AFM-TM微悬臂梁系统混沌运动及控制算法分析

来源：计量学报杂志2024年第3期北京时间：

作者：宋佩颉,褚衍东,张航,俞睿

单位：1. 兰州交通大学机电工程学院,甘肃兰州730070; 2. 甘肃省计量研究院长度计量研究所,甘肃兰州730050;

摘要：针对轻敲式原子力显微镜微(AFM-TM)悬臂梁系统的混沌运动会严重影响到AFM-TM的测量精度的问题,对该系统动力学特性及控制算法进行了分析。首先,通过数值仿真,综合利用Lyapunov指数、分岔图、Poincaré截面和相位图分析了外部激励幅值变化时AFM-TM微悬臂梁系统运动特性的演化;然后,提出将延时反馈控制和模糊自适应延时反馈,用于控制系统的混沌运动;最后,对两种控制算法进行了比较。研究结果表明,当无量纲外部激励幅值在［0.65,0.85］等取值区间内取值时,系统表现出明显的混沌运动特性;延时反馈控制和模糊自适应延时反馈控制均能有效的将系统的混沌运动拉回到周期轨道,但模糊自适应延时反馈更适用于AFM-TM被测样品变化的复杂情况。结果对AFM-TM微悬臂梁外部激励参数选择、非线性系统复杂动力学特性分析和混沌运动控制提供有意义的理论参考。

关键词：几何量计量;轻敲式原子力显微镜;微悬臂梁;混沌运动;延时反馈控制;模糊控制

基金资助：西藏自治区科技计划(XZ202301YD0004C);甘肃省青年科技基金(21JR7RA316);中国计量科学研究院科研项目(AKYZD2307);甘肃省计量研究院科研项目(GJY2023003)