21世纪，随着纳米技术的飞速发展，具备纳米测量与操作功能的原子力显微镜(AFM)，得到了国内外自动控制领域很多专家、学者的关注。本文主要从AFM水平方向系统的定位、跟踪控制角度出发，利用搭建的AFM水平x方向闭环系统平台，实现了对期望轨迹的快速、精确跟踪控制。主要内容包括：　　 ⑴借助于高精度的电容位移传感器，在实验室现有AFM平台----本原CSPM4000 AFM系统之上，基于RTLinux操作系统搭建了AFM在水平x方向的闭环系统，实现了该方向上反馈信号的实时获取。重点解决了电容传感器在压电扫描器x方向的安装问题，并通过内核与界面编程，完成了友好的系统交互功能。该闭环实验系统的成功搭建，为各种控制算法的实现与测试，提供了良好的应用平台。　　 ⑵针对压电扫描器在高频率、大幅值输入信号作用下容易被击穿的特点，本文采用一种振幅逐渐衰减的分段式扫频信号，利用N4SID算法建立了系统的动态模型;同时，考虑到传感器测量环节存在的非线性特性，利用多项式拟合进一步获得系统的变增益改进模型。另外，基于预测模型能够预测系统未来动态行为，提高系统响应速度，而建立在最优控制基础上的滚动优化策略能够进一步提高系统鲁棒性，将DMPC算法应用到该系统的闭环控制中，可以实现对期望轨迹的快速跟踪控制。仿真与实验结果表明，相比于通常的PI控制，基于模型的DMPC策略更适用于系统在高频扫描下的精确跟踪控制。　　 ⑶针对压电扫描器的迟滞非线性以及动态特性，本文结合N4SID算法，进一步建立了基于改进Prandtl-Ishlinskii迟滞模型的系统模型，并在此基础上完成了前馈与反馈相结合的跟踪控制器(2DOF)设计。其中，前馈控制器采用建立的Prandtl-Ishlinskii迟滞逆模型，以补偿系统的迟滞非线性;反馈控制器采用通常的比例积分控制，以进一步提高系统的跟踪控制精度。实验结果表明，相比于电压直驱控制、比例积分反馈控制、迟滞逆模型前馈控制，2DOF控制器在低频、高频扫描下均可以获得较好的跟踪控制效果。