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原子力显微镜(Atomic Force Microscope)作为现代纳米科学研究的基本工具,已广泛应用于纳米科技的各个研究领域中。原子力显微镜的微悬臂主要用于纳米操纵等。由于AFM微悬臂是微纳米级的,具有柔性特征,微悬臂的探针与样品间的原子作用力会导致微悬臂发生弯曲变形,影响AFM的控制性能;而微悬臂易受到外界扰动的影响,会导致微纳米级悬臂和探针的损坏,并可能会降低AFM在纳米扫描、操纵等的控制精度,所以柔性微悬臂的控制精度对AFM纳米探测和操纵非常重要。常规的控制方法需要微悬臂精确的数学模型,但由于微悬臂的非线性,时空耦合,扰动等影响,在实际系统中,很难获得微悬臂精确的数学模型,并很难达到理想的控制要求。而模糊控制作为智能控制器,最大的优点是具有较强的鲁棒控制效果而且不依赖被控对象的精确数学模型。因此,本文以原子力显微镜的微悬臂为研究对象,建立了AFM柔性微悬臂的分布参数系统模型,提出了基于时空变量分离的模糊控制策略,并开展了相关的实验研究。论文主要研究工作包括一些几个方面：(1)建立了AFM柔性微悬臂的分布参数系统模型和压电陶瓷的动力学模型。首先,根据柔性微悬臂的动态振荡特性,并结合微悬臂针尖与样本的原子作用力模型,运用欧拉-伯努利理论建立了微悬臂的分布参数系统模型。然后,针对AFM压电陶瓷驱动器的迟滞、非线性等特点,采用系统辨识方法建立其动力学模型。通过分析微悬臂与驱动的相互关系,建立了其整体动力学模型,最后对微悬臂的分布参数系统模型,运用时空变量分离的方法进行低维近似。(2)设计了AFM微悬臂的基于时空变量分离的模糊控制策略。由于AFM柔性微悬臂的振荡特性、复杂性和鲁棒性等特点,结合模糊逻辑控制器不需要被控对象的精确模型和鲁棒性强的优点,设计了一种针对AFM柔性微悬臂系统的基于变量分离的模糊PID控制策略。通过仿真分析,表明了这种控制策略具有良好的控制性能和鲁棒性能。(3)提出了基于给定相角裕度的模糊PID控制整定方法。根据已设计的模糊PID控制策略,采用基于给定相角裕度的整定方法,对每一个控制器进行参数整定,再结合模糊PID控制器的PID特性,整定出基于变量分离的模糊PID控制器的参数。仿真结果表明这种参数整定方法的有效性。(4)设计了基于这种控制策略的快速扫描实验。在AFM纳米实验平台上,根据AFM快速扫描的工作原理,设计了基于时空变量分离的模糊PID控制的快速扫描实验,并结合变速扫描的优点,改善了AFM的扫描性能。实验结果验证了基于时空变量分离的模糊PID控制策略的具有良好的控制性能,以及基于时空变量分离的模糊控制策略的变速扫描方法的合理性。