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本文在搭建原子力顯微鏡(AFM)水平方向閉環(huán)系統(tǒng)的基礎上,建立了系統(tǒng)變增益?zhèn)鬟f函數(shù)模型,并將離散時間模型預測控制(D MPC) 應用到該系統(tǒng)中,實現(xiàn)了對期望軌跡的精確跟蹤控制。具體而言,針對壓電掃描器的特點,采用一種振幅逐漸衰減的分段式掃頻輸入信號, 并利用N4SID算法建立系統(tǒng)的動態(tài)模型;同時,考慮到系統(tǒng)傳感測量環(huán)節(jié)存在的非線性特性,利用多項式擬合獲得系統(tǒng)的變增益改進模型。另外,基于預測模型能夠預測系統(tǒng)未來動態(tài)行為,提高系統(tǒng)響應速度,而建立在最優(yōu)控制基礎上的滾動優(yōu)化策略能夠進一步提高系統(tǒng)魯棒性,將DMPC算法應用到系統(tǒng)的閉環(huán)控制中,可以實現(xiàn)對期望軌跡的快速跟蹤控制。實驗結(jié)果表明,建立的系統(tǒng)模型較準確地描述了系統(tǒng)輸入輸出的關系;與PI 控制相比,基于模型的DMPC策略更適用于系統(tǒng)在高頻掃描下的跟蹤控制。