Tóm tắt Luận án tiến sĩ Kỹ thuật: Mô hình hóa và điều khiển dự báo hệ thống phân phối vật liệu nano

Luận án đề ra mục tiêu: Xây dựng mô hình toán động lực học đối với hệ chuyển động cơ khí của hệ thống phân phối vật liệu nano ứng dụng cho việc chế tạo pin mặt trời màng mỏng, trong đó có tính đến các 4 yếu tố bất định dưới dạng hàm số và hằng số, cụ thể là việc xét đến các yếu tố khe hở của bánh răng trong hộp số, ma sát động, ma sát tĩnh và độ đàn hồi của vật liệu cũng như khớp nối mềm giữa trục động cơ với tải. Phân tích các thuật toán điều khiển đã có, dựa trên đặc tính của đối tượng xây dựng phương pháp điều khiển thích hợp, trên nguyên tắc kết hợp các phương pháp điều khiển đã có: Điều khiển không gian trạng thái gán điểm cực, điều khiển trượt, điều khiển mờ - nơ ron, bền vững, thích nghi. Để giải bài toán điều khiển chính xác vị trí cho hệ thống phân phối vật liệu nano;
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tóm tắt Luận án tiến sĩ Kỹ thuật: Mô hình hóa và điều khiển dự báo hệ thống phân phối vật liệu nano BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI BÙI VĂN DÂN MÔ HÌNH HÓA VÀ ĐIỀU KHIỂN DỰ BÁO HỆ THỐNG PHÂN PHỐI VẬT LIỆU NANO Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa Mã số : 62520216 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA Hà Nội – 2017 1 Công trình được hoàn thành tại: Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Người hướng dẫn khoa học 1: PGS.TS. Nguyễn Quốc Cường Người hướng dẫn khoa học 2: PGS.TS. Bùi Trung Thành Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp Trường họp tại Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Vào hồi …….. giờ, ngày ….. tháng ….. năm ……… Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện: 1. Thư viện Tạ Quang Bửu - Trường ĐHBK Hà Nội 2. Thư viện Quốc gia Việt Nam 2 MỞ ĐẦU 1. Giới thiệu Năm 1959, Giáo sư Richard Feynman đã có bài phát biểu nổi tiếng về thao tác và điều khiển ở kích thước vi mô. Tuy nhiên, các thiết bị này chỉ thực sự phát triển kể từ khi công nghệ vi cơ điện tử (MEMS) được triển khai từ những năm 90 của thế kỷ trước. Phát triển các vi công cụ thao tác với các đối tượng nhỏ có kính thước cỡ micro, nano có nhiều ứng dụng tiềm năng như vi lắp ráp, vi robotics, thao tác và định vị các tế bào sống, phân tách tế bào, mổ nội soi, mổ trong ống nghiệm. Gần đây, các linh kiện vi lưu cơ điện tử cho phép thao tác với thể tích chất lưu nhỏ trong đó có chứa các vi hạt. Công nghệ này có khả năng ứng dụng rộng trong các lĩnh vực y sinh, vật lý, hóa học [20, 23, 39, 57, 71]. Ngày nay, sự phát triển về kinh tế và tốc độ toàn cầu hóa đang tăng nhanh. Các hệ thống phân phối vật liệu nano và xu hướng không thể khác nhằm giải quyết các yêu cầu trong tổng hợp vật liệu, phân phối vật liệu sinh học như đặt protein lên các đế được thiết kế sẵn. Ngành vi cơ khí và điều khiển tự động đã góp phần rất lớn vào việc tăng tốc các ứng dụng của vật liệu micro nano vào cuộc sống. 2. Tính cấp thiết của luận án Sự phát triển của các ngành công nghệ, vật liệu nano, vật liệu sinh học và các kỹ thuật phân tích công cụ đòi hỏi những thiết bị phụ trợ để phân phối nhiều loại vật liệu khác nhau trong đó khối lượng hoặc thể tích vật liệu được phân phối phải ở cỡ nano gram hoặc nano lít, với độ chính xác cao. Xu