Để có thể thiết kế và mô phỏng hệ thống điều khiển hoạt động cho hệ thống cơ
học và cảm biến phản hồi, đầu tiên cần phải thiết lập được mô hình về mặt điện cho toàn bộ cơ cấu vi gắp và hệ cảm biến của nó. Mô hình của vi gắp xét về mặt điện tử
79
cần đảm bảo các yếu tố sau: (a) Đáp ứng tần số phù hợp với số liệu đo đạc thực tế; (b) Mối liên quan giữa điện áp lối vào và điện áp lối ra từcác đầu cảm biến cũng như dải
điện áp phù hợp với thực tế; và (c) các thông số công suất đúng với đo đạc thực nghiệm (công suất thay đổi khi nhiệt độ hoạt động biến thiên do điện trở của sợi nhôm
thay đổi theo nhiệt độ).
Đối với đáp ứng tần số của hệ thống, căn cứ vào số liệu đo đạc (Hình 1.26) và hàm truyền của hệ thống (3.3), dễ dàng nhận thấy hệ thống vi gắp là một mạch RC với giá trị hoàn toàn có thểtính được do giá trị của R đã được xác định (tổng điện trở của khối chấp hành – sợi nhôm trên bề mặt của các ngăn xếp silic-polyme).
Đề cập đến phần cảm biến, điện áp lối ra là vi sai điện áp của hai điểm trên cầu
Wheatstone với giá trị của các điện trở này là 39 kΩ cho mỗi thanh áp trở [86]. Mặt
khác phần này được điện áp phân cực ổn định ở giá trị 1 V nên cần phải có một chân
nguồn cấp điện áp này. Điện áp vi sai ở hai lối ra sẽ tỉ lệ với điện áp nguồn cấp cho vi gắp theo đặc tuyến giữa điện áp nguồn với điện áp lối ra của cảm biến (Hình 1.23).
Mặt khác, dải điện áp lối vào từ 0-5 V trong khi dải điện áp vi sai là từ 0-40 mV. Để
kết nối được sự liên hệ này, một bộ nguồn dòng điện gương được áp dụng để lấy thông tin từ điện áp nguồn cấp cho sợi nung (bằng giá trị điện áp trên điện trở) và ánh xạ
nguồn dòng này vào cấu trúc cầu Wheatstone để tạo ra điện áp vi sai.
Liên quan đến điện trở sợi nhôm thay đổi với sự biến thiên điện áp nguồn đã
được đo đạc tại [86], tính chất này cần được đưa vào trong mô hình mô phỏng vềđiện của hệ thống vi gắp. Thật trùng hợp là trong công nghệ Bi-CMOS 1,2 µm được sử
dụng để thiết kế mạch điều khiển tích hợp có sẵn một loại điện trở có các tính chất như
mô tả.
Từ những phân tích ở trên, một mô hình cho hệ vi gắp và cảm biến được thiết lập
80
Hình 3.8 Mô hình về mặt điện của hệ thống vi gắp tích hợp cảm biến