Nghiên cứu vi động cơ theo nguyên lý điện nhiệt dạng dầm chữ v và hệ điều khiển

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN TIẾN DŨNG NGHIÊN CỨU VI ĐỘNG CƠ THEO NGUYÊN LÝ ĐIỆN NHIỆT DẠNG DẦM CHỮ V VÀ HỆ ĐIỀU KHIỂN LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA Hà Nội - 2020 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Nguyễn Tiến Dũng NGHIÊN CỨU VI ĐỘNG CƠ THEO NGUYÊN LÝ ĐIỆN NHIỆT DẠNG DẦM CHỮ V VÀ HỆ ĐIỀU KHIỂN Ngành: Kỹ thuật điều khiển tự động hóa Mã số: 9520216 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS Nguyễn Quang Địch PGS.TS Phạm Hồng Phúc Hà Nội - 2020 LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu cá nhân hướng dẫn tập thể hướng dẫn nhà khoa học Tài liệu tham khảo luận án trích dẫn đầy đủ Các kết nghiên cứu luận án trung thực chưa tác giả khác công bố Hà Nội, ngày 14 tháng năm 2020 Tập thể hướng dẫn khoa học PGS.TS Nguyễn Quang Địch PGS.TS Phạm Hồng Phúc Nghiên cứu sinh Nguyễn Tiến Dũng i LỜI CẢM ƠN Trải qua thời gian dài, khó khăn nhiều thử thách tác giả hoàn thành luận án Trong suốt trình đó, tác giả ln nhận giúp đỡ hỗ trợ đơn vị chuyên môn, tập thể hướng dẫn, nhà khoa học, gia đình đồng nghiệp Qua tác giả muốn gửi lời cám ơn sâu sắc tới tập thể hướng dẫn PGS.TS Nguyễn Quang Địch, PGS.TS Phạm Hồng Phúc, người định hướng, tận tình hướng dẫn chun mơn bổ sung kịp thời kiến thức liên quan Xin chân thành cám ơn giảng viên, nhà khoa học thuộc viện Kỹ thuật điều khiển Tự động hóa, Bộ mơn Tự động hóa Cơng nghiệp, mơn Điều khiển tự động (viện Điện), môn sở thiết kế máy Robot (viện Cơ khí) trường Đại học Bách khoa Hà Nội nhiệt tình giúp đỡ, có đóng góp chun mơn q báu cung cấp tài liệu tham khảo để tác giả hoàn thành luận án Tác giả xin cám ơn Viện Đào tạo Quốc tế Khoa học Vật liệu (ITIMS), viện Tiên tiến Khoa học Công nghệ (AIST) trường Đại học Bách khoa Hà Nội hỗ trợ thiết bị thí nghiệm, hướng dẫn vận hành để tác giả hồn thành số quy trình thực nghiệm luận án Tác giả xin cám ơn tới Đảng ủy, Ban giám hiệu đồng nghiệp trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp – Đại học Thái Nguyên đồng ý chủ trương, tạo điều kiện thuận lợi để tác giả xếp thời gian vừa hoàn thành nhiệm vụ chun mơn vừa hồn thành luận án Đặc biệt tác giả muốn gửi lời cám ơn tới vợ, hai tồn thể gia đình, bạn bè hết lòng ủng hộ, chia sẻ tinh thần vật chất để tác giả hoàn thành tốt nội dung nghiên cứu Tác giả luận án ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU vi DANH MỤC BẢNG BIỂU ix DANH MỤC HÌNH VẼ x MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài Đối tượng phạm vi nghiên cứu Mục tiêu nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Những đóng góp luận án Ý nghĩa khoa học thực tiễn Bố cục nội dung luận án CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ VI ĐỘNG CƠ VÀ HỆ ĐIỀU KHIỂN 1.1 Tổng quan vi động 1.1.1 Giới thiệu chung vi động (micro motor) 1.1.2 Phân loại 1.1.3 Tình hình nghiên cứu ngồi nước 1.1.4 Nhận xét định hướng nghiên cứu 19 1.2 Tổng quan điều khiển cho vi động 19 1.2.1 Điều khiển vòng hở 20 1.2.2 Điều khiển vịng kín 21 1.2.3 Điều khiển vịng kín phản hồi chíp 23 1.2.4 Tổng quan điều khiển kích hoạt điện nhiệt 24 1.2.5 Nhận xét định hướng nghiên cứu 27 iii 1.3 Kết luận