hướng này cũng đã có mặt tại Việt Nam và đang có đà phát triển rất nhanh. Nghiên cứu, phát triển các robot điều khiển tự động, robot đáp ứng các nhu cầu thực tế đa ngành nói trên có ý nghĩa rất quan trọng trong việc duy trì và cải thiện tốc độ phát triển của các chuyên ngành có liên quan. Bên cạnh đó đề tài cũng là cơ hội để phát triển nguồn nhân lực trình độ cao của các ngành có liên quan như khoa học vật liệu, điều khiển tự động, cơ khí chính xác. Hệ thống phân phối thường bao gồm các hệ thống treo, chuyển động theo ba chiều độc lập nhau trong không gian với độ phân giải bước ở cỡ micromet, độ chính xác cỡ nanomet. Bề mặt sản phẩm cần phân phối có diện tích cỡ micromet, trên một mặt phẳng, các tọa độ điểm cần chuyển động tới là cố định và đều nhau, vị trí chuyển động có thể đặt trước. Thời gian tác động tính bằng giây. Điều này cho phép hệ thống có thể thực hiện tốt các tác vụ trong không gian hẹp mà vẫn đảm bảo độ chính xác cao. Hệ thống thường đi kèm phần mềm điều khiển, ghép nối máy tính hoặc sử dụng các hệ thống nhúng để tạo điều kiện thuận lợi cho người sử dụng. Tuy nhiên việc xây dựng đối tượng cho hệ thống phân phối vật liệu nano là hết sức khó khăn. Trong đó chứa rất nhiều các thành phần phi tuyến làm ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng của hệ thống. Như sai số trong việc chế tạo cơ khí, sai số do ma sát, sai số do tín hiệu đo, các tác nhân do môi trường...Bên cạnh đó việc áp dụng và đề xuất một thuật toán tiên tiến phù hợp cho việc điều khiển hệ thống là hết sức cần thiết. Xuất phát từ nhu cầu thực tiễn, đề xuất hướng nghiên cứu của luận án. Luận án này được thực hiện xuất phát từ thực tiễn triển khai các đề tài khoa học và công nghệ tại Viện đào tạo quốc tế về khoa học vật liệu (ITIMS), trường Đại học Bách khoa Hà Nội. Thành công của đề tài sẽ mở ra một hướng nghiên cứu mới nhằm tạo ra một thiết bị phân phân phối vật liệu có độ chính xác cao, kích thước nhỏ gọn, tiện dụng, có khả năng cho phép phủ lên trên một bề mặt với địa hình bất kỳ, trong một khoảng diện tích rất nhỏ những lượng vật chất (chất lỏng) rất nhỏ và có thể điều khiển được [57, 58, 74]. 3. Mục tiêu của luận án Luận án đặt ra nhiệm vụ nghiên cứu nâng cao chất lượng của hệ truyền động qua động cơ có hộp số bánh răng được nối với trục truyền động bằng khớp nối mềm, tín hiệu phản hồi tại đầu ra. Yêu cầu chất lượng của hệ truyền động cần độ chính xác cỡ micromet, thời gian đáp ứng nhanh, hạn chế tối đa quá điều chỉnh. Nhận thấy với cơ cấu truyền động này cần để ý tới các yếu tố rất khó xác định được chính xác là khe hở của bánh răng, ma sát trên trục, độ xoắn của khớp nối mềm, độ cứng vững của vật liệu. Các thành phần này biến động ở chế độ chạy đều và xác lập. Đây là bài toán chưa được xét đến trong các phương pháp điều khiển trước đây [3]. Với nhiệm vụ đặt ra, luận án đề ra mục tiêu: - Xây dựng mô hình toán động lực học đối với hệ chuyển động cơ khí của hệ thống phân phối vật liệu nano ứng dụng cho việc chế tạo pin mặt trời màng mỏng, trong đó có tính đến các 3 yếu tố bất định dưới dạng hàm số và hằng số, cụ thể là việc xét đến các yếu tố khe hở của bánh răng trong hộp số, ma sát động, ma sát tĩnh và độ đàn hồi của vật liệu cũng như khớp nối mềm giữa trục động cơ với tải. - Phân tích các thuật toá ...