تحلیل و کنترل دینامیک غیرخطی میکروسکوپ نیروی اتمی بر اساس مدل غیرمحلی

در این مقاله میکروسکوپ نیروی اتمی بر اساس تئوری غیرکلاسیک غیرمحلی مدل سازی شده و ارتعاشات غیرخطی در این سیستم تحلیل و کنترل می شود. در این مدل سازی معادله حاکم بر نانوکانتیلور اویلر- برنولی  با در نظر گرفتن غیرخطی هندسی فون کارمن و بر اساس تئوری الاستیسیته غیرمحلی ارینگن با استفاده از اصل همیلتون استخراج می شود. در گام بعد با به کاربردن روش گالرکین، معادله دیفرانسیل حاکم بر دینامیک میکروسکوپ نیروی اتمی در حضور نیروهای جاذبه و دافعه واندروالس به دست می آید. معادله غیرخطی حاکم با استفاده از روش مقیاس های زمانی چندگانه حل شده و تشدیدهای اولیه و ثانویه میکروسکوپ نیروی اتمی مطالعه می شود. در این راستا منحنی های پاسخ فرکانسی و دامنه پاسخ برحسب دامنه تحریک، برای تشدیدهای اولیه، سوپرهارمونیک و ساب هارمونیک به ازای مقادیر مختلف پارامتر غیرمحلی رسم می شود. بر این اساس، نشان داده می شود که تشدیدهای اولیه، سوپرهارمونیک و ساب هارمونیک میکروسکوپ نیروی اتمی به طور چشمگیری تحت تاثیر پارامتر غیرمحلی هستند. نتایج به دست آمده نشان می دهند که استفاده از تئوری غیرمحلی برای تحلیل ارتعاشات غیرخطی میکروسکوپ نیروی اتمی یک ضرورت اساسی است. سپس، علاوه بر تحلیل دینامیکی، با طراحی و به کاربردن کنترلر مقاوم تطبیقی فازی، ارتعاشات آشوبناک در مدل غیرمحلی میکروسکوپ نیروی اتمی به طور کامل کنترل و حذف می شود. برای این کار کنترلر مقاوم تطبیقی فازی به عنوان یک روش قدرتمند به منظور کنترل آشوب در مدل غیرمحلی میکروسکوپ نیروی اتمی استفاده می شود. نتایج به دست آمده در فرآیند طراحی و کنترل میکروسکوپ نیروی اتمی کاربرد دارد.

Keywords:

Atomic Force Microscope , Nanocantilever , Nonlocal Theory , Multiple Time Scales , Chaos Control , میکروسکوپ نیروی اتمی , نانوکانتیلور , تئوری غیرمحلی , مقیاس های زمانی چندگانه , کنترل آشوب