chương 27 CHƯƠNG 29 VI ĐỘNG CƠ QUAY SỬ DỤNG HIỆU ỨNG GIÃN NỞ NHIỆT 29 2.1 Cấu tạo nguyên lý hoạt động 29 2.2 Tính tốn động học động lực học cho vi động 33 2.2.1 Tính tốn vận tốc góc trung bình 33 2.2.2 Tính tốn nhiệt dầm chữ V 33 2.2.3 Tính tốn chuyển vị lực nhiệt hệ dầm chữ V 38 2.2.4 Phân tích lực trong trình hoạt động vi động 45 2.3 Cải tiến cấu dẫn động vi động 52 2.4 Xây dựng quy trình chế tạo thử nghiệm vi động 53 2.4.1 Tổng quan công nghệ MEMS 53 2.4.2 Thiết kế chế tạo vi động công nghệ vi khối 54 2.5 Kết chế tạo bước đầu 62 2.6 Kết luận chương 64 CHƯƠNG 66 THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN HỌC LẶP CHO VI ĐỘNG CƠ 66 3.1 Mơ hình tốn học vi động 66 3.1.1 Mơ hình Điện - Nhiệt 66 3.1.2 Mơ hình Nhiệt - Cơ 70 3.1.3 Mô hình tốn học kích hoạt dạng dầm chữ V 70 3.2 Giới thiệu điều khiển học lặp 71 3.3 Nguyên lý học điều khiển học 74 3.4 Khả tồn hàm học 78 3.4.1 Đối với hệ tuyến tính tham số 78 3.4.2 Đối với hệ khơng liên tục tuyến tính (ổn định) 79 3.4.3 Đối với hệ liên tục tuyến tính (ổn định) 79 3.4.4 Đối với hệ phi tuyến mơ tả tốn tử 80 iv 3.4.5 Đối với hệ phi tuyến mơ tả phương trình trạng thái 80 3.5 Thiết kế điều khiển học lặp cho vi động 80 3.5.1 Bộ điều khiển ILC cho kích hoạt dạng dầm chữ V 80 3.5.2 Bộ điều khiển ILC cho vi động 89 3.6 Kết luận chương 90 CHƯƠNG 91 ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG BỘ ĐIỀU KHIỂN ILC THÔNG QUA MƠ HÌNH VẬT LÝ SIMSCAPE 91 4.1 Giới thiệu công cụ Simscape 91 4.2 Mơ hình hóa kích hoạt dạng dầm chữ V Simscape 94 4.3 Mô điều khiển học lặp với mơ hình Simscape 96 4.3.1 Mô điều khiển ILC cho kích hoạt dạng dầm chữ V 96 4.3.2 Bộ điều khiển ILC cho vi động 103 4.3 Kết luận chương 106 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 107 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN 109 TÀI LIỆU THAM KHẢO 111 PHỤ LỤC 119 Phụ lục 1: Tóm tắt quy trình chế tạo vi động 119 Phụ lục 2: Giới thiệu số trang thiết bị viện ITIMS 124 Phụ lục 3: Hệ thống cấp nguồn 126 v DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU Danh mục từ viết tắt STT Từ viết tắt Ý nghĩa tiếng Anh Ý nghĩa tiếng Việt D-RIE ECA Electrostatic Comb-drive Actuator Bộ kích hoạt lược tĩnh điện FEM Finite Element Method Phương pháp phần tử hữu hạn GCA Gap Closing Actuator Bộ kích hoạt khe hở kín IC Intergrated-Circuit Mạch điện tử ILC Iterative learning control Điều khiển học lặp MEMS Micro-electro-mechanical System Hệ thống vi điện tử LIGA Lithgraphie Galvanofruning und Abformung Công nghệ chế tạo vi sử dụng tia X SEM Scanning Electron Microscope Kính hiển vi điện tử quét 10 SOI Silicon-on-Insulator Phiến silic kép 11 SMA Shape Memory Alloy Hợp kim nhớ hình 12 PD Proportional Derivative Bộ điều khiển PD 13 PI Proportional Integral Bộ điều khiển PI 14 PID Proportional Integral Derivative Bộ điều khiển PID Deep Reactive Ion Etching Công nghệ ăn mịn ion hoạt hóa sâu Danh mục ký hiệu STT Ký hiệu Đơn vị c J/g.0C d µm D Kg/m3 E Pa p Ý nghĩa Nhiệt dung riêng Chuyển vị cóc Khối lượng riêng Modul Yuong vật liệu silic vi F mN Lực dẫn động F mN Lực đàn hồi dầm (quanh điểm đàn hồi) mN Lực ma sát cóc dẫn silic mN Lực ma sát bánh dẫn silic mN Lực đàn hồi cấu chống đảo mN Lực ma sát đỉnh dầm chống đảo bề