微纳检测操作系统是一种用于微纳米尺度操作和检测的设备,具备纳米精度位移、力施加与检测的能力。其广泛应用于高精度测量光、机、电等生物与物理信息。随着纳米技术的发展,更多的领域将实现纳米尺度的实验研究。现有的微纳检测与操作系统在高速测量和操作中存在严重不足,其主要原因之一为其结构设计中使用的纳米定位平台固有频率较低,难以实现高速运动。为了解决这一科学技术难题,本文提出一种新式的纳米定位平台的设计与控制方法。采用新型的T型柔性铰链结构。通过两端固定梁中心旋转的方式,极大压缩了柔性铰链结构尺寸。在该新型柔性机构构型下优化铰链刚度在合理的范围内,极大提高了纳米定位平台的结构紧凑性。根据动平台运动过程中不同铰链的受力形式,通过适当提高短板板簧铰链厚度有效地增加铰链的刚度,进而提高了定位平台的固有频率。适当增加柔性铰链的宽度并缩短长度,从而有效地提高了铰链导向机构的轴向稳定性,进而为定位平台的运动平稳性提供了可靠保障。纳米定位平台的运动部分仅为动平台和铰链,无附加质量降低动平台的固有频率,保证了定位平台在机械结构上能够满足高速运动的要求。同时,柔性铰链的设计过程中使用了相对容易加工的宽铰链尺寸,降低纳米定位平台对于加工误差的灵敏度。通过减少纳米定位平台开孔数量从而有效的减少了线切割下丝次数。以上因素降低了高速纳米定位平台的加工难度,保证了加工精度及加工件成品率。对该高速纳米定位平台进行理论建模,利用柔度矩阵方法建立纳米定位平台的刚度理论模型,为纳米定位平台铰链参数的选择提供依据。使用有限元静态仿真软件得到纳米定位平台的刚度,验证理论的正确性,分析误差产生的原因并改进参数。通过对该纳米定位平台的模态仿真,得到该纳米定位平台的动态特性,得到XYZ三个运动方向的固有频率,并优化了设计参数。本文提供了高速纳米定位平台的完整设计理论和实践方法,充分测试了纳米定位平台的定位精度,动态响应速度,以及信号跟踪能力。应用FPAA可编程模拟门阵列控制器硬件控制策略实现高速PI闭环运动控制,实现了高精度高速的位置控制,开展了AFM高速扫描实验研究。仿真和实验表明,该纳米定位平台具有优良的静动态性能,同时具备低耦合误差和高定位精度的特点。将其应用于高速原子力显微镜系统中,扫描实验图像表明该纳米定位平台在FPAA闭环控制策略能高速扫描得到稳定而精确的图像。