Sem下微纳操作的探针轨迹规划及跟踪方法
【技术领域】
[0001] 本方法适用于微纳操作系统的探针轨迹规划方面的工作，适用于模式识别与 智能系统领域。
【背景技术】
[0002] 目前，在纳米研究领域，微纳操作的自动化可W去除人为因素的扰动，对于重复操 作的任务，自动操作与人工操作相比精度显著提高，因此自动纳米操作技术受到越来越广 泛的关注和研究，故高精度的轨迹规划及跟踪方法为纳米操作自动控制的实现提供了必要 条件。
【发明内容】
[0003] 本发明为了解决在纳米研究领域，自动纳米操作控制系统操作时轨迹规划及跟踪 精度低的问题，提出了SEM下微纳操作的探针轨迹规划及跟踪方法。
[0004] SEM下微纳操作的探针轨迹规划及跟踪方法包括W下步骤： 步骤一、采用Attocube位移角与样本平台旋转角获得五次函数规划方法； 步骤二、设计基于前馈和反馈联合控制的轨迹跟踪方法； 步骤Ξ、跟踪规划轨迹。
[000引步骤一中所述的采用Attocube位移角与样本平台旋转角获得五次函数规划方法 为： 步骤一一、根据Attocube间相对平动位移角及其与样本平台旋转角与时间的函数求出 探针针尖在关键路径点的Attocube相对角变量； 步骤一二、采用相对角度和旋转角度变化值插值计算生成角度变化轨迹的时间函数； 步骤一Ξ、采用分段轨迹规划方法，基于一定约束条件建立五次函数轨迹规划方法； 步骤一四、仿真检测轨迹规划曲线是否达到预设值，当没有达到预定精确度时，返回执 行步骤--，当达到预定精确度，完成规划函数建立。
[0006] 步骤二中所述的设计基于前馈和反馈联合控制的轨迹跟踪的方法为： 步骤二一、使用跟踪误差函数，分析Attocube参数不确定系统的误差函数； 步骤二二、通过线性矩阵数学计算芯最优逆矩阵，基于舞控制理论设计前馈控制 器； 步骤二Ξ、基于前馈控制器的影响，结合权函数设计反馈控制器传递函数； 步骤二四、将设计好的前馈控制器和反馈控制器进行联合控制，并调整参数，确定最优 轨迹跟踪参数。
[0007] 步骤Ξ中所述的跟踪规划轨迹具体方法为： 步骤Ξ-、假定探针从起点到终点的四个关键点的姿态； 步骤Ξ二、应用matlab软件使用五次函数对假设的四个关键点进行轨迹规划； 步骤ΞΞ、确定规划轨迹是否满足预定精度，当没有满足精度时，返回步骤Ξ二，当满 足精度时，执行步骤Ξ四； 步骤Ξ四、使用前馈和反馈联合控制对已规划轨迹分别在X和Υ方向进行跟踪验证； 步骤Ξ五、确定跟踪轨迹的准确率是否达到预设值，当没有达到预设准确率时，返回步 骤Ξ四，当准确率达到预设值时，完成轨迹跟踪操作。
[000引有益效果： 本发明使用五次函数轨迹规划方法对探针的整个运动过程进行轨迹分段规划，仿真各 参数曲线平滑，无跳变现象，可W很好满足自动微纳操作的轨迹规划任务。本发明根据微纳 操作系统参数不确定特点，并考虑前馈控制器对反馈控制器设计的影响，提出一种前馈和 反馈控制器联合控制的轨迹跟踪方法，对五次函数规划的轨迹进行跟踪控制，仿真表明该 方法具有精确的轨迹跟踪性能。
[0009] 【附图说明】： 图1是【具体实施方式】一所述的SEM下微纳操作的探针轨迹规划及跟踪方法流程图； 图2是具体实施方案二所述的采用Attocube位移角与样本平台旋转角获得五次函数规 划的方法流程图； 图3是具体实施方案Ξ所述的前馈和反馈联合控制的轨迹跟踪系统控制框图； 图4是具体实施方案四所述的跟踪规划轨迹具体方法流程图。
【主权项】
1. SEM下微纳操作的探针轨迹规划及跟踪方法，其特征在是:采用五次函数规划方法对 已取关键点的轨迹进行规划，并设计基于前馈和反馈联合控制的轨迹跟踪方法，确保轨迹 规划的精度和轨迹跟踪的准确度。2. 根据权利要求1所述探针轨迹规划及跟踪方法，五次函数规划方法特征是：根据 Attocube间相对平动位移角及其与样本平台旋转角与时间的函数求出探针针尖在关键路 径点的Attocube相对角变量，采用相对角度和旋转角度变化值插值计算生成角度变化轨迹 的时间函数，采用分段轨迹规划方法，基于一定约束条件建立五次函数轨迹规划方法，确保 轨迹规划的精度。3. 根据权利要求1所述的探针轨迹规划及跟踪方法，设计基于前馈和反馈联合控制的 轨迹跟踪的特征是:使用跟踪误差函数，分析Attocube参数不确定系统的误差函数，通过线 性矩阵数学计算最优逆矩阵，基于控制理论设计前馈控制器，基于前馈控制器的影 响，结合权函数设计反馈控制器传递函数，将设计好的前馈控制器和反馈控制器进行联合 控制，并调整参数，确定最优轨迹跟踪参数。4. 根据权利要求1所述的探针轨迹规划及跟踪方法，跟踪规划轨迹的特征是:假定探针 从起点到终点的四个关键点的姿态，应用matlab软件使用五次函数对假设的四个关键点进 行轨迹规划，使用前馈和反馈联合控制对已规划轨迹分别在X和Y方向进行跟踪验证。
【专利摘要】SEM下微纳操作的探针轨迹规划及跟踪方法，涉及微纳操作及控制领域。解决了在纳米操控领域，由于尺寸效应，易出现的纳米操作过程中轨迹规划困难及跟踪精度过低的问题。SEM下微纳操作的探针轨迹规划及跟踪方法包括以下步骤：步骤一、采用Attocube位移角与样本平台旋转角获得五次函数规划方法；步骤二、设计基于前馈和反馈联合控制的轨迹跟踪方法；步骤三、跟踪规划轨迹。本发明通过五次函数规划的轨迹，满足探针实际运动轨迹，且对微纳环境下轨迹跟踪的精度极高。本发明适用于微纳观环境下的探针轨迹规划及跟踪。
【IPC分类】G01Q20/00, G01Q30/02
【公开号】CN105445498
【申请号】CN201510635044
【发明人】李东洁, 张越, 盛宇佳
【申请人】哈尔滨理工大学
【公开日】2016年3月30日
【申请日】2015年9月30日