SEM下纳米操作分子动力学仿真及探针闭环控制方法研究

摘要

纳米操作是纳米技术的重要研究内容，是微/纳制造科学与技术研究的重要内容之一，是国际机器人学和纳米科技领域受到广泛关注的热点研究领域。纳米操作系统在微/纳米尺度材料研究和器件制造过程中发挥着日益重要的作用。高效、可靠、稳定的纳米操作系统在光电、信息存储、生物医疗等领域具有广阔的应用前景。本文针对SEM下的纳米线平移操作过程进行研究。为了稳定可靠的控制纳米线的平移过程，对纳米构件间的交互作用力进行了建模分析；为了提高探针的定位精度，引入了BP神经网络PID控制算法对探针进行闭环控制。
　　在对微纳米操作理论分析的基础上，建立了纳米操作过程中的纳米构件间的相互作用力模型。对纳米线平移操作过程中可能出现的旋转和弯曲现象进行了理论分析，并提出了采用Z型操作策略平移纳米线。
　　采用 LAMMPS分子动力学仿真软件，建立了纳米线平移操作过程的分子动力学模型。并将得出的数据导入 VMD可视化软件中，对纳米线平移操作过程中的纳米线运动轨迹以及其微观物理现象进行了直观的观测，并验证Z型操作策略的可行性。
　　建立压电陶瓷驱动的纳米定位操作系统的模型，采用 BP神经网络 PID控制算法对探针定位系统进行闭环控制。建立 BP神经网络 PID控制器的Simulink仿真模型，通过分析仿真结果，得出本文所设计的BP神经网络PID控制器能够有效的减小系统的跟踪误差，提高系统的跟踪精度，改善系统的控制性能。

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第1章 绪论

1.1 课题背景及研究意义

1.2国内外研究现状

1.3主要研究内容

第2章 纳米操作机理分析与建模

2.1纳米环境操作机理分析

2.2纳米操作机理建模

2.3纳米线力学行为建模

2.4本章小结

第3章 纳米线推动过程分子动力学模拟仿真

3.1分子动力学方法基本原理

3.2分子动力学模拟

3.3模拟细节

3.4分子动力学仿真结果分析

3.5本章小结

第4章 纳米操作系统的闭环控制

4.1纳米操作定位系统建模

4.2 PID控制算法

4.3 BP神经网络

4.4 BP神经网络PID控制器设计

4.5 BP神经网络PID控制系统Matlab仿真

4.6本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文和获得的专利

致谢