mặt cóc el F f2 F f3 Fa 10 F f5 11 g m/s2 Gia tốc trọng trường 12 g0 µm Khe hở khơng khí nhỏ cấu trúc 13 ga µm Khe hở khơng khí lớp cấu trúc 14 h µm Chiều cao cóc 15 i Số cóc dịch chuyển sau chu kỳ điện áp nguồn 16 ib mA Dòng điện chạy dầm đơn 17 ka W/m.0C Hệ số dẫn nhiệt không khí 18 k µN/µm Độ cứng lị xo phản 19 kp µN/µm Độ cứng dầm quay cổ đàn hồi 20 kr µN/µm Độ cứng cấu chống đảo 21 ks W/m.0C Hệ số dẫn nhiệt vật liệu silic 22 kv µN/µm 23 l µm Chiều dài dầm đơn µm Chiều dài phân tố dầm đơn µm Chiều dài đẩy (Shuttle) µm Chiều dài phân tố đẩy ứng với dầm đơn 24 l b l k 25 26 lb k ls ln ls n Độ cứng dầm chữ V vii 27 m g Khối lượng dầm đàn hồi 28 m2 g Khối lượng cóc 29 m3 g Khối lượng bánh dẫn 30 m g Khối lượng bánh bị dẫn 31 n - Chỉ số tính tốn khai triển chuỗi 32 n Cặp Số cặp dầm hệ dầm dạng chữ V 33 p µm Bước cóc 34 qv W/m3 35 q b b(k) Nhiệt lượng khối sinh phân tố dầm W Nhiệt lượng sinh phân tố thứ k dầm đơn 36 qs W Nhiệt lượng sinh phân tố trượt (shuttle) 37 r µm Khoảng cách từ điểm đàn hồi đến cóc 38 r1 µm Khoảng cách từ điểm đàn hồi đến đỉnh dầm kích hoạt hình chữ V 39 r µm Khoảng cách từ điểm đàn hồi đến tâm vành bánh dẫn 40 r3 µm Khoảng cách từ điểm đàn hồi (cổ đàn hồi) đến điểm tiếp xúc bánh dẫn bánh bị dẫn 41 t s Biến thời gian 42 T s Chu kỳ hoạt động quỹ đạo đặt 43 T s Chu kỳ trích mẫu q trình chạy mơ 44 tb µm Chiều cao dầm đơn 45 t µm Chiều cao trượt (Shuttle) 46 u V 47 x µm Biến khơng gian theo phương OX 48 wb µm Chiều rộng dầm đơn 49 w µm Chiều rộng trượt (Shuttle) a s s Điện áp viii [31] John M Maloney, DavidSSchreiber and Don L DeVoe (2004), "Large-force electrothermal linear micromotors", JOURNAL OF MICROMECHANICS AND MICROENGINEERING; J Micromech Microeng, 14, pp 226–234 [32] Y Lai, J McDonald, M Kujath and T Hubbard (2004), “Force, deflection and power measurements of toggled microthermal actuators”, J Micromech Microeng, 14, pp 4956 "An electrothermal microactuator with Z[33] Changhong Guan and Yong Zhu (2010), shaped beams", J Micromech Microeng Vol.20, 9pp, online at: www.stacks.iop.org/JMM/20/085014 [34] Changhong Guan and Yong Zhu (2012), "Bidirectional Electrothermal Actuator With ZShaped Beams", Sensor journal, 12(7), pp 2508-2509 [35] Kolesar et al (2004), "Electrothermal MEMS Micro-engine Capable of Bi-directional Motion", Thin Solid Film, pp 481-488 [36] Ho Nam Kwon et al (2001), "A micromachined thermoelastic inchworm actuator", Proc of American Society for Precision Engineering, Annual meeting, pp 127-130 [37] Ho Nam Kwon et al (2002), "Characterization of a micromachined inchworm motor with thermoelastic linkage actuators", In Technical Digest MEMS 2002 IEEE International Conference Fifteenth IEEE International Conference on Micro Electro Mechanical Systems (Cat No 02CH37266) (pp 586-589) [38] Mathew Stevenson et al (2007), "Development of a bidirectional ring thermal actuator", Journal of Micromech Microeng, 17, pp 2049–2054 [39] Ali Khiat et al (2012), "Linear and rotational thermal micro-stepper motors", Microelectronic Engineering, 98, 497-501 [40] Chengkuo Lee J Andrew (2005), "Development of X-beam electrothermal actuators", Yeh,IEEE, Technical paper, pp 550-555 [41] Tas N.R et al (1997), "Surface