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基于梯形算子的AFM驱动器非对称迟滞性校正
  • ISSN号:0254-3087
  • 期刊名称:《仪器仪表学报》
  • 分类:TH89[机械工程—仪器科学与技术;机械工程—精密仪器及机械] TP391[自动化与计算机技术—计算机应用技术;自动化与计算机技术—计算机科学与技术]
  • 作者机构:[1]中国科学院沈阳自动化研究所,沈阳110016, [2]中国科学院大学,北京100049
  • 相关基金:国家自然科学基金青年基金(61304251); 国家863计划(2012AA041204); 中国科学院科研装备研制(YZ201245)资助项目
中文摘要:

原子力显微镜(AFM)通常采用压电陶瓷(PZT)作为驱动器以实现纳米尺度的观测和操作。然而,PZT自身的迟滞非线性会对AFM观测质量和操作精度产生很大影响。基于Prandtl-Ishlinskii(PI)模型的前馈控制方法可对PZT的迟滞非线性进行补偿,但传统PI模型无法消除PZT的非对称迟滞性的影响。针对这个问题,提出一种基于梯形算子的非对称迟滞模型,并可用系统辨识方法获取逆模型参数,该方法可有效实现具有非对称迟滞特性驱动器的前馈补偿控制。AFM系统实验证明,该模型可有效减小非对称迟滞性导致的建模误差,基于该模型的前馈迟滞补偿控制可有效提高AFM的扫描成像质量。

英文摘要:

Piezoelectric( PZT) actuator is often used in atomic force microscope to realize nano-scale observation and manipulation.However,the intrinsic hysteresis non-linearity of PZT strongly affects observation quality and manipulation accuracy. Prandtl-Ishlinskii( PI) model based feedforward controller can compensate the hysteresis non-linearity of PZT,but the conventional PI model cannot eliminate the effect of asymmetric hysteresis. Aiming to solve the problem,an asymmetric hysteresis model based on keystone operator is proposed. Parameters of inverse model are obtained through system identification method,and the feedforward calibration is implemented based on the inverse model. Experiment in AFM system shows that modeling errors caused by asymmetric hysteresis are effective reduced by the proposed hysteresis model,and imaging quality of the custom-built AFM is improved by feedforward hysteresis compensation based on the model.

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期刊信息
  • 《仪器仪表学报》
  • 中国科技核心期刊
  • 主管单位:中国科学技术协会
  • 主办单位:中国仪器仪表学会
  • 主编:张钟华
  • 地址:北京东城区北河沿大街79号
  • 邮编:100009
  • 邮箱:yqyb@vip.163.com
  • 电话:010-84050563
  • 国际标准刊号:ISSN:0254-3087
  • 国内统一刊号:ISSN:11-2179/TH
  • 邮发代号:2-369
  • 获奖情况:
  • 1983年评为机械部科技进步三等奖,1997年评为中国科协优秀科技期刊三等奖
  • 国内外数据库收录:
  • 美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),英国英国皇家化学学会文摘,中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:42481