کنترل خمینه لغزشی دینامیکی برای میکروسکوپ تونلی روبشی

نوع مقاله: مقاله علمی پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناس ارشد، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم و تحقیقات تهران

2 نویسنده مسئول، استاد، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی امیر کبیر

3 استاد، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه علم و صنعت ایران

4 استادیار، پژوهشگاه هوافضا، وزارت علوم تحقیقات و فناوری

چکیده

این مقاله به کنترل مسیر حرکت روبش در میکروسکوپ تونلی روبشی می پردازد که می تواند در نانو فناوری، مانند جابجایی در مقیاس نانو با استفاده از میکروسکوپهای پروب روبشی کاربرد داشته باشد. بدین منظور دو رویکرد برای کنترل ارائه شده است. اولی روش کنترل وارونگی مبتنی بر مدل است که به منظور مقایسه نتیجه خمینه لغزشی دینامیکی با یک مرجع موثق، ذکر شده است. دومی کنترل خمینه لغزشی دینامیکی است. در این مقاله نشان داده شده است که کنترل مد لغزشی برای میکروسکوپ تونلی روبشی قابل اعمال نیست. کنترل خمینه لغزشی دینامیکی امکان اعمال مد لغزشی را برای هر مدل غیر مینیمم فازی که صفرهایی در نیمه سمت راست صفحه مختلط دارد را فراهم می سازد. مزیت اصلی خمینه لغزشی دینامیکی همانند مد لغزشی، مقاوم بودن آن در برابر اغتشاش، نا معینی و دینامیکهای مدل نشده می باشد که فرمول بندی کامل آن برای حالت مدلهای خطی ارائه شده است. در مقایسه نتایج دو روش کنترل ارائه شده مشاهده می شود که خمینه لغزشی دینامیکی نتیجه بهتری نسبت به کنترل وارونگی مبتنی بر مدل از خود نشان می دهد.

کلیدواژه‌ها


[1]        Bhushan, B., “Springer Handbook of Nanotechnology”, Heidelberg, Germany: Springer-Verlag, Chapter 22, pp. 593-596, (2007).
 
[2]       اسدی فرد، ر. تیلکی، ر. رنجبر، م. دینی، م. عرب، ا. قجاوند، م. مرادی، ا. واحدی مقدم، ا. "آشنایی با تجهیزات آزمایشگاهی فناوری نانو: اندازه گیری و تعیین مشخصات"، ویرایش سوم، ستاد ویژه توسعه فناوری نانو، (1384).
 
[3]        Bishop, R.H., “The Mechatronics Handbook: Mechatronic System Control, Logic, and Data Acquisition”, Second Edition, CRC Taylor & Francis Group, USA, Chap. 3, pp. 41-51, (2008).
 
[4]        Gawthrop, P.J., Bhikkaji, and B., Moheimani, S.O.R., “Physical-model-based Control of a Piezoelectric Tube for Nano-scale Positioning Applications”, Mechatronics, Vol. 20, Issue 1, pp. 74-84, Feb, (2010).
 
[5]        Tan, K. K., Lee, T. H., and Zhou, H. X., “Micro-positioning of Linear Piezoelectric Motors Based on a Learning Nonlinear PID Controller”, IEEE/ASME Trans. Mechatron, Vol. 6, No. 4, pp. 428–36, Dec. (2001).
 
[6]        Devasia, S., Eleftheriou, E., and Moheimani, S.O.R., “A Survey of Control Issues in Nanopositioning”, IEEE Trans. on Control Sys. Tech, Vol. 15, No. 5, pp. 802-823, Sep. (2007).
 
[7]        Tien, S., Zou, Q., and Devasia, S., “Iterative Control of Dynamics-coupling-caused Errors in Piezoscanners During High-speed AFM Operation”, IEEE Trans. Control Syst. Technol, Vol. 13, No. 6, pp. 921–931, Nov, (2005).
 
[8]        Kim, K.S., Lin, Z., Shrotriya, P., Sundararajan, S., and Zou, Q., “Iterative Control Approach to High-speed Force-distance Curve Measurement using AFM: Time-dependent Response of PDMS Example”, Ultramicroscopy, Vol. 108, pp. 911– 920, (2008).
 
[9]        Bhikkaji, B., Ratnam, M., and Moheimani, S. O. R., “PVPF Control of Piezoelectric Tube Scanners”, Sensors Actuators A-Phys, Vol. 132, No. 2, pp. 700–712, Apr. (2007).
 
[10]    Tan, X., and Baras, J. S., “Adaptive Identification and Control of Hysteresis in Smart Materials”, IEEE Trans. Autom. Control, Vol. 50, No. 6, pp. 827–839, Jun. (2005).
 
[11]    Sebastian, A., and Salapaka S. M., “Design Methodologies for Robust Nano-positioning”, IEEE Trans. Control Syst. Technol, Vol. 13, No. 6, pp. 868–876, Nov. (2005).
 
[12]    Bashash, S., and Jalili, N., “Intelligence Rules of Hysteresis in the Feedforward Trajectory Control of Piezoelectrically-driven Nanostagers”, J. Micromechan. Microeng, Vol. 17, No. 2, pp. 342–349, Feb, (2007).
[13]    Li, Y., and Bechhoefer, J., “Feedforward Control of a Closed-loop Piezoelectric Translation Stage for Atomic Force Microscope”, Rev. Sci. Instrum, Vol. 78, pp. 1–8, Jan, (2007).
 
[14]    Liawa, H.C., Shirinzadeh, B., and Smith, J., “Enhanced Sliding Mode Motion Tracking Control of Piezoelectric Actuators”, Sensors and Actuators A, Vol. 138, pp. 194–202, (2007).
 
[15]  بهرامی، م. ابراهیمی، ب. "کاربرد کنترل مقاوم مد لغزشی در وسایل پرنده"، رساله دکتری تخصصی، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، (1387).
 
[16]    Perez, H., Zou, Q., and Devasia, S., “Design and Control of Optimal Scan Trajectories: Scanning Tunneling Microscope Example”, ASME J. Dynamic Syst. Measur. Control, Vol. 126, pp. 178-197, (2004).
 
[17]    Edwards, C., and Spurgeon, S.K., “Sliding Mode Control: Theory and Applications”, Taylor & Francis, London, (1998).
 
[18]    Utkin, V., Guldner, J., and Shi, J., “Sliding Mode Control in Electro-mechanical Systems”, Taylor & Francis, London, (1999).
 
[19]    Shtessel, Y.B., “Nonlinear Non Minimum Phase Output Tracking via Dynamic Sliding Manifolds”, J. Franklin Inst. Vol. 335, No. 5. pp. 841-850, (1998).
 
[20]    Shtessel, Y.B., “Nonlinear Output Tracking in Conventional and Dynamic Sliding Manifolds”, IEEE Trans. Autom. Control, Vol. 42, pp. 1282-1286, (1997).
 
[21]    Bahrami, M., Ebrahimi, B., and Roshanian, J., “Dynamic Sliding Mode Autopilot for Nonlinear Non-minimum Phase Flight Vehicle”, Trans. Japan Soc. Aero. Space Sci, Vol. 51, No. 174, pp. 236-243, (2009).
 
[22]    Graham, D., and Lathrop, R.C., “The Synthesis of Optimum Response: Criteria and Standard Forms”, Trans. of the AlEE 72, pp. 273-288, (1953).