Micromachined Linear Electrostatic Stepper Motor", Proc of International Solid State Sensors and Actuators Conference Transducers 97, 2, pp 777-780 [42] Humberto Ferreira Vinhais, Paulo Henrique de Godoy, Emilio Carlos Nelli Silva (2006), “Optimized design of an electrostatic side-drive micromotor”, ABCM Symposium Series in Mechatronics, 2, pp 433-450 [43] Ji, Q., & Scott, K L (2003), “First Order Modeling of Thermal Actuators in SUGAR” Department of Electrical Engineering and Computer Sciences, University of California, Berkeley, CA, 94720 [44] Young Pyo Lee (2004), "Locomotive Mechanism Design and Fabrication of Biomimetic Micro Robot Using Shape Memory Alloy", Proceedings of the 2004 IEEE International Conference on Robotics & Automation, pp 5007-5012 [45] J Varona (2007), "Modeling of MEMS Thermal Actuation with External Heat Source", Fourth Congress of Electronics, Robotics and Automotive Mechanics – Canada, pp 591596 113 [46] Park J S et al (2000), "Long throw and rotary output electro-thermal actuators based rd on bent-beam suspensions", 13 Annual International Conference on Micro Electro Mechanical Systems, pp 680-685 [47] Ferreira, A., & Aphale, S S (2010), “A survey of modeling and control techniques for micro-and nanoelectromechanical systems”, IEEE Transactions on Systems, Man, and Cybernetics, Part C (Applications and Reviews), 41(3), 350-364 [48] D J Bell, T J Lu, N A Fleck, and S M Spearing, “Mems actuators and sensors: observations on their performance and selection for purpose”, Journal of Micromechanics and Microengineering, vol 15 (2), pp S152 – S164, 2005 [49] C Chen and C Lee (2004), “Design and modeling for comb drive actuator with enlarged static displacement”, Sensors and Actuators A, vol 115, pp 530 – 539 [50] W Tang, T Nguyen, and R Howe (1989), “Laterally driven polysilicon resonant microstructures”, Sensors and Actuators A, vol 20, pp 25 – 32 [51] K M Morzinski, K B W Harpsie, D T Gavel, and S M Ammons (2007), “The openloop control of MEMS : Modeling and experimental results”, Proceedings of SPIE, vol 6467, pp 64 670G.1 – 64 670G.10, [52] B Zhang and M T E Kahn (2006), “Overview and improving fiber optic gyroscope based on MEMS/NEMS fabrication”, Proceedings of the International MEMS Conference, vol 34, pp 148 – 154 [53] Zhang, Z.; Yu, Y.; Liu, X.; Zhang, X (2017), “Dynamic modelling and analysis of V-and Z-shaped electrothermal microactuators”, Microsyst Technol., 23, 3775–3789 [54] B D Jensen, S Mutlu, S Miller, K Kurabayashi, and J J Allen (2003), “Shaped comb fingers for tailored electromechanical restoring force”, IEEE Journal of Microelectromechanical Systems, vol 12, pp 373 – 383 [55] H J Kordlar and G Rezazadeh (2007), “Modeling open-loop MEMS tunneling accelerometer based on circular plate”, Sensors & Transducers Journal, vol 78(4), pp 1083 – 1092 [56] D Keymeulen, M I Ferguson, B Oks, C Peay, R Terrile, Y Cheng, D Kim, E MacDonald, and D Foor (2005), “Hardware platforms for MEMS gyroscope tuning based on evolutionary computation using open-loop and closed -loop frequency response”, Proceedings of the International Conference on Evolvable Systems, Barcelona, Spain (September 12- 14) [57] H Cai, J Wu, L Z J, X M Wang, Y X Lu, and C Liu (2003), “Optical MEMS switch control and packaging”, Proceedings of the 5TH Conference on Electronics Packaging Technology (December 10 -12), pp 291 – 293 [58] M Vagiaa, G Nikolakopoulos, and A Tzesa (2008), “Design of a robust PID control switching scheme for an electrostatic micro-actuator” Control Engineering Practice, vol 16 (11), pp 1321 – 1328 [59] W.