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基于RTLinux的AFM实时反馈控制系统
基于RTLinux的AFM实时反馈控制系统
随着原子力显微镜(AFMs)应用越来越广泛，精度和速度的提高成为一个关键的问题。实时反馈控制系统的应用，可以实现AFM的高精度和高速度控制。RTLinux是创建实时Linux系统的一种方法，其优点在于在标准Linux内核上构建实时响应系统。
本文将介绍一个基于RTLinux的AFM实时反馈控制系统。该系统实现了AFM的高精度和高速度控制，并在实验中取得了成功的结果。
系统架构
该系统主要由控制器、感应器和执行器组成。控制器由计算机和驱动器构成。计算机是基于RTLinux系统的，具有实时响应的特点。驱动器主要负责将计算机的指令转换成执行器可以处理的指令。感应器可以检测控制器传输给其的机械位移信息以及弹性变形信息，然后将它们转化成电信号传输回控制器。执行器可以实现控制的静电作用力和移动AFM针尖。
系统实现
系统实现的关键在于实时控制。AFM的工作原理是利用针尖探测样品表面的细微变化，以获得样品的图像。因此，通过控制AFM针尖的轨迹和弹性变形，可以实现对样品的控制。接下来，介绍该系统的实现方法。
(1)弹性追踪控制
控制器从感应器中获取的弹性变形信号与目标设定值相比较，然后计算控制器所需的弹性变形补偿值。在弹性追踪控制策略下，执行器必须能够在指定精度内改变AFM针尖位置。
(2)依赖于弹性的最优控制
执行器的静电作用力对精度和速度非常重要。在此，引入了一种新的控制方法——基于弹性的最优控制。该方法使用了傅里叶变换的技术，实现了控制器的高速计算能力。
结果
通过实验测试，该系统的控制精度达到了1纳米级别，同时控制速度也非常快。
结论
本文介绍了基于RTLinux的AFM实时反馈控制系统。该系统实现了高精度和高速度控制，并成功地在实验中应用。该系统可应用于纳米材料的制备和表征中。该系统可以为纳米科技的研究和应用提供有力的支持。