Q-Adaptive Control of the nonlinear dynamics of the cantilever-sample system of an Atomic Force Microscope

Publikation: Beiträge in ZeitschriftenZeitschriftenaufsätzeForschungbegutachtet

Authors

The article presents the control of the nonlinear dynamics of the cantilever-sample system of an atomic force microscope (AFM) by the combination of Q-control and model reference adaptive control, when the AFM operates in contact mode. In this mode the AFM is always in contact with the sample, being able to measure the topographic characteristics for different materials and structures at a nanometric scale. For this task, the AFM uses a cantilever with a micro tip at one end that explores the surface of the sample during scanning. During this process, the closed loop feedback control keeps the acting force on the cantilever beam constant, where the error between the reference and the output of the plant is equivalent to the topography of the sample. We know that the nonlinear dynamics of the cantilever beam system is complex, due to the different types of nonlinear forces that act. In the contact mode the interaction force is described by the modified Hertz model when the cantilever-sample distance is less than 0.2 nm. Here we use an approximate model of the interaction force to reduce the complexity of the model, which depends on the Q factor. The proposed method combine the adaptive control with the control Q, where the control Q allows to reduce the force of beam interaction cantilever-sample, reducing the probability of damage in the sample and in the micro tip due to permanent contact. The Q control is incorporated to the proposed method through the design of the reference model and also a design formula for the effective Q factor is obtained. As a result we have that the proposed control method is stable, showing good performance for different surfaces and reference inputs. The stability of the system is proved by the second Lyapunov method. To show the effectiveness of the proposed method a variety of simulations are presented. The proposed method is totally general and can be applied to any nonlinear complex system.
OriginalspracheEnglisch
Aufsatznummer8789561
ZeitschriftIEEE Latin America Transactions
Jahrgang16
Ausgabenummer9
Seiten (von - bis)2400-2408
Anzahl der Seiten9
DOIs
PublikationsstatusErschienen - 09.2018

Zuletzt angesehen

Publikationen

  1. Geschlechtsbewusste Gewaltprävention - ein Qualitätsmerkmal in der Kooperation von Schule und Jugendhilfe
  2. Graphismus als Potenzial: Reflexionen über die epistemische Verschränkung von Räumlichkeit und Anschauung
  3. Videostudie zu sprachförderlichen Merkmalen der Lehrersprache und deren Wirkungen auf Schülerleistungen
  4. The messenger as a model in Media Theory. Reflections on the philosophical di-mensions of theorizing Media
  5. Simulation wilder Spekulationen. Oder: Wie einmal Paul Baran mit einem falschen Modell das Internet erfand
  6. Social support as a moderator of the relationship between work stressors and psychological dysfunctioning
  7. Prävention von Leseschwierigkeiten. Wieso das Lesenlernen nicht nur ein grundschuldidaktisches Problem ist
  8. Response of soil fertility indices to long-term application of biogas and raw slurry under organic farming
  9. Arte urbano im Spanischunterricht – die Straßen von Caracas als kultureller und politischer Handlungsraum
  10. Comparative study on the dehydrogenation properties of TiCl4-doped LiAlH4 using different doping techniques
  11. Zur Beurteilung der Gesprächsqualität im telefonischen Verkauf - Zwischenbericht über ein Forschungsprojekt
  12. Nachhaltigkeitskonzepte von Lehrenden im Kontext der Kompetenzentwicklung für eine nachhaltige Entwicklung
  13. Wirkung der globalen Textkohäsion auf das Leseverständnis von Schülern mit heterogenen Lesevoraussetzungen
  14. Population ecology of the rare carabid beetle Carabus variolosus (Coleoptera : Carabidae) in North-west Germany
  15. Die Konsequenzen des demographischen Wandels für den hochkulturellen Sektor am Beispiel der Lübecker Museen
  16. Notes Toward a Performative Theory of Assembly by Judith Butler . Cambridge, MA: Harvard University Press, 2015.
  17. Gespenster, Masken und "spukhafte Wirbel" in H. G. Adlers Studie Theresienstadt 1941-1945 und dem Roman Eine Reise
  18. Mensch und Wald. Theorie und Praxis einer Bildung für nachhaltige Entwicklung am Beispiel des Themenfelds Wald
  19. Future Challenges of Higher Education in the Context of Sustainable Development from a European Point of View
  20. Evaluating OWL 2 reasoners in the context of checking entity-relationship diagrams during software development
  21. Ein Verfahren zur vergleichenden Analyse mündlicher Sprachproben von DaZ-Schüler/-innen: zur Kategorienentwicklung
  22. Video analysis in Design-Based Research – Findings of a project on self-organised learning at a vocational school
  23. Lehrer- und schülerzentrierte Prozessstrukturen kaufmännischen Unterrichts - Ergebnisse einer Beobachtungsstudie
  24. Mit Textprozeduren am (Fach-)Wortschatz arbeiten – sprachliche Mittel in Sachtexten sammeln, entwickeln und anwenden.
  25. Äquivalenz der Mathematik-Kompetenztests in der Sekundarstufe zwischen den Studien NEPS, Ländervergleich und PISA
  26. Adaptive control of the nonlinear dynamic behavior of the cantilever-sample system of an atomic force microscope
  27. Elements histroriques et evolutions de l'entrepreneuriat en milieu universitair apercus allemands et autrichiens
  28. Genesis and dating of Late Pleistocene-Holocene soil sediment sequences from the Lüneburg Heath, Northern Germany
  29. Multidisciplinary characterization of the middle Holocene eolian deposits of the Elsa River basin (central Italy)
  30. Öffentlichkeit als epistemologische und politische Ressource für die Genese umstrittener Wissenschaftskonzepte
  31. Human capital of small-scale business owners and business success: A longitudinal study on moderators and mediators
  32. Geschäftsmodell für regionale Direktvermarktung von Strom in einer Modellregion am Beispiel von Greenpeace Energy
  33. Bewältigungsstrategien von Kindern psychisch kranker Eltern am Beispiel des surrealistischen Malers René Magritte
  34. Fehlende Daten bei Unterrichtsbeobachtungen: Eine Sensitivitätsanalyse anhand von Daten der Schulinspektion Hamburg.
  35. Darstellung der Referenzarbeit: Schmidt, Torben (2007). Gemeinsames Lernen mit Selbstlernsoftware im Englischunterricht
  36. Lebensweltorientierung im Kindergarten - Eine elementarpädagogische Einrichtung aus sozialpädagogischer Perspektive
  37. (Inhibiting) Factors for (Un)Sustainable Behaviour in Relation to the Effects of Education for Sustainable Development
  38. »CO2 causes a hole in the atmosphere« Using laypeople’s conceptions as a starting point to communicate climate change
  39. Permeable reactive barrier technologies for groundwater remediation in Germany: Recent progress and new developments
  40. Einfluss einer trainingsbegleitenden sensomotorischen Intervention auf die sensomotorische Gleichgewichtsregulation
  41. Die Entwicklung von bildungswissenschaftlichem Wissen: Theoretischer Rahmen, Testinstrument, Skalierung und Ergebnisse
  42. Influence of transition metal dopants and temperature on the dehydrogenation and rehydrogenation kinetics of NaAlH4
  43. Interaction-Dominant Causation in Mind and Brain, and Its Implication for Questions of Generalization and Replication