SECM微纳米定位建模及控制器设计

为适应扫描电化学显微镜（SECM）常规应用中100nm左右的微定位精度需求,同时降低其微定位控制器的成本,在分析SECM压电工作台运动定位数学模型的基础上,结合SECM实际应用中的特点,将压电工作台数学模型进行了合理的简化,并在此基础上设计了算法简单且易于实现的开环微定位控制器。以CHI900B型扫描电化学显微镜的三维压电工作台为实验对象进行建模和控制器设计,实验结果表明,压电工作台运动定位平均跟踪误差和最大跟踪误差分别为0.093、0.115μm,误差约0.1μm,可满足SECM常规应用中的微定位精度需求。建模过程和控制器设计简单易行且无须额外的微定位传感器,适于SECM的常规应用。     

电化学扫描探针显微镜在表面微/纳米加工的应用

概述了在固 /液界面微 /纳米加工中经常采用的三种电化学扫描探针显微镜 (EC SPM )技术 ,分别讨论了电化学扫描隧道显微镜 (EC STM )、电化学原子力显微镜 (EC AFM )和扫描电化学显微镜 (SECM )在应用于微 /纳米加工时的基本原理和各种方法 ,并综合比较和分析了这三种技术的优缺点     

电化学扫描探针显微镜在表面微/纳米加工的应用

概述了在固/液界面微/纳米加工中经常采用的三种电化学扫描探针显微镜(EC-SPM)技术,分别讨论了电化学扫描隧道显微镜(EC-STM)、电化学原子力显微镜(EC-AFM)和扫描电化学显微镜(SECM)在应用于微/纳米加工时的基本原理和各种方法,并综合比较和分析了这三种技术的优缺点.     

STM微位移工作台的遗传神经网络控制技术

为了提高扫描隧道显微镜微位移工作台的定位精度,提出了一种基于遗传算法的神经网络PID控制方案。微位移工作台以压电陶瓷为驱动器、柔性铰链为导向机构,在分析工作原理的基础上,建立了工作台的数学模型。神经网络PID控制器对工作台进行闭环控制,能够在线调整网络加权值,实时改变PID控制器的系数,减小工作台的位移误差。利用遗传算法的全局搜索能力对BP网络的初始权值进行学习优化,有效消除了神经网络对初始权值敏感和容易局部收敛的缺陷,改善了控制器的控制效果。性能测试表明,12μm阶跃参考输入下的稳态误差从3.24%减小到2.55%,稳态时间从1.7 s缩短到1.1 s。     

自适应控制在纳米加工微驱动器中的应用研究

为提高扫描隧道显微镜微驱动器的响应速度和定位精度,提出了一种基于自适应理论的控制方法。微驱动器采用压电陶瓷驱动,在分析其结构的基础上,建立了驱动器的简化运动模型,利用最小二乘法对驱动器参数进行了在线辨识。把自适应控制理论引入到微驱动器的控制中,在参数自校正PID控制律的作用下,实现了PID控制器参数的自动整定。采用专用的压电陶瓷驱动电源,进行了位移的测试实验。结果表明,参考位移量为12.39μm时,相对于传统PID控制,动态响应时间由3 s缩短到1.4 s,稳态位移误差由3.2%减小到2.7%。     

电化学扫描探针显微镜在表面微／纳米加工的应用

概述了在固／液界面微／纳米加工中经常采用的三种电化学扫描探针显微镜(EC-SPM)技术，分别讨论了电化学扫描隧道显微镜(EC-STM)、电化学原子力显微镜(EC-AFM)和扫描电化学显微镜(SECM)在应用于微／纳米加工时的基本原理和各种方法，并综合比较和分析了这三种技术的优缺点。     