-T Sung, S Sung, J.-Y Lee, T Kang, Y J Lee, and J G Lee (2008), “Development of a lateral velocity-controlled MEMS vibratory gyroscope and its performance test” IEEE Journal of Microelectromechanical Systems, vol 18, p 055028(13pp) 114 [60] C Acar, S Eler, and A M Shkel (2001), “Concept, implementation, and control of wide bandwidth MEMS gyroscopes” Proceedings of the American Control Conference (June 25 - 27), pp 1229 – 1234 [61] A Shkel, R Horowitz, A Seshia, S Park, and R Howe (1999), “Dynamics and control of micromachined gyroscopes”, Proceedings of the American Control Conference (June - 4), vol 3, pp 2119 – 2124 [62] B Borovic, C Hong, A Q Liu, L Xie, and F L Lewis (2004), “Control of a MEMS optical switch” Proceedings of the 43rd IEEE Conference on Decision and Control (December 14 -17), vol 5, pp 3039 – 3044 [63] T Seki, M Murakami, J Yamaguchi, and K Oda (2006), “High speed mirror control technique for 3D-MEMS optical switch”, IEICE Transactions on Communications (Japanese Edition), vol 189-B, pp 1315 – 1317 [64] P Song-Hee, A Aina, T Denison, and K Lundberg (2004), “Feedback control for a MEMS-based high-performance operational amplifier”, Proceedings of the American Control Conference (30 June - July), vol (30), pp 380 – 385 [65] Qu, Hongwei (2016), "CMOS MEMS fabrication technologies and devices" Micromachines, 7(1), 14 [66] Chen, W.C.; Fang, W.L.; Li, S.S (2011), “A generalized CMOS-MEMS platform for micromechanical resonators monolithically integrated with circuits”, J Micromech Microeng, 21, 065012 [67] M S.-C Lu, Z.-H Wu, C.-E Huang, S.-J Hung, M.-H Chen, and Y.-C King (2007), “CMOS micromachined grippers with on-chip optical detection”, IEEE Journal of Microelectromechanical Systems, vol 17, pp 482 – 488 [68] T Vestad, D W M Marr, and J Oakey (2004), “Flow control for capillarypumped microfluidic systems”, Journal of Micromechanics and Microengineering, vol 14, pp 1503 – 1506 [69] C J Easley, al…(2006 ), “A fully integrated microfluidic genetic analysis system with sample-inanswer-out capability”, Proceedings of the National Academy of Sciences, U.S.A, vol 103, pp 19 272 – 19 277 [70] R Anderson, al…(2005), “Integrated charge and position sensing for feedback control of electrostatic MEMS”, Proceedings of the Conference on Sensors and Smart Structures Technologies for Civil, Mechanical, and Aerospace Systems (March - 10), vol 5765 [71] S B Prakash, P Abshire, M Urdaneta, M Christophersen, and E Smela (2006), “A CMOS potentiostat for control of integrated MEMS actuators”, Proceedings of the IEEE International Symposium on Circuits and Systems (May 21 - 24), pp 5555 – 5558 [72] P Yang, C Mechefske, Y Lai (2009), “Micro Thermal Actuator with Integrated Capacitive Position Sensor”, in Microsystems and Nanoelectronics Research Conference, MNRC 