7. Bố cục của luận án
1.4Thảo luận và đánh giá
Như vậy, đã có khá nhiều công bố trên các hướng khác nhau liên quan đến hai bộ vi chấp hành mà luận án tập trung nghiên cứu. Việc tổng hợp, khái quát và so sánh các công trình đã công bố được trình bày tóm tắt như trong bảng sau:
Bảng 1.2 Tổng hợp các công bố liên quan đến vấn đề nghiên cứu của luận án
Vấn đề
nghiên cứu Nội dụng
Công bố liên
quan Ưu, nhược điểm
Vi chấp hành tĩnh điện răng lược
Cải tiến cấu trúc dầm của ECA Đề xuất dầm càng cua và dầm gấp. R. Legtenberg [9], S. Gupta [10]
Giảm độ cứng để tăng chuyển vị và giảm điện áp. Tuy nhiên, giảm lực hồi phục, độ nhạy và tính ổn định.
Cải tiến biên dạng răng lược của ECA
Đề xuất Răng lược
hình thang cân. M. S. Rosa [14]
Lực tĩnh điện tăng gấp đôi. Tuy nhiên lực thay đổi phi tuyến theo chuyển vị, dễ xảy ra hiện tượng chập (pull-in). Biên dạng răng theo hàm lực cho trước. Jensen [15], [16], Kotani [20]
Cho hàm lực như mong muốn, nhưng biên dạng răng phức tạp khó đạt độ chính xác khi chế tạo. Biên dạng răng nhiều đoạn khác nhau. Kalaiarasi [17], Engelen [18], Kang [21] , Gao [22]
Tăng lực dẫn và chuyển vị, nhưng lực thay đổi đột ngột tại các đoạn tiếp giáp dễ xảy ra mất ổn định Biên dạng răng
lược đặc biệt như: nhiều bậc, răng cưa.
Harouche [23], Jensen [15]
Cho chuyển vị dạng bước và tự khóa. Tuy nhiên ứng dụng hạn chế, lực dạng xung dễ mất ổn định. Thêm một bản tụ
song song với lớp cấu trúc.
Imboden [24]
Tăng lực tĩnh điện và chuyển vị. Tuy nhiên kết cấu nhiều tầng lớp, khó chế tạo.
Động lực học của ECA
Xây dựng phương trinh vi phân dựa trên các đại lượng tương đương.
W. C. Tang [25], Fabrim [26]
Tính toán chính xác hơn ứng xử động lực học của hệ thống có sử dụng ECA như: bộ vi cộng hưởng, vi con quay hồi chuyển,…
Ảnh hưởng của các hiện tượng phi tuyến độ cứng, lực tĩnh điện.
Elshurafa [28], J. Han [29]
Hoàn thiện lý thuyết về ứng xử động lưc học của ECA có kể đến tính phi tuyến.
24
Vấn đề
nghiên cứu Nội dụng
Công bố liên
quan Ưu, nhược điểm
Gia tốc ngưỡng và tần số tới hạn của ECA. S. Sundaram [27] Cho phép xác định ngưỡng làm việc cho ECA.
Nâng cao độ ổn định của ECA Đề xuất sử dụng cảm biến và chấp hành phụ để điều khiển. Borovic [30] Khắc phục hiện tượng mất ổn định lắc ngang nhưng làm tăng kích thước và độ phức tạp chung của hệ thống. Cải tiến hệ dầm gấp. Zhou [32], Olfatnia [33] Tăng đáng kể độ ổn định lắc ngang của ECA. Vi chấp hành điện nhiệt chữ V Mô hình toán điện- nhiệt-cơ cho EVA Mô hình truyền nhiệt dạng giải tích. Y. Zhao [46], Maloney [47], [49], Chen [50], Z. Zhang [51], [53] Tecpoyotl- Torres [52]
Cho phép xác định quy luật ảnh hưởng của các tham số kích thước cũng như vật liệu, dự đoán nhiệt độ, lực và chuyển vị.
Tuy nhiên chỉ phù hợp khi các hệ số vật liệu là hằng số, tuyến tính và khoảng nhiệt độ không quá lớn.
Mô hình truyền nhiệt dạng sai phân hữu hạn.
