基于迟滞非线性控制的导体微观表面检测技术

发布时间：2021-08-24 08:21

　　纳米技术在高性能材料的制备、微电子技术、生物技术以及航空航天技术等领域发挥着越来越重要的作用。要在纳米尺度上对材料及其结构进行研究,就必须要有高精度的微观表面检测技术及其设备,如扫描隧道显微镜（STM,Scanning Tunneling Microscope）。扫描器是微观表面检测设备的核心部件,对其有位移精度高、响应速度快的要求,所以通常采用压电驱动器作为扫描器的驱动元件。首先设计了一套导体微观表面检测硬件系统,并对系统硬件进行了组装,该系统硬件由驱动机构、探针、隧道电流检测电路、控制与信号采集设备以及隔振台组成。基于电化学腐蚀,设计了薄膜法制备钨探针,得到了尖端曲率半径约40nm的探针;为了得到隧道电流,基于高输入阻抗法设计了一套隧道电流检测电路,该电路采用两级放大,通过四阶巴特沃斯滤波器进行滤波处理。而且,针对STM控制系统的隧道电流搜索控制和扫描控制两个工作过程,分别设计了控制系统,并将迟滞逆模型与PID的复合控制用于STM扫描器控制中。实验结果表明:扫描器相对定位误差由控制前的10.48%降低到2.06%,光栅周期相对测量误差由12.50%降低到0.05%,线宽相对测量误差... 

【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校

【文章页数】：67 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
注释表
缩略词
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 用于微观表面检测的SPM技术研究现状
        1.2.2 压电驱动器及其迟滞非线性控制研究现状
    1.3 本文的研究内容安排
第二章 基于隧道效应的导体微观表面检测系统
    2.1 引言
    2.2 基于隧道效应的导体微观表面检测工作原理
    2.3 工作模式
    2.4 基于隧道效应的导体微观表面检测系统设计
        2.4.1 驱动机构设计
        2.4.2 探针制备
        2.4.3 隧道电流检测电路设计
        2.4.4 控制与信号采集设备
        2.4.5 隔振平台
    2.5 本章小结
第三章 电化学腐蚀法制备探针
    3.1 引言
    3.2 探针对STM扫描结果的影响
    3.3 制备探针的方法
        3.3.1 电化学腐蚀法制备STM探针
        3.3.2 机械剪切法制备STM探针
    3.4 薄膜法制备STM探针
        3.4.1 实验装置
        3.4.2 实验过程与结果分析
    3.5 本章小结
第四章 隧道电流检测电路设计
    4.1 引言
    4.2 微弱电流检测技术
    4.3 隧道电流检测电路
        4.3.1 主要器件的选择
        4.3.2 总体设计方案
        4.3.3 硬件设计与制作
    4.4 隧道电流检测电路测试
    4.5 本章小结
第五章 基于迟滞补偿的导体微观表面检测控制系统
    5.1 引言
    5.2 控制系统设计
        5.2.1 总体设计方案
        5.2.2 基于迟滞逆模型的微位移控制原理
    5.3 压电驱动器的迟滞模型
        5.3.1 常用的迟滞模型
        5.3.2 Maxwell模型与改进的Maxwell模型
    5.4 本章小结
第六章 基于迟滞非线性控制的导体微观表面检测实验
    6.1 实验装置
    6.2 实验结果与分析
        6.2.1 电压控制扫描
        6.2.2 迟滞逆模型控制扫描
        6.2.3 迟滞逆模型与PID复合控制扫描
    6.3 本章小结
第七章 结论
    7.1 总结
    7.2 研究展望
参考文献
致谢
在学期间的研究成果及发表的学术论文


【参考文献】：
期刊论文
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[2]扫描探针显微镜的控制技术综述[J]. 彭超,徐红兵,张健.  控制理论与应用. 2011(03)
[3]基于动态PREISACH算子的压电陶瓷动态迟滞智能建模[J]. 张新良,谭永红.  系统仿真学报. 2009(09)
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博士论文
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硕士论文
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[4]微电流检测方法的研究[D]. 王卫勋.西安理工大学 2007
[5]空间用精密微位移平台的研究[D]. 黄金永.浙江大学 2004



本文编号：3359637