發(fā)布時間：2020-07-22 23:42

【摘要】：原子力顯微鏡從研發(fā)之初至今作為納米領域重要的研究工具之一,始終起著舉足輕重的作用。目前商用的AFM控制系統(tǒng)一般采用PID控制算法實現對壓電陶瓷驅動器的精密控制。但是壓電陶瓷具有復雜的非線性特性,簡單的PID控制器難以實現對壓電陶瓷驅動器的精密控制,不僅影響原子力顯微鏡的掃描速度,也影響其測試精度。因此許多團隊通過改進壓電陶瓷驅動器及控制算法來優(yōu)化原子力顯微鏡系統(tǒng)。相比改進壓電陶瓷而言優(yōu)化控制器算法具有成本低,適用性廣等優(yōu)點。本文針對目前原子力顯微鏡的發(fā)展現狀,進一步做了總結分析,針對常規(guī)的PID算法以及BP神經網絡的不足,分別做出了相應的改進,并將兩者相結合從而得到更加智能化的控制方法。引入BP神經網絡之后的智能控制算法可以體現出參數自學習、自整定以及自適應的優(yōu)勢,應用于原子力顯微鏡控制系統(tǒng)中可以使AFM獲得自學習的能力,從而增強其系統(tǒng)的實時性以及精確性。通過對壓電陶瓷的精密控制可使得掃描所得圖像質量更好,且可使系統(tǒng)具有更強的魯棒性。AFM的仿真系統(tǒng)可以為其研究提供方便快捷的第一手資料,對于該方面的研究也是微納領域的一個重點研究方向。構建了AFM仿真平臺,分析了其基本工作原理和系統(tǒng)中執(zhí)行機構的非線性以及時變性,用Simulink結合S函數實現了AFM在接觸以及輕敲兩種工作模式下的過程仿真,分析并模擬樣品表面形貌信號,在該平臺上對結合BP神經網絡的改進PID算法進行了驗證。
【學位授予單位】：長春理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TP183;TH742
【圖文】：

STM）基礎上發(fā)展起來的，早在 1981 年，Gerd Binning 和 Heinrieh發(fā)了世界上第一臺掃描隧道顯微鏡，并識別了 Si(111)-7×7 表面原子[13]�；诹孔铀淼佬腟TM可以在原子級別分辨率上測量樣品表面人們可以在微觀領域觀察到原子的排布以及表面電子的實時行為。S功標志著人類對微觀領域的研究邁出了成功的一步，這項發(fā)明對于領域有著里程碑式的意義。其工作原理如圖 1.1 所示，隧道電流的表1-1）描述。12A f lI V ∝ 中V 代表偏置電壓；A為常數，真空條件下約為 1；f 代表表面平均功針尖到樣品表面的距離； I 表示隧道電流。

圖 1.2 NX-10 型原子力顯微鏡arch 公司生產的 MFP-3D 系列 AFM 由于采用了一代原子力顯微鏡的代表”在業(yè)界受到一致好評 80 年代末，在白春禮院士指導下成功研制了描探針顯微鏡的研究當中，且扮演著越來越重PM5500 集成有AFM、LFM 以及STM，且具有一納超大樣品的功能。

1.4.2 智能控制的發(fā)展智能控制的出現使得控制理論達到了一個新的高度，如圖1.3所示為控制理論的發(fā)展歷程[23]。開環(huán)控制反饋控制最優(yōu)控制隨機控制自適應控制自學習控制智能控制對象復雜度圖 1.3 控制理論的發(fā)展歷程人工智能的浪潮對控制理論的影響由來已久，早在1965年，美國科學家傅京遜首次將AI技術與控制理論相結合，把AI的啟發(fā)推理規(guī)則用于控制理論當中，后來在1971年論述了二者之間的關系。同樣在1965年，Zadeh發(fā)表了“模糊集合”，為模糊控制理論奠定了堅實的基礎。基于前人的研究成果，1977年G.N.Saridis在智能控制領域引入了運籌學

【參考文獻】

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本文編號：2766533