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学兔兔 第36卷 第 1期 仪 器 仪 表 学 报 Vo1．36No．1 2015年 1月 ChineseJournalofScientificInstrument Jan．2015 基于梯形算子的AFM驱动器非对称迟滞性校正术 王 栋 ，于 鹏 ，周 磊 ，刘 柱 ，董再励 (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) 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。 关键词：非对称PI模型；梯形算子；原子力显微镜；压电陶瓷；迟滞性前馈校正 ；逆模型直接辨识 中图分类号：TH89 TP391 文献标识码：A 国家标准学科分类代码：460．4025 510．801 Asymmetrichysteresiscalibration of AFM actuatorbasedonkeystoneoperator WangDong一，YuPeng ，ZhouLei，LiuZhu ，DongZaili。 (．StateKeyLaboratoryofRobotics，ShenyangInstituteofAutomation，ChineseAcademyofSciences，Shenyang110016，China； 2． ofChineseAcademyofSciences，Befiing100049，China) Abstract：Piezoelectric(PZT)actuatorisoftenusedinatomicforcemicroscopetorealizenano—scaleobservationandmanipulation． However，theintrinsichysteresisnon—linearityofPZT stronglyaffectsobservationqualityandmanipulationaccuracy．Prandtl—Ishlinskii (PI)modelbasedfeedforwardcontrollercancompensatethehysteresisnon—linearityofPZT，buttheconventionalPImodelcannotelimi— natetheeffectofasymmetrichysteresis．Aimingtosolvetheproblem，anasymmetrichysteresismodelbasedonkeystoneoperatorispro— posed．Parametersofinversemodelareobtainedthroughsystem identificationmethod，andthefeedforwardcalibrationisimplemented basedontheinversemode1．ExperimentinAFM system showsthatmodelingerrorscausedbyasymmetrichysteresisareeffectivereduced by