I. Tính cấp thiết của đề tài
Nghiên cứu về vi động cơ điện và hệ điều khiển tự động hóa đang trở thành một lĩnh vực quan trọng trong công nghệ hiện đại. Sự phát triển của công nghệ vi cơ điện tử (MEMS) đã mở ra nhiều cơ hội ứng dụng trong các lĩnh vực như y sinh, vi robot và tự động hóa. Các vi động cơ sử dụng hiệu ứng giãn nở nhiệt có khả năng tạo ra lực lớn trong khi vẫn duy trì kích thước nhỏ gọn. Tuy nhiên, nghiên cứu về điện nhiệt và hệ điều khiển cho các vi động cơ này tại Việt Nam vẫn còn hạn chế. Đề tài này nhằm giải quyết những vấn đề còn tồn tại trong việc thiết kế và chế tạo vi động cơ mới, đồng thời phát triển các phương pháp điều khiển hiệu quả cho chúng.
II. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu chính của luận án là vi động cơ sử dụng hiệu ứng giãn nở nhiệt, với kích thước khoảng 2-3 mm. Phạm vi nghiên cứu bao gồm việc thiết kế bộ điều khiển học lặp (ILC) cho vi động cơ này, đồng thời tìm hiểu các thông số ảnh hưởng đến quá trình truyền nhiệt trong dầm chữ V. Nghiên cứu cũng sẽ xem xét các công nghệ gia công MEMS và lựa chọn quy trình chế tạo phù hợp với điều kiện thực tiễn tại Việt Nam. Mục tiêu là phát triển một mẫu vi động cơ có khả năng hoạt động hiệu quả trong các ứng dụng thực tế.
III. Mục tiêu nghiên cứu
Mục tiêu chính của nghiên cứu là chế tạo ít nhất một mẫu vi động cơ quay với đường kính khoảng 2-3 mm, có công suất từ 2 đến 50 mW. Nghiên cứu sẽ xây dựng mô hình toán học cho hệ thống, khảo sát và phân tích thông qua mô hình. Đồng thời, thiết kế bộ điều khiển phù hợp với các ràng buộc công nghệ chế tạo. Việc mô phỏng thuật toán điều khiển trên mô hình vật lý sẽ giúp kiểm chứng tính khả thi của các giải pháp đề xuất.
IV. Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu kết hợp giữa phân tích lý thuyết, mô phỏng và thực nghiệm. Nghiên cứu tổng quan sẽ giúp xác định vấn đề cần giải quyết, từ đó triển khai các giải pháp và kiểm chứng thông qua mô phỏng và thực nghiệm. Việc áp dụng các phương pháp điều khiển học lặp (ILC) sẽ được khảo sát để đánh giá hiệu quả trong việc điều khiển vi động cơ. Các kết quả thu được sẽ cung cấp cơ sở cho việc phát triển các ứng dụng thực tiễn trong lĩnh vực tự động hóa.
V. Những đóng góp mới của luận án
Luận án đã phát triển hai mẫu vi động cơ quay với đường kính 2,5 mm, có khả năng quay toàn vòng với dải vận tốc từ 0,08 đến 5 vòng/phút. Mô hình bộ kích hoạt điện nhiệt dạng dầm chữ V đã được đưa về dạng mô hình song tuyến, thuận lợi cho việc phân tích và thiết kế bộ điều khiển. Kết quả mô phỏng cho thấy các thuật toán điều khiển PD và PID đều cho đáp ứng tốt, khẳng định tính khả thi của phương pháp điều khiển học lặp trong việc điều khiển vi động cơ.
VI. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
Nghiên cứu này không chỉ đóng góp vào lý thuyết về vi động cơ điện mà còn có ý nghĩa thực tiễn lớn trong việc phát triển công nghệ MEMS tại Việt Nam. Việc chế tạo thành công vi động cơ và xây dựng bộ điều khiển hiệu quả sẽ mở ra nhiều cơ hội ứng dụng trong các lĩnh vực như tự động hóa, y sinh và vi robot. Điều này sẽ góp phần nâng cao năng lực nghiên cứu và phát triển công nghệ trong nước, đồng thời thúc đẩy sự phát triển của ngành công nghiệp vi cơ điện tử.
