本文在对原子力显微镜的发展状况进行分析和综述的基础上,讨论了原子力显微镜的工作原理、工作模式。阐述了现有的原子力显微镜存在的问题,分析研究了探针结构、系统干扰和压电陶瓷迟滞对测量结果的影响,设计了测头的相关部件。压电陶瓷工作台是原子力显微镜系统核心部件之一,压电陶瓷存在的迟滞特性严重影响了原子力显微镜系统的定位精度和扫描精度。本文针对原子力显微镜工作台存在的迟滞现象进行了研究,建立了一种描述迟滞特性的迟滞数学模型,该模型可以模拟出任意一条迟滞曲线。仿真和实验结果表明,该数学模型可以精确描述迟滞现象,模型的误差在1%左右,它为AFM工作台扫描控制方法的研究提供了模型基础。本文完成了基于迟滞数学模型的开环控制系统的设计研究,包括迟滞数学模型参数的识别,逆模型的求取。对系统的定位能力进行了实验,实验结果表明,工作台的定位精度明显提高,系统定位误差由10%减小至1.5%。为进一步提高工作台的定位精度,本文建立了基于迟滞模型的闭环扫描控制系统,并对系统的定位能力进行了实验,实验结果表明,系统最大定位误差减小至0.1%,该控制系统兼顾了系统的动态响应和高定位精度。本文所研究的AFM工作台扫描控制系统提高了原子力显微镜工作台的扫描精度和定位精度,提升了原子力显微镜工作的可靠性。