2009 2nd, IEEE, page 25-28 [73] Zhu, Y., Bazaei, A., Moheimani, S R., & Yuce, M R (2011), “Design, modeling, and control of a micromachined nanopositioner with integrated electrothermal actuation and sensing”, Journal of Microelectromechanical Systems, 20(3), 711-719 [74] Mohamed Gad-el-Hak et al (2002), “The MEMS Handbook”, CRC Press, USA 115 [75] Tilli, M., Paulasto-Krockel, M., Motooka, T., & Lindroos, V (Eds.) (2015) Handbook of silicon based MEMS materials and technologies William Andrew [76] Đặng Bảo Lâm (2014), “Nghiên cứu vi động kiểu tĩnh điện dựa công nghệ vi điện tử”, luận án tiến sĩ, trường Đại học Bác khoa Hà Nội [77] K.L Moore (2012), “Iterative Learning Control for Deterministic Systems” Springer Science & Business Media [78] K.J Hunt, D Sbarbaro, R Zbikowski, and P.J Gawthrop (1992), “Neural networks for control systems—A survey”, Automatica, vol 28, no 6, pp 1083–112, [79] G Hillerstrom and K Walgama (1997), “Repetitive control theory and applications—a survey”, in Proc 13th World Congress Vol.D: Control Design II, Optimization, pp 1–6 [80] R.W Longman 2000, “Iterative learning control and repetitive control for engineering practice, Int J Contr., vol 73, no 10, pp 930–954 [81] S Arimoto, S Kawamura, and F Miyazaki (1984), “Bettering operation of robots by learning”, Journal of Robotic systems, 1(2), 123-140 [82] M Norrlof (2002), “An adaptive iterative learning control algorithm with experiments on an industrial robot”, IEEE Trans Robot Automat., vol 18, no 2, pp 245–251 [83] D.-I Kim and S Kim, (1996 ), “An iterative learning control method with application for CNC machine tools”, IEEE Trans Ind Applicat., vol 32, no 1, pp 66–72 [84] D de Roover and O.H Bosgra (2000), “Synthesis of robust multivariable iterative learning controllers with application to a wafer stage motion system”, Int J Contr., vol 73, no 10, pp 968–979 [85] H Havlicsek and A Alleyne (1999), “Nonlinear control of an electrohydraulic injection molding machine via iterative adaptive learning”, IEEE/ASME Trans Mechatron., vol 4, no 3, pp 312–323 [86] F Gao, Y Yang, and C Shao (2001), “Robust iterative learning control with applications to injection molding process”, Chem Eng Sci., vol 56, no 24, pp 7025– 7034 [87] M Pandit and K.-H Buchheit (1999), “Optimizing iterative learning control of cyclic production processes with application to extruders”, IEEE Trans Contr Syst Technol., vol 7, no 3, pp 382–390 [88] S Garimella and K Srinivasan (1998), “Application of iterative learning control to coilto-coil control in rolling”, IEEE Trans Contr Syst Technol., vol 6, no 2, pp 281–293 [89] S.A Saab, “A stochastic iterative learning control algorithm with application to an induction motor,” Int J Contr., vol 77, no 2, pp 144–163, 2004 [90] A.D Barton, P.L Lewin, and D.J Brown (2000), “Practical implementation of a realtime iterative learning position controller”, Int J Contr., vol 73, no 10 pp 992–999 [91] W Hoffmann, K Peterson, and A.G Stefanopoulou (2003), “Iterative learning control for soft landing of electromechanical valve actuator in camless engines”, IEEE Trans Contr Syst Technol., vol 11, no 2, pp 174–184, [92] Y.Q Chen and K.L Moore (2002), “A practical