Nghiên cứu vi động cơ theo nguyên lý điện nhiệt dạng dầm chữ V và hệ điều khiển
Không được cung cấp trong văn bản.
Luận án này tập trung nghiên cứu, thiết kế, chế tạo và điều khiển vi động cơ, đặc biệt là loại sử dụng hiệu ứng giãn nở nhiệt (điện nhiệt) dạng dầm chữ V. Sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ vi cơ điện tử (MEMS) trong 30 năm qua đã mở ra nhiều tiềm năng ứng dụng trong các lĩnh vực y sinh, vi robot, tuy nhiên, ở Việt Nam, lĩnh vực này còn khá mới mẻ. Đề tài hướng đến giải quyết việc tính toán thiết kế một mẫu vi động cơ hoàn toàn mới, xây dựng quy trình chế tạo, mô hình toán học và lựa chọn bộ điều khiển phù hợp.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu bao gồm thiết kế bộ điều khiển học lặp (ILC - Iterative Learning Control) cho vi động cơ giãn nở nhiệt được chế tạo bằng công nghệ vi cơ khối, nghiên cứu lý thuyết giãn nở nhiệt, truyền nhiệt trong dầm mảnh và các công nghệ gia công MEMS. Mục tiêu là chế tạo ít nhất một mẫu vi động cơ quay đường kính 2-3mm, công suất vài mW, xây dựng mô hình toán, phân tích hệ thống, thiết kế bộ điều khiển phù hợp và mô phỏng thuật toán điều khiển trên mô hình vật lý. Phương pháp nghiên cứu kết hợp phân tích lý thuyết, mô phỏng kiểm chứng và thực nghiệm.
Những đóng góp mới của luận án bao gồm việc tính toán và thiết kế thành công 02 mẫu vi động cơ quay đường kính 2,5mm, đặt trên chip 5x5x484 µm, có khả năng quay toàn vòng với dải vận tốc 0,08-5 vòng/phút và công suất đầu ra 2-50 mW. Các mẫu này được chế tạo từ phiến silic kép (SOI) bằng quy trình gia công vi cơ khối (Bulk – micromachining) sử dụng 1 mặt nạ, phù hợp với điều kiện Việt Nam. Tác giả cũng đã phát triển mô hình bộ kích hoạt điện nhiệt dạng chữ V về dạng song tuyến (bilinear) bằng cách phân tách dầm thành nhiều phân tố, tạo thuận lợi cho phân tích và thiết kế điều khiển. Luận án đã xây dựng bộ điều khiển học lặp cho vi động cơ, khảo sát mô phỏng với hai thuật toán PD và PID (có/không có nhiễu), cho thấy đáp ứng tốt và khả năng bám tín hiệu đặt, với PID cho kết quả hội tụ nhanh và sai số nhỏ hơn. Kết quả mô phỏng trên mô hình Simscape cũng khẳng định tính phù hợp và tiềm năng ứng dụng của phương pháp.
Về ý nghĩa khoa học, luận án mở ra hướng nghiên cứu mới về ứng dụng vi động cơ trong các hệ thống vi dẫn động, vi robot, và phân tích sinh hóa, đồng thời cung cấp tài liệu tham khảo giá trị về mô hình hóa và điều khiển học lặp trong hệ thống vi cơ. Về ý nghĩa thực tiễn, đề tài góp phần bổ sung kết quả nghiên cứu mới vào lĩnh vực vi cơ điện tử tại Việt Nam.