Luận án tiến sĩ về thiết kế và điều khiển hệ thống treo điện tử tiết kiệm chi phí

• Tác giả: Truyen The Le
• Người hướng dẫn: Prof. Jong Up Jeon
• Trường học: University of Ulsan
• Chuyên ngành: Mechanical and Automotive Engineering
• Đề tài: Hệ thống treo điện tử hiệu quả về chi phí: Thiết kế và điều khiển
• Loại tài liệu: thesis
• Năm xuất bản: 2011
• Địa điểm: Ulsan

• ACKNOWKEGMENTS
• CONTENT
• 1. CHƯƠNG 1: INTRODUTION
• 1.4. Squeeze film air bearing
• 1.7. Scope of the Work and Outline of the Thesis
• 2. CHƯƠNG 2: DYNAMIC MODEL OF ONE DEGREE OF FREEDOM ELECTROSTATIC SUSPENSION SYSTEM
• 2.3. Dynamic equation
• 3. CHƯƠNG 3: THE COVENTIONAL ELECTROSTATIC SUSPENSION SYSTEM
• 3.1. Proportional-Integral-Derivative (PID) controller
• 3.2. Design of feedback control by using technique back-stepping
• 3.3. Sub-conclusion
• 4. CHƯƠNG 4: DEVELOPMENT OF COST-EFFECTIVE ELECTROSTATIC SUSPENSION SYSTEMS
• 4.1. Principle of operation
• 4.2. Simple on-off control
• 4.3. Bang-bang time optimal control
• 4.4. Delay controller
• 4.5. Variable structure controller
• 4.6. Sub-conclusion
• 5. CHƯƠNG 5: NOVEL ELECTROSTATIC SUSPENSION SYSTEM USING MOVABLE ELECTRODE
• 5.1. The dynamic equation of suspended object
• 5.2. Principle of operation
• 5.3. The dynamic modeling of the suspension system
• 5.4. Design of Genetic-PID controller
• 5.5. Continuous proximate time optimal control
• 5.6. Design and manufacturing of mechanical amplifier
• 5.7. Design of mechanical amplifier-piezo actuator-movable electrode
• 5.8. Novel suspension system
• 5.9. Design of voltage amplifier
• 5.10. Determining of voltage supplied to electrodes
• 5.11. Experimental results obtained by PID control
• 5.12. Experimental results obtained by proximate time optimal control
• 5.13. Sub-conclusion
• FINAL CONCLUSION
• REFERENCES
• APENDIX 1
• APENDIX 2
• Symbols and abbreviations

I. Giới thiệu về hệ thống treo điện tử

Hệ thống treo điện tử (hệ thống treo) là một công nghệ tiên tiến trong lĩnh vực cơ khí và tự động hóa. Nó cho phép điều khiển và tối ưu hóa hiệu suất của các thiết bị treo mà không cần tiếp xúc vật lý. Việc áp dụng công nghệ này giúp giảm thiểu ô nhiễm bề mặt sản phẩm trong quá trình sản xuất, đặc biệt là trong ngành công nghiệp bán dẫn và màn hình tinh thể lỏng. Theo nghiên cứu, việc sử dụng hệ thống treo điện tử có thể nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm. Hệ thống này hoạt động dựa trên nguyên lý lực điện tĩnh, cho phép treo các vật liệu khác nhau mà không cần tiếp xúc, từ đó giảm thiểu sự hình thành bụi và ô nhiễm trong môi trường sản xuất.

1.1 Nguyên lý hoạt động của hệ thống treo điện tử

Nguyên lý hoạt động của hệ thống treo điện tử dựa trên việc tạo ra lực điện tĩnh giữa các điện cực. Khi một điện áp cao được áp dụng, lực điện tĩnh sẽ tạo ra một lực nâng lên, giúp vật thể được treo lơ lửng mà không cần tiếp xúc. Điều này đặc biệt quan trọng trong các quy trình sản xuất yêu cầu môi trường chân không, nơi mà sự tiếp xúc vật lý có thể gây ra ô nhiễm. Hệ thống này không chỉ giúp nâng cao hiệu suất mà còn giảm thiểu chi phí sản xuất nhờ vào việc loại bỏ các bước xử lý bề mặt phức tạp.

II. Thiết kế và điều khiển hệ thống treo điện tử

Thiết kế của hệ thống treo điện tử bao gồm nhiều yếu tố như cấu trúc điện cực, hệ thống điều khiển và các cảm biến. Việc tối ưu hóa thiết kế không chỉ giúp nâng cao hiệu suất mà còn giảm thiểu chi phí. Các phương pháp điều khiển như PID (Proportional-Integral-Derivative) được sử dụng để duy trì sự ổn định của hệ thống. Điều này cho phép hệ thống phản ứng nhanh chóng với các thay đổi trong môi trường, đảm bảo rằng vật thể luôn được treo ở vị trí mong muốn. Việc áp dụng các công nghệ mới như điều khiển theo thời gian tối ưu cũng giúp cải thiện hiệu suất và giảm thiểu chi phí vận hành.

2.1 Các loại hệ thống treo điện tử

Có nhiều loại hệ thống treo điện tử khác nhau, bao gồm hệ thống treo tĩnh và động. Hệ thống treo tĩnh thường được sử dụng trong các ứng dụng yêu cầu độ chính xác cao, trong khi hệ thống treo động có thể điều chỉnh theo thời gian thực để đáp ứng các yêu cầu thay đổi. Việc lựa chọn loại hệ thống phù hợp phụ thuộc vào ứng dụng cụ thể và yêu cầu về hiệu suất. Các nghiên cứu gần đây đã chỉ ra rằng việc sử dụng cảm biến treo có thể cải thiện đáng kể khả năng điều khiển và ổn định của hệ thống.

III. Hiệu quả chi phí của hệ thống treo điện tử

Một trong những lợi ích lớn nhất của hệ thống treo điện tử là khả năng tối ưu hóa chi phí. Việc loại bỏ các bộ phận cơ khí phức tạp và giảm thiểu sự cần thiết phải bảo trì thường xuyên giúp giảm chi phí tổng thể. Hệ thống này cũng cho phép sử dụng ít năng lượng hơn so với các hệ thống truyền thống, từ đó giảm chi phí vận hành. Nghiên cứu cho thấy rằng việc áp dụng công nghệ treo có thể tiết kiệm đến 30% chi phí sản xuất trong một số ứng dụng nhất định. Điều này không chỉ mang lại lợi ích kinh tế mà còn góp phần vào việc bảo vệ môi trường.

3.1 Tối ưu hóa chi phí trong thiết kế

Tối ưu hóa chi phí trong thiết kế hệ thống treo điện tử có thể đạt được thông qua việc sử dụng các vật liệu nhẹ và bền hơn, cũng như cải tiến quy trình sản xuất. Việc áp dụng các phương pháp thiết kế hiện đại như mô phỏng máy tính và phân tích yếu tố hữu hạn giúp giảm thiểu thời gian và chi phí phát triển sản phẩm. Hơn nữa, việc sử dụng các công nghệ mới như in 3D trong sản xuất các bộ phận của hệ thống treo cũng có thể giảm thiểu chi phí và thời gian sản xuất.