iterative learning pathfollowing control of an omni-directional vehicle”, Asian J Contr., vol 4, no 1, pp 90–98 116 [93] C Mi, H Lin, and Y Zhang (2005), “Iterative learning control of antilock braking of electric and hybrid vehicles”, IEEE Trans Veh Technol., vol 54, no 2, pp 486–494 [94] D.R Yang, K.S Lee, H.J Ahn, and J.H Lee, (2003 ), “Experimental application of a quadratic optimal iterative learning control method for control of wafer temperature uniformity in rapid thermal processing”, IEEE Trans Semiconduct Manufact, vol 16, no 1, pp 36–44 [95] D Gorinevsky (2002), “Loop shaping for iterative control of batch processes”, IEEE Contr Syst Mag., vol 22, no 6, pp 55–65 [96] S Kawamura and N Sakagami (2002), “Analysis on dynamics of underwater robot manipulators basing on iterative learning control and time-scale transformation”, in Proc IEEE Int Conf Robot Automatic, pp 1088–1094 [97] M Mezghani, G Roux, M Cabassud, M.V Le Lann, B Dahhou, and G Casamatta (2002), “Application of iterative learning control to an exothermic semibatch chemical reactor”, IEEE Trans Contr Syst Technol., vol 10, no 6, pp 822–834 [98] C.V Giessen, Q Zou, and S Devasia (2004), “Inversion-based precisionpositioning of inertial reaction devices”, in Proc Amer Contr Conf., pp 3788–3793 [99] Y Chen, C Wen, J.-X Xu, and M Sun (1998), “High-order iterative learning identification of projectile’s aerodynamic drag coefficient curve from radar measured velocity data”, IEEE Tran Contr Syst Technol., vol 6, no 4, pp 563–570 [100] C.T Abdallah, V.S Soulian, and E Schamiloglu (1998), “Toward “smart tubes” using iterative learning control”, IEEE Trans Plasma Sci., vol 26, no 3, pp 905–911 [101] Moore, K.L.; Dahleh, M and Bhattacharyya, S.P (1989), “Iterative learning for trajectory control”, Proceedings of Confer, Florida 860-865 [102] Vita,V.; Vitas,A and Chatzarakis,G.E (2011), “Design, implementation and evaluation of an optimal iterative learning control algorithm”, WSEAS transactions on circuits and systems, 10(2), 39-48 [103] Uchiyama,M (1978), “Formation of high speed motion pattern of mechanical arm by trial”, Transactions of Society of Instrumentation and Control engineer, 19(5), pp 706712 [104] 1S Arimoto, S Kawamura, and F.Miyazaki (1984), “Iterative learning control for robot systems”, In Proceedings of IECON, Tokyo,Japan, p393-398 [105] Xu,J.X and Tan,Y (2003), “Linear and nonlinear iterative learning control” Springer Verlag (Vol 291) [106] Norrloef,M (2000), “Iterative learning control: Analysis, Design and Experiment”, Diss., No.653, Linkoepings University, Sweden [107] Tian, S.; Liu, Q.; Dai, X and Zhang, J (2016), “A PD type iterative learning control algorithm for singular discrete systems”, Advances in Difference Equations, 321 Springer [108] Owen, D.H.; Amann, N and Roger, E (1995), “Iterative learning control, an overview of recent algorithm”, Applied Mathematics and Computer Science, (3) 425-438 [109] Owens, D.H and Hatonen, J (2004), “Iterative learning control: The state of the art”, IFACT Workshop on Periodic Control Systems, p51-62 117 [110] Bristow,D.A.; Tharayil,M and Alleyne,A.G (2006), “A Survey of Iterative Learning Control: A learning-based