高速掃描探針顯微鏡中的控制技術研究

《高速掃描探針顯微鏡中的控制技術研究》是依託電子科技大學,由徐紅兵擔任醒目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：高速掃描探針顯微鏡中的控制技術研究
• 依託單位：電子科技大學
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：徐紅兵

項目摘要

掃描探針顯微鏡（SPM）在微電子學、微機械學、新型材料、電磁學、化學和生物醫學、納米技術、 納米製造和納米操作等領域具有廣泛的套用和巨大的套用前景。然而，SPM的工作速度已經成為SPM技術的瓶頸。當前的超高速SPM存在著明顯的局限，主要是由於現有控制技術無法克服超高速成像中的一些關鍵問題。本項目將重點研究超高速SPM中的控制問題，研究具有足夠頻寬的前饋反饋雙自由度控制系統和能夠充分利用控制器頻寬的自適應採樣成像方法，以及研究充分考慮壓電驅動器的非線性磁滯動態和懸臂時變動態的控制系統。通過這些關鍵理論的突破，以期能夠實現適用於大尺寸和大粗糙度樣本的超高速SPM。本項目以取得具有現實套用前景的原創性的理論成果為目標，對推動促進我國SPM技術的發展及其在上述前端領域的套用具有重要意義。

結題摘要

項目組按照資助項目計畫書中的既定研究計畫開展了研究工作，取得了預期的研究成果，實現了各項研究目標。迄今為止，本項目已在國內外控制領域主要學術期刊發表論文7篇，其中SCI收錄4篇，EI檢索3篇, 包括在控制領域主要學術期刊Automatica上發表論文一篇，在控制領域主要學術期刊IET Control Theory and Applications發表學術論文兩篇；參加國際和國內學術會議並作口頭報告4次(含即將參加的學術會議一次),包括參加控制領域主要學術會議American Control Conference（ACC）兩次(含即將參加的2013年ACC)，在2012年第31屆中國控制會議上牽頭組織了“掃描探針顯微鏡中的先進建模與控制技術”專題邀請組，先後發表會議論文4篇（含已錄用1篇），被EI檢索3篇。 對SPM X-Y平面的軌跡跟蹤控制問題，本項目組提出了基於系統魯棒逆前饋和混合靈敏度反饋的二自由度多輸入多輸出控制方法以及基於魯棒開環解耦的系統逆控制方法，實驗結果表明這兩種方法能夠有效地提高SPM 水平掃描的跟蹤控制性能；對於SPM豎直方向控制問題，本項目組提出了基於內模的魯棒系統逆前饋反饋二自由度控制方法，套用結果表明該方法具有更好的抗干擾能力和控制性能；同時，本項目組創新地將數值計算理論中的樣條插值理論套用於SPM的掃描控制中，取得了較好的套用效果；對於SPM掃描軌跡切換問題，本項目組提出了一種基於系統逆和預覽（Preview-based）的輸出跟蹤方法，該方法可以套用於非最小相位系統中，能夠有效地處理跟蹤非周期信號時的過渡切換問題；項目組還對與SPM控制相關的控制理論進行了研究，包括自適應跟蹤採樣控制器設計、非線性系統的採樣輸出反饋控制理論、線性時變系統的自適應觀測器設計等。此外，三年來，項目組密切關注SPM控制領域的最新研究進展，對該領域未來的發展方向進行了系統的分析和研究，這些結果已整理成綜述論文並已發表，為未來的相關研究與套用奠定了良好的基礎。