补偿压电陶瓷迟滞和蠕变的逆控制算法

摘要

研究了用于扫描探针显微镜,特别是原子力显微镜(AFM)中的扫描器高精度定位问题.压电陶瓷驱动器通常用于这种扫描器中,在无补偿的开环控制期间,它在输入电压和输出位移之间表现出明显的迟滞和蠕变.迟滞和蠕变降低了扫描器的定位精度并使扫描图像出现了畸变.给出了迟滞和蠕变模型及参数的在线辨识方法.在AFM的扫描控制中,使用基于该模型的逆控制算法补偿了压电陶瓷的迟滞和蠕变.在分析中,Preisach迟滞模型和对数蠕变模型被用于描述压电陶瓷驱动器的非线性.由于该方法不需要在控制过程中进行参数设置,因此很容易使用.此外由于是开环控制方法,可以具有更好的分辨率.闭环操作能够给出较好的迟滞和蠕变补偿,但由于在高带宽情况下传感器动态范围的限制,对于小扫描区域或样本特征,它减小了成像的分辨率.三角波轨迹跟踪的仿真结果说明轨迹误差在传感器噪声量级上,证明了这个方法的有效性.