纳米操作驱动器迟滞特性分数阶建模与控制研究

项目名称： 纳米操作驱动器迟滞特性分数阶建模与控制研究

项目编号： No.61203352

项目类型： 青年科学基金项目

立项/批准年度： 2013

项目学科： 自动化学科

项目作者： 刘艳梅

作者单位： 沈阳航空航天大学

项目金额： 24万元

中文摘要： 对原子力显微镜(AFM)机器人化纳米尺度操作系统，微驱动器的主要迟滞非线性直接影响纳米操作时探针的高精度驱动与定位。本项目基于AFM压电陶瓷驱动器非整数阶行为的分析和分数阶微分方程理论，研究微驱动器的分数阶建模和控制的系统理论方法，使纳米操作与装配得以高精度进行。项目研究内容有：①研究压电陶瓷驱动器在不同条件下的响应特性，建立详细的特性数据库，分析其非整数阶行为；②应用分数阶微分方程理论和获取的先验信息，建立压电陶瓷分数阶模型、研究在线辨识算法；③设计驱动器分数阶模型的实时鲁棒控制算法；④进行纳米操作实验，对压电陶瓷驱动器分数阶建模、辨识与控制全过程进行实验验证。项目目标：在理论上，研究迟滞非线性分数阶模型和辨识算法以及分数阶模型鲁棒控制算法；在实际应用中，对AFM微驱动器的迟滞非线性提出性能更好的分数阶模型，并设计出性能优越的分数阶控制器，这将对纳米操作有重要的理论意义和良好的应用前景。

中文关键词： 纳米操作；驱动器；迟滞特性；分数阶模型；分数阶控制

英文摘要： In Atomic-force-microscope(AFM) based robotic nanomanipulation system，one of the key technical problems is to eliminate the hysteresis nonlinearity of actuator to realize high accurate actuating and positioning of the AFM probe. To solve this problem，based on analyzing the non-integer order characteristics of the AFM prezoceramic actuator and fractional order theory,a new model for actuator based on non-integer order is proposed and a robust fractional order controller is designed. The positioning accuracy of AFM probe can be significantly improved and thus nanomanipulation and nanoassembly can be performed accurately. The task of this proposal contents:① To develop a complete set of experimental platform to study the prezoceramic actuator dynamic behavior.Then,to investigate experimentally the response characteristics with respect to different input signals, so as to understand its response characterization and establish a detailed database, also analyze its non-integer order behavior. ② To develop an algorithm to identify fractional order model of actuator based on the prior information, to determine a model order by correlation analysis and curve fitting of frequency response data, then establishe a most suitable model structure. ③ To design fractional order robust controller to eliminate the nonlinearity of

英文关键词： nanomanipulation；actuator；hysteretic characteristics；fractional order model；fractional control