经网络辨识[J];北京理工大学学报;2007年02期

10 王岳宇;赵学增;;补偿压电陶瓷迟滞和蠕变的逆控制算法[J];光学精密工程;2006年06期

相关硕士学位论文 前2条

1 李方方;微弱信号检测与采集技术的研究[D];哈尔滨工业大学;2006年

2 王月娥;微电流测量方法的研究[D];西安理工大学;2005年

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 向东;王青玲;柳金凤;何开华;;在扫描隧道显微镜实验中开展研究性学习[J];实验室研究与探索;2007年03期

2 姜宇;徐送宁;;扫描隧道显微镜探针针尖的制作[J];中国高新技术企业;2008年09期

3 柴立全;杨乐;;扫描隧道显微镜的技术研究[J];实验室科学;2008年04期

4 齐磊;曹剑英;;扫描隧道显微镜简介[J];赤峰学院学报(自然科学版);2013年03期

5 沈电洪;王昌衡;林彰达;;扫描隧道显微镜的工作原理及其进展[J];国外科学仪器;1985年05期

6 戴道宣;扫描隧道显微镜[J];物理;1985年04期

7 姚骏恩;商广义;焦越坎;艺苑;白春礼;贺节;钟集昌;荣德年;;一种原子分辨率扫描隧道显微镜[J];电子显微学报;1988年01期

8 姚骏恩;;扫描隧道显微镜的进展——1989年第四届国际扫描隧道显微镜会议概况[J];国外科学仪器;1989年03期

9 陈虞峰,黄金林;扫描隧道显微镜[J];真空科学与技术;1989年02期

10 陈虞峰,黄金林,许卫,华中一;扫描隧道显微镜的一种新模式[J];真空科学与技术;1989年05期

相关会议论文 前10条

1 姚骏恩;商广义;贺节;;大范围高分辨扫描隧道显微镜的研究[A];第六次全国电子显微学会议论文摘要集[C];1990年

2 梁景洪;刘玲;魏奕民;李纪军;颜佳伟;毛秉伟;;扫描隧道显微镜裂结法测量银量子电导[A];中国化学会第27届学术年会第04分会场摘要集[C];2010年

3 沈学浩;叶曦;;浅谈教学型扫描隧道显微镜的使用与维护[A];第六届全国高等学校物理实验教学研讨会论文集(下册)[C];2010年

4 金闲驰;卫东;马志博;戴东旭;杨学明;;用于表面光化学研究的低温扫描隧道显微镜的设计、搭建与调试[A];第十三届全国化学动力学会议报告摘要集[C];2013年

5 李梦超;傅星;胡小唐;;扫描隧道显微镜振动补偿技术的研究[A];全国生产工程第九届年会暨第四届青年科技工作者学术会议论文集(二)[C];2004年

6 李彦;林昌健;卓向东;;扫描微电极与扫描隧道显微镜联用系统及其微探针研究[A];2006年全国腐蚀电化学及测试方法学术会议论文集[C];2006年

7 李超;向菲菲;王仲平;刘小青;蒋丹凤;王立;;通过扫描隧道显微镜对单个二氯酞菁锡分子在铜(100)表面的室温操纵[A];中国化学会第29届学术年会摘要集——第01分会:表面物理化学[C];2014年

8 李彦;胡融刚;卓向东;林昌健;;扫描微电极技术与扫描隧道显微镜联用系统的研制[A];第十三次全国电化学会议论文摘要集(下集)[C];2005年

9 陈曦;;超高真空极低温强磁场扫描隧道显微镜的研制[A];中国真空学会2006年学术会议论文摘要集[C];2006年

10 时东霞;Joshua B.Ballard;Erin S.Carmichael;Joseph W.Lyding;Martin Gruebele;;激光辅助扫描隧道显微镜对纳米碳管的研究[A];中国化学会第二十五届学术年会论文摘要集(上册)[C];2006年

相关重要报纸文章 前3条

1 本报记者 孙利华 实习生 许彬 通讯员 彭为民;“做自己想要做的事”[N];洛阳日报;2006年

2 李含);诺奖获得者 Heinrich Rohrer做客清华论坛[N];新清华;2007年

3 毛黎邋冯卫东;美德科学家提出电子器件存储新机制[N];科技日报;2007年

相关博士学位论文 前10条

1 孟文杰;27T水冷磁体扫描隧道显微镜原子分辨率成像[D];中国科学技术大学;2016年

2 王纪浩;高稳定溶液扫描隧道显微镜研制及蛋白质亚分子特征成像[D];中国科学技术大学;2016年

3 郭颖;适用于极端与恶劣环境中的扫描隧道显微镜的研制[D];中国科学技术大学;2014年

4 李全锋;超快与强磁场扫描隧道显微镜研制[D];中国科学技术大学;2012年

5 潘拴;金属表面分子吸附体系表征与调控的扫描隧道显微学研究[D];中国科学技术大学;2009年

6 侯玉斌;高精密扫描隧道显微镜及原子力显微镜研制[D];中国科学技术大学;2009年

7 张超;不同衬底上分子的扫描隧道显微镜诱导发光研究[D];中国科学技术大学;2011年

8 谢楠;超快激光耦合扫描隧道显微镜的研制和功能化材料的研究[D];南开大学;2013年

9 王俊听;低温扫描隧道显微镜系统研制及层状材料缺陷研究[D];中国科学技术大学;2014年

10 陈留国;扫描隧道显微镜诱导发光中的光学检测和单分子发光研究[D];中国科学技术大学;2011年

相关硕士学位论文 前10条

1 刘佩;扫描隧道显微镜研究芴衍生物在石墨表面的自组装[D];华南理工大学;2015年

2 姜建伟;多层锌卟啉分子薄膜扫描隧道显微镜诱导发光[D];华东师范大学;2015年

3 阳朝龙;Bi_2Te_3(111)表面超薄Pb膜的制备以及Bi_2Te_3(111)表面与水的反应[D];南京大学;2016年

4 余玉婷;MPS自组装的Au(111)单晶上的电沉积铜和钯的扫描隧道显微镜的研究[D];福州大学;2014年

5 李翔;关于扫描隧道显微镜系统的研究[D];南京邮电大学;2016年

6 韩旭;显微监控型扫描隧道显微镜研制[D];浙江大学;2016年

7 伏明明;大范围、高深—宽比扫描隧道显微镜技术研究[D];浙江大学;2010年

8 李俚;检测超精表面的扫描隧道显微镜样机的研制及应用研究[D];广西大学;2002年

9 马尚行;扫描隧道显微镜的新方法研究和系统研制[D];浙江大学;2005年

10 张建明;扫描隧道显微镜运行及图像重建软件研究[D];重庆大学;2003年



本文编号:2261225

资料下载
论文发表

本文链接:https://www.wllwen.com/kejilunwen/zidonghuakongzhilunwen/2261225.html


Copyright(c)文论论文网All Rights Reserved | 网站地图 |

版权申明:资料由用户c1242***提供,本站仅收录摘要或目录,作者需要删除请E-mail邮箱bigeng88@qq.com