扫描探针显微镜中压电执行器回滞非线性软计算建模及其实时补偿

本文提出了自适应范围DNA(Adaptive Range DNA，简称ARDNA)软计算模型框架以及扫描探针显微镜(简称SPM)中压电执行器回滞非线性ARDNA建模及其补偿原理。基于基本回滞算子的线性叠加构建压电执行器回滞非线性模型结构，采用ARDNA软计算方法，同时优化模型结构(指简单回滞算子的个数及其阈值)和参数(指每个回滞算子的加权值)，建立最优的压电执行器回滞非线性模型。通过设计单位反馈控制器构建其逆模型，而压电执行器与其逆模型串联，由逆模型荻取参考位移所对应的理想激励电压，从而确保压电执行器输出跟踪参考位移，实现回滞非线性实时补偿。数字仿真结果表明了压电执行器回滞非线性建模及其补偿方法的有效性。本文的方法对形状记忆合金SMA(Shape Memory Alloy)、磁流变液体(Magnetorheological Fluids)等材料的回滞非线性建模和补偿也具有参考价值。     

压电驱动器的率相关迟滞特性建模与测试

该文提出了一种与速率相关的Prandtl-Ishlinskii(P-I)模型来表征压电驱动器的速率相关迟滞非线性。该模型基于双边Play算子的经典P-I模型,引入多项式修正其中心对称性。在此基础上将驱动电压升降速率引入模型参数中,用以描述其率相关性。测试压电驱动器的率相关迟滞特性,采用最小二乘算法对模型参数进行辨识。结果表明,在速率为0.12～6 V/ms内最大误差为0.076～0.190μm,均方根误差为0.044～0.077μm,相对误差为1.2%～3.2%,验证了所建模型的准确性。     

PI参数自整定扫描探针显微镜控制器的设计

为了解决传统扫描探针显微镜(SPM)控制器中参数难以设定的难题,提出了一种SPM的PI参数自整定控制器的设计,并给出了控制器的硬件结构和软件设计.该控制器基于DSP,通过引入扫描式参数优化算法来实现.结果表明,该控制器能自动完成PI参数的测算,并给出最优的PI参数,提高了SPM扫描图像的质量.     

基于神经网络的精密定位工作台建模方法

压电陶瓷的迟滞非线性使得难以用传统方法获取精确而且实时的数学模型,为了提高精密定位工作台的模型精度,提出了一种基于神经网络的建模方法.分析了定位系统的结构和特性,利用神经网络的自学习能力,建立起能够在线调整的网络模型.在最大行程80μm范围内进行了实验测试,与Preisach模型相比,网络模型的平均误差和最大误差均有所减小,与实际工作台有着更好的拟合性.     

压电微动平台的改进PI迟滞模型研究

为了建立既有较高精度又有较快运算速度的压电微动平台迟滞模型,对传统PI迟滞模型进行了改进研究。由于压电微动平台初载曲线前半升程斜率变化较大,而后半升程斜率变化较小,因此,采用非等分域值方法建立了其PI迟滞模型,通过求取所建模型与实测初载曲线误差的最小二范数辨识出了模型的相应参数,实验验证了所建模型的有效性。实验结果表明,在20.7μm的平台最大位移范围内,模型的最大误差为0.71μm,平均误差为0.23μm。     

纳米结构可重入扫描隧道显微镜系统的研制

本文简介我们最近研制成功的超高真空（ＵＨＶ）扫描隧道显微镜（ＳＴＭ）系统。该系统由于同时安装有扫描电子显微镜（ＳＥＭ），可以使ＳＴＭ的针尖在ＳＥＭ的引导下移到样品表面上任一感兴趣的地方去研究那时的纳米细节，从而使它的ＳＴＭ具有纳米结构可重入性。该系统还有一些特有的样品制备功能，可用于许多有价值的研究 。     

Modeling and Design of LiNbO3 Electro—optic Polarization Controller

A theoretical model for describing the operation of an electro—optical polarization controller on LiNbO3 is presented. The model can be used to optimize the device‘s structure and parameters to reach a specific polarization control. Meanwhile, some aspects on the design of an electro—optical polarizationcon troller are described.     

