原子力显微镜(Atomic force microscopy,AFM)多参数测量技术利用AFM探针针尖给样品施加微压痕,结合接触力学模型获取样品刚度、杨氏模量及表面粘附力等多种纳米力学特性。由于多参数原子力显微镜具有良好的环境适应能力和高空间分辨率,被广泛用于材料、细胞及生物分子等领域的力学参数表征。活细胞、相变材料等样品的时变特性参数测量的需求,对传统多参数AFM的动态测量能力提出了更高的要求。本文以提高多参数AFM扫描成像速度为研究目标,提出了基于T型探针扭转峰值力调制成像方法,解决了数据高速传输与处理的难题,并建立了前馈控制器,有效提高了扫描器的扫描速度。本文的主要研究内容包括:首先,建立了T型探针的动力学模型,分析了探针悬臂对针尖-样品作用力的暂态响应,表明其一阶扭转比一阶挠曲具有更高的响应速度。基于此,提出了T型探针扭转峰值力调制方法,该方法工作在一阶挠曲共振频率,比传统非共振挠曲峰值力调制技术具有更高的测量速度。然后,针对高速成像模式对更高的测量数据处理速度的需求,提出了基于FIR滤波器和窗函数的降噪快速峰值力提取方法,并采用CIC滤波器建立了扭转测量信号的压缩传输方案,降低了数据处理传输的时间消耗和底层逻辑资源占用。构建了基于FPGA的成像数据高速处理系统,为AFM的高速多参数扫描提供了硬件支持。最后,建立了扫描器的迟滞-振动组合模型,完成了子模型的参数辨识,实验验证了组合模型的正确性。并基于所提出的组合模型,设计了数据驱动的前馈注入控制器,包含具有全频精确拟合能力的逆卷积振动补偿器和能够适应不同偏置电压的迟滞补偿PID求解器,在保证扫描器运动精度的前提下,提高了扫描器的运动速度。本文对高速多参数原子力显微镜接触力测量、数据处理和扫描器运动控制三个方面的技术进行了研究,为提高多参数原子力显微镜的成像速度提供了有效的解决方案,对微纳尺度高速力学特性表征的研究具有重要意义,对生物细胞与分子的动态特性表征、新材料的迭代研发有重要应用价值。