【摘要】：原子力顯微鏡從研發(fā)之初至今作為納米領(lǐng)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(shí)現(xiàn)對(duì)壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器的精密控制。但是壓電陶瓷具有復(fù)雜的非線性特性,簡(jiǎn)單的PID控制器難以實(shí)現(xiàn)對(duì)壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)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(cè)試精度。因此許多團(tuán)隊(duì)通過改進(jìn)壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器及控制算法來優(yōu)化原子力顯微鏡系統(tǒng)。相比改進(jìn)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(diǎn)。本文針對(duì)目前原子力顯微鏡的發(fā)展現(xiàn)狀,進(jìn)一步做了總結(jié)分析,針對(duì)常規(guī)的PID算法以及BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的不足,分別做出了相應(yīng)的改進(jìn),并將兩者相結(jié)合從而得到更加智能化的控制方法。引入BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)之后的智能控制算法可以體現(xiàn)出參數(shù)自學(xué)習(xí)、自整定以及自適應(yīng)的優(yōu)勢(shì),應(yīng)用于原子力顯微鏡控制系統(tǒng)中可以使AFM獲得自學(xué)習(xí)的能力,從而增強(qiáng)其系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性以及精確性。通過對(duì)壓電陶瓷的精密控制可使得掃描所得圖像質(zhì)量更好,且可使系統(tǒng)具有更強(qiáng)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(duì)于該方面的研究也是微納領(lǐng)域的一個(gè)重點(diǎn)研究方向。構(gòu)建了AFM仿真平臺(tái),分析了其基本工作原理和系統(tǒng)中執(zhí)行機(jī)構(gòu)的非線性以及時(shí)變性,用Simulink結(jié)合S函數(shù)實(shí)現(xiàn)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(hào),在該平臺(tái)上對(duì)結(jié)合BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的改進(jìn)PID算法進(jìn)行了驗(yàn)證。
【學(xué)位授予單位】：長(zhǎng)春理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TP183;TH742
【圖文】：

STM）基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，早在 1981 年，Gerd Binning 和 Heinrieh發(fā)了世界上第一臺(tái)掃描隧道顯微鏡，并識(shí)別了 Si(111)-7×7 表面原子[13]�；诹孔铀淼佬�(yīng)的STM可以在原子級(jí)別分辨率上測(cè)量樣品表面人們可以在微觀領(lǐng)域觀察到原子的排布以及表面電子的實(shí)時(shí)行為。S功標(biāo)志著人類對(duì)微觀領(lǐng)域的研究邁出了成功的一步，這項(xiàng)發(fā)明對(duì)于領(lǐng)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(shù)，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(chǎn)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(píng) 80 年代末，在白春禮院士指導(dǎo)下成功研制了描探針顯微鏡的研究當(dāng)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(xiàn)使得控制理論達(dá)到了一個(gè)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(jī)控制自適應(yīng)控制自學(xué)習(xí)控制智能控制對(duì)象復(fù)雜度圖 1.3 控制理論的發(fā)展歷程人工智能的浪潮對(duì)控制理論的影響由來已久，早在1965年，美國科學(xué)家傅京遜首次將AI技術(shù)與控制理論相結(jié)合，把AI的啟發(fā)推理規(guī)則用于控制理論當(dāng)中，后來在1971年論述了二者之間的關(guān)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(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。基于前人的研究成果，1977年G.N.Saridis在智能控制領(lǐng)域引入了運(yùn)籌學(xué)

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2766533