基于智能控制的AFM快速掃描模式研究.pdf

1、近年來隨著人們對微觀世界認識的加深，納米科技得到迅猛發(fā)展，而原子力顯微鏡(Atomic Force Microscopy, AFM)作為納米測量和操作的主要工具之一，在納米科技領域有著舉足輕重的地位。因此，AFM逐漸得到越來越多的國內外專家學者的關注，成為一個研究熱點。論文針對目前商用AFM掃描速度較慢，自動化程度不高等缺陷，從掃描方式和控制策略角度進行了深入分析和研究。
　　 首先，針對目前AFM勻速掃描方式存在的缺陷，論文提

2、出了AFM變速掃描方式，將AFM探針XY方向的運動軌跡與Z方向的控制效果進行有機關聯(lián)，有效地彌補了勻速掃描方式不能根據(jù)樣品形貌合理分配掃描時間的缺陷，顯著提高了AFM掃描速度。此外，該掃描方式能夠保證AFM系統(tǒng)在每個掃描點都基本達到穩(wěn)態(tài)，相當于從改善穩(wěn)態(tài)性能角度提高了AFM成像精度。
　　 然后，針對周期性樣品，論文將學習控制策略應用于AFM系統(tǒng)，充分利用樣品的周期性特征，并利用前面若干個周期的控制電壓等信息不斷更新當前控制信號

3、，有效縮短調節(jié)時間。同時，論文還將學習控制策略和變速掃描方式相結合，達到快速跟蹤樣品表面形貌的效果，實現(xiàn)了AFM對周期性樣品的快速掃描和精確成像。
　　 最后，針對AFM普遍采用的PI控制器存在的缺陷，論文設計了模糊自整定PI控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)響應快、超調小、實時性好，相當于從改善動態(tài)性能角度提高了AFM成像精度。此外，該控制系統(tǒng)還實現(xiàn)了PI參數(shù)的在線模糊自調整，提高了AFM系統(tǒng)的工作效率和智能化程度，使得基于AFM的成像和納