C. D. Lott [54], T. Shan [55]
Có thể kể đến sự phi tuyến của các tính chất vật liệu, cho quy luật phân bố nhiệt chính xác hơn. Tuy nhiên độ chính xác phụ thuộc số phần tử và cũng như số phương trình. Mộ hình điểm nút, mạch điện tương đương. R. G. Li [56], B. López-Walle [57]
Giảm độ phức tạp của phương pháp giải tích trực tiếp. Nhưng khó tính toán khi kể đến tính phi tuyến của vật liệu. Vấn đề an toàn nhiệt và mất ổn định dọc dầm cho EVA
An toàn theo nhiệt độ lớn nhất cho EVA. Maloney [47], Enikov [58], Shivhare [59] Cho phép xác định ngưỡng làm việc cho EVA nhằm tránh cháy dầm do quá nhiệt. Ổn định dọc trục dầm. J. S. Park [60], S. Oak [61], Y. Zhu [62] Tránh hiện tượng mất ổn định dầm khi tải lớn, từ đó tăng khả năng tải cho vi chấp hành. Cải thiện chuyển vị và tối ưu kích thước dầm cho EVA
Cải tiến kết cấu: thêm cánh tay đòn hoặc kết hợp với dầm chữ U.
Y. Zhao [46], Khazaai [63]
Tăng đáng kể chuyển vị nhưng tăng độ phức tạp và kích thước hệ thống. Ứng dụng công nghệ chế tạo tiên tiến và vật liệu mới. R. Voicu [64], [65] O. Fogel [66]
Tăng chuyển vị, giảm điện áp dẫn nhưng tăng giá thành do sử dụng vật liệu quý hiếm và máy móc hiện đại.
Áp dụng thuật toán tối ưu.
M. S. Suen [67], S. E. [68]
Tăng đáng kể chuyển vị nhưng còn đơn giản, chưa kể đến yếu tố phi tuyến của vật liệu.
Các công bố trên đã trực tiếp và gián tiếp đề cập đến vấn đề ảnh hưởng của các thông số kích thước hình học đến chất lượng làm việc của các bộ vi chấp hành tĩnh
25 điện và điện nhiệt. Tuy nhiên, các nghiên cứu còn mang tính đơn lẻ, chưa có tính hệ thống và tính tổng quát, chưa thể áp dụng các kết quả nghiên cứu đó cho một họ bộ vi chấp hành cụ thể dùng để dẫn động vi mô tơ, vi tay gắp, vi cam, vi vận tải. Đặc biệt có rất ít công bố đề cập một cách cụ thể và chi tiết đến các vấn đề như hiện tượng chập bản tụ, mất ổn định dọc trục dầm và quá nhiệt. Luận án này sẽ tập trung nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số hình học đến chất lượng làm việc của các bộ vi chấp hành tĩnh điện răng lược và điện nhiệt chữ V một cách có hệ thống trên ba nội dung: 1) Xây dựng hệ thống công thức tổng quát xác định các đại lượng quy đổi như độ cứng, khối lượng, cản không khí. Từ đó xác định tần số ngưỡng đảm bảo ổn định chuyển vị của bộ vi chấp hành kiểu tĩnh điện răng lược răng thẳng. Xây dựng công thức tính lực tĩnh điện, chuyển vị và điều kiện tránh chập bản tụ cho vi chấp hành tĩnh điện răng lược hình thang cân.
2) Xây dựng phương trình truyền nhiệt dạng sai phân hữu hạn cho phép xác định đơn giản và chính xác hơn phân bố nhiệt độ trên dầm cũng như đáp ứng nhiệt theo thời gian cho dầm chữ V. Từ đó xác định và khảo sát tần số tới hạn nhằm đảm bảo ổn định chuyển vị của vi chấp hành điện nhiệt chữ V.
3) Xây dựng các điều kiện an toàn nhiệt và ổn định cơ cho vi chấp hành điện nhiệt chữ V, rút ra điều kiện an toàn chung cho vi chấp hành khi làm việc. Nghiên cứu tối ưu các thông số kích thước dầm để nâng cao chuyển vị của vi chấp hành đồng thời đảm bảo các điều kiện an toàn nhiệt và ổn định cơ.