Design of Dynamic Controller for Neutral Differential Systems with Multiple Delays in Control Input

The design problem of dynamic output feedback controller for a class of multi-delayed neutral systems has been considered. A criterion for the existence and asymptotic stability of such controller is derived via defining a new integral operator. The criterion is expressed in terms of the linear matrix inequalities (LMIs), which can be checked numerically using the effective LMI toolbox in MATLAB. One numerical example is given to illustrate the proposed design method. Numerical simulation shows that the new design method is valid.     

Design of Dynamic Controller for Neutral Differential Systems with Multiple Delays in Control Input

The design feedback controller for a problem of dynamic output class of multi-delayed neutral systems has been considered. A criterion for the existence and asymptotic stability of such controller is derived via defining a new integral operator. The criterion is expressed in terms of the linear matrix inequalities （LMIs）, which can be checked numerically using the effective LMI toolbox in MATLAB. One numerical example is given to illustrate the proposed design method. Numerical simulation shows that the new design method is valid.     

高超声速无人机的BTT自适应控制器设计及仿真

结合BTT控制与特征建模思想,将黄金分割自适应控制应用于高超声速无人机的横侧向机动控制。对一类高超声速无人机进行了BTT自适应控制器设计和仿真,仿真结果表明,基于特征模型的自适应控制,较好地实现了矢滚角和侧滑角的信号跟踪,验证了该方法的有效性。     

碳纳米管的微操纵

利用原子力显微镜对碳纳米管进行微操纵研究。首先,选择出适合系统使用的基底;然后,在基底上利用原子力显微镜接触模式,成功地对碳纳米管束进行了推动、切割和弯曲等操纵;最后,讨论了影响微操纵的一些系统参数,总结出该系统微操纵的适合参数为:参考点4.0~5.0,扫描频率20 Hz~50 Hz。该研究为微/纳米机械装配技术的发展进行了有益的探索。     

一种新型智能电视遥控器的设计与实现

针对当前手势识别的摄像头安装在电视机上,存在受距离和视角的影响以及手势识别率较低的问题,设计并实现了一种将摄像头集成到遥控器,让遥控器完成手势识别,并通过红外通信方式传送到智能电视实现控制的手势识别系统。该遥控器还设计实现了绝对坐标空中鼠标的功能,给电视用户提供更加方便、快捷的智能交互体验。     

扫描隧道显微镜钨针尖的制备与表征

采用直流电化学刻蚀方法制备扫描隧道显微镜钨针尖,研究了电化学刻蚀过程中NaOH溶液浓度、钨丝浸入长度和刻蚀电压对针尖形貌的影响。通过扫描电子显微镜(SEM)测量针尖曲率半径和针尖纵横比值,以表征针尖的尺寸和形状;通过能谱仪(EDS)分析针尖表面成分,以表征表面清洁度;通过场发射显微镜(FEM)得到Fowler-Nordheim (F-N)曲线来检测针尖发射性能。实验结果表明,当溶液浓度为2 mol/L、钨丝浸入长度为4 mm、刻蚀电压为3 V时,可以得到曲率半径约为100 nm、纵横比值为13的针尖,且表面无钨的氧化层。FEM结果显示当对针尖施加500 V的负偏压时,针尖可以稳定发射50 nA量级的电流,且针尖性能具有良好的一致性。     

基于阈值优化的压电微动平台迟滞模型

为减少PI迟滞模型的无效算子数,进而提高模型的运算速度,采用阈值优化法来改进PI迟滞模型。采用PI迟滞模型拟合被描述对象的实测曲线时,实测曲线在各阈值点处的斜率可用该点处迟滞算子的权重和来表达,该权重和越接近该点曲线的斜率,PI迟滞模型的精度就越高。这样便可在保证模型精度满足要求并使其在各阈值点处相同的情况下,对模型的阈值进行优化,进而减少模型的算子数。根据测得的最大实测升程曲线,基于阈值优化法,建立了压电微动平台的迟滞模型。实验结果表明,所建模型算子数仅为7个,且不含无效算子;在0~15.94μm的位移范围内,所建模型的误差变化范围为0.23~0.40μm,即1.4%~2.5%。所建模型可较好地描述压电微动平台的迟滞非线性。