method for high-performance tracking control”, IEEE control systems magazine 26, p96-114 [111] Nguyễn Doãn Phước (2007), “Lý thuyết điều khiển tuyến tính”, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật [112] Getting Started with Simscape MathLab Tutorials R2019b (https://ch.mathworks.com/help/physmod/simscape/getting-started-with-simscape.html) 118 PHỤ LỤC Phụ lục 1: Tóm tắt quy trình chế tạo vi động 1- Quy trình làm 100 mm Lớp Si dày Lớp SiO dày 4µm Chuẩn bị hiến SOI Lớp Si dày 450µm Rửa phiến aceton 5phút Rửa nước khử ion (DIwater) phút Thổi khơ khí nitơ Sấy khô nhiệt độ khoảng 110 C 119 2- Quy trình quang khắc Phủ chất kết dính OAP (110 0C; 120 giây) Phủ photoresist OFPR-80054CP (positive) máy quay phủ Quay phủ với tốc độ lần lượt: -1000v/ph giây -4000v/ph 30 giây Sấy (110 0C; 90 giây) Chiếu:softcontact, khoảng cách 20µm, thời gian chiếu 1,6 giây Nhúng phiến SOI dung dịch NMD3 để hình 120 giây Rửa nước khử ion (DI water) phút thổi khô Máy quang khắc ITIMS Sấy phiến SOI 110 0C 15 phút (có hút khí) Kiểm tra chiều dày photoresit 120 3- Ăn mịn khơ sâu DRIE Chuẩn bị máy ăn mòn MUC–21– ProductsCo.Ltd Chuẩn bị phiến SOI đưa vào máy để tiến hành ăn mịn khơ Thiết lập thơng ăn mịn-Etch Khí: ; Thời gian: phủ lớp bảo Khí: ; Thời gian: +Tốc độ ăn mịn:1.8 130 85 Kiểm tra kết ăn mịn kính hiển vi điện tử Q trình gia cơng kết chiều sâu ăn mòn đạt (chạm đến lớp m 121 4- Cắt làm chíp Phủ lớp photoresist 510 CP bảo vệ chíp -Sấy nhiệt độ 1200C 2- phút Dán lớp màng bảo vệ -Đặt SOI vào máy DAD522 tiến hành hiệu chỉnh -Thiết lập bước cắt 10,16mm Thực cắt theo dõi trình Làm lớp photoresist: -Aceton: 10ph, nhiệt độ phịng -Rửa nước DI 5ph -Thổi khơ khí - Ngâm chip dung dịch nhiệt độ thường thời gian 30 - Rửa DI 10 - Thổi khơ khí - Sấy 110 C 10 122 5- Ăn mòn HF Chuẩn bị: Đèn60W (khoảng cách từ đèn đến giá đựng chíp cm) Sấy ấm khoảng15-20 phút cho nhiệt độ đồng Đổ HF vào lọ (h=2cm-khoảng cách từ mặt axit đến đáy) Sấy ấm trong10 phút Để giá đựng chip lên hộp HF, bọc kín, thời gian ăn mịn HF từ 60 90 phút Phản ứng hóa học: SiO2+6HF→ H2SiOF6+2H2O Lấy chip để chuẩn bị tiến hành đo đạc Sơ đồ bố trí hệ thống ăn mịn HF 123 Phụ lục 2: Giới thiệu số trang thiết bị viện ITIMS Máy quay phủ Máy sấy – Baker Hệ thống máy quang khắc 124 Hệ thống ăn mịn khơ ICP - RIE 10IP Hình ảnh 04 vi động gắn chíp 3x3cm chuẩn bị cho trình cấp nguồn 125 Phụ lục 3: Hệ thống cấp nguồn Sơ đồ cấp nguồn cho vi động Hệ thống cấp nguồn sử dụng hệ đo đầu dò viện AIST 126 Hệ đo đầu dò 4200-SCS hãng Cascade Microtech (Mỹ) viện AIST Hình ảnh vi động qua kính hiển vi hệ đo 127 ... toán điều khiển vi kết cấu chưa nhận quan tâm thích đáng V? ??i đề tài ? ?Nghiên cứu vi động theo nguyên lý điện nhiệt dạng dầm chữ V hệ điều khiển? ??, tác giả giải trọn v? ??n vi? ??c tính tốn thiết kế mẫu vi. ..BỘ GIÁO DỤC V? ? ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Nguyễn Tiến Dũng NGHIÊN CỨU VI ĐỘNG CƠ THEO NGUYÊN LÝ ĐIỆN NHIỆT DẠNG DẦM CHỮ V VÀ HỆ ĐIỀU KHIỂN Ngành: Kỹ thuật điều khiển tự động hóa Mã... hướng cho nghiên cứu CHƯƠNG TỔNG QUAN V? ?? VI ĐỘNG CƠ V? ? HỆ ĐIỀU KHIỂN 1.1 Tổng quan vi động 1.1.1 Giới thiệu chung vi động (micro motor) Động thiết bị cung cấp lượng dẫn động hệ thống Động sử dụng