7620

7620

مدلسازي پيوسته و كنترل مقاوم تيرِ يك سرگيردار ميكروسكوپ نيروي اتمي(AFM)

كارشناسي ارشد

مهندسي مكانيك

1390

1390

دكتر امير حسين دوائي مركزي

چكيده در اين پاياننامه، موضوع كنترل ارتعاشات تيرك ميكروسكوپ نيروي اتمي، در حالت شبه تماس ي، مورد بررسي قرار گرفته است. اي ن تيرك در واقع به صورت ي ك سر گ ي ر بوده و مشخص ه ها ي ارتعاشي آن تحت تأثير نيروهاي برهمكنش ناشي از همجواري سوزن انتهاي آن با سطح نمونه تغيي ر مي نمايد. بر اين اساس امكان ايجاد تصوير از ساختار سطح در مقياس نانو فراهم ميآايد. در بخش اول اين پاياننامه بر اساس تئوري تنش كوپل شده، يك مدل برنولي-اويلر اصلاح شده براي تيرك ارائه شده است كه بر خلاف مدل كلاسيك، شامل پارامتري به نام مقياس طول است كه ت أثير ابعاد تيرك، در رفتار ديناميكي تير را بيان مي كند. تغييرات دامنه و فركانس هاي ارتعاش تي رك، با استفاده از تقريب خطي نيروي برهمكنش به دست آمده و پاسخهاي فركانسي و گذرا حاصل از دو مدل كلاسيك و اصلاح شده با يكديگر مقايسه شده اند. مشاهده ميشود كه فركانس هاي طبيعي به دست آمده از مدل اصلاح شده، همواره از مقادير پيشبيني شده توسط مدل كلاسيك بيشتر بوده و اين اختلاف در ضخامتهاي كمتر، افزايش مي يابد. صحت نتا يج حاصل از اي ن تقري ب خط ي، در مقايسه با يك مدل اجزاي محدود ارتعاشي دقيق، نشان داده شده است. در بخش دوم، موضوع كنترل دقيق ارتعاشات انتهاي آزاد تيرك مورد توجه قرار گرفته است. يكي از روش هاي ممكن براي اين كار، تقريب زدن تير پيوسته با تعداد ي از جرم ها ي متمركز در طول ت ي ر است. از ديدگاه كنترلي، اين ساده سازي، به منزله تحميل نوعي عدم قطعيت به معادلات سيستم تحت كنترل است. بنابراين، اهداف اصلي در طراحي كنترلكننده به اين شرح خواهد بود: ( 1) دنبال كردن ورودي سينوسي مرجع با دقت ز ي اد ( 2) كاهش اثر اغتشاش ات محيط ي در ي ك ب ازه ي فركانسي مشخص و ( 3) حفظ پايداري و عملكرد مطلوب سيستم در حضور عدم قطعيتها ي ناش ي از ناپيوسته سازي، خطي سازي و ساير ديناميك هاي مدل نشده ي تيرك. بر اي اي ن كار، محدوده ي حداكثر ي براي اين عدم قطعيتها مورد ارزيابي قرار گرفته و بر اساس آن دو كنترل كننده ي مقاوم ، يك ي با طراحي شدهاند و ،H∞ و ديگري با استفاده از طراحي شكل دهندهي حلقه H∞ استفاده از روش كنترل كارايي آنها با اعمال بر مدل پيوسته تيرك نشان داده شده است. واژه هاي كليدي: ميكروسكوپ نيروي اتمي، تنش كوپل شده، پارامتر مقياس طول، كنترل مقاوم.