Tiến Sĩ Mô phỏng và tối ưu hóa vi gắp có cảm biến dùng để thao tác với các vi vật thể

Cấu trúc của luận án

Luận án sẽ gồm ba chương chính.

Chương 1: Giới thiệu về thiết kế của các loại vi gắp và các loại cảm biến đã được nghiên cứu. Từ đó nêu lý do tại sao chọn vi gắp nhiệt điện silicon-polyme tích hợp cảm biến để nghiên cứu và phát triển tiếp. Cuối cùng là giới thiệu các kết quả đã có của vi gắp nhiệt điện silicon-polyme tích hợp cảm biến này.

Chương 2: Trình bày về nâng cấp mô hình mô phỏng, phân tích tính toán phân bố nhiệt độ trên cơ cấu chấp hành, chuyển vị và lực kẹp bằng phương pháp cơ học cổ điển và mô hình truyền nhiệt đối với vi gắp nhiệt điện silicon-polyme tích hợp cảm biến.

Tiếp theo sẽ đề cập đến các bước điều chỉnh trong thiết kế của vi gắp nói trên sao cho giảm được nhiệt độ và công suất hoạt động trong khi vẫn giữ được giá trị chuyển vị và lực kẹp như ở phiên bản đầu tiên.

Chương 3: Trình bày việc xây dựng cơ chế điều khiển và hàm điều khiển PID cho hệ vi gắp vi gắp. Mô hình vi gắp theo các đáp ứng điện. Mô phỏng và thiết kế vi mạch điều khiển tích hợp cho hệ thống vi gắp nói trên.

Cuối cùng là kết luận và đề xuất hướng nghiên cứu tiếp theo.

MỤC LỤC
CÁC KÝ HIỆU, VIẾT TẮT . vi
DANH MỤC HÌNH ẢNH . x
DANH MỤC CÁC BẢNG . xiii
MỞ ĐẦU 1
Chương 1. TỔNG QUAN . 5
1.1 Vi gắp và cảm biến dùng cho vi gắp . 5
1.1.1 Định nghĩa vi gắp 5
1.1.2 Cảm biến dùng cho vi gắp . 5
1.2 Giới thiệu các loại vi gắp 6
1.2.1 Phân loại vi gắp . 6
1.2.2 Vi gắp tĩnh điện . 6
1.2.3 Vi gắp nhiệt điện . 11
1.2.4 Vi gắp khí nén . 15
1.2.5 Vi gắp điện từ 17
1.2.6 Hợp kim định hình 17
1.2.7 Các loại vi gắp khác 19
1.3 Giới thiệu các loại cảm biến dùng cho vi gắp 21
1.3.1 Cảm biến quang học 21
1.3.2 Cảm biến lực áp trở . 22
1.3.3 Cảm biến lực điện dung . 23
1.4 So sánh các loại vi gắp và cảm biến dùng cho vi gắp 24
1.4.1 So sánh giữa các loại vi gắp . 24
1.4.2 So sánh giữa các loại cảm biến dùng cho vi gắp 25
1.4.3 Lựa chọn đối tượng nghiên cứu của đề tài . 26
1.5 Vi gắp nhiệt điện silic-polyme tích hợp cảm biến 27
1.5.1 Thiết kế . 27
1.5.2 Mô phỏng và đo đạc 29
1.5.3 Tính chất của vi gắp 30
1.5.4 Tính chất của cảm biến 33
1.5.5 Đáp ứng tần số của vi gắp 35
1.6 Kết luận chương 1 36
Chương 2. MÔ PHỎNG, PHÂN TÍCH VÀ TỐI ƯU CẤU TRÚC VI GẮP NHIỆT
ĐIỆN SILIC-POLYME TÍCH HỢP CẢM BIẾN . 38
2.1 Giới thiệu . 38
2.2 Mô hình mô phỏng . 38
2.3 Phân tích về mặt nhiệt học 39
2.4 Phân tích cơ học . 45
2.4.1 Phân tích chuyển vị . 46
2.4.2 Phân tích lực chấp hành . 49
2.5 So sánh kết quả tính toán, đo lường và mô phỏng . 50
2.6 Tối ưu vi gắp 53
2.6.1 Tối ưu về mặt cấu trúc . 53
2.6.2 Tối ưu về mặt nhiệt độ . 56
2.6.3 Kết hợp các tối ưu . 62
2.7 Kết luận chương 2 64
Chương 3. THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN TÍCH HỢP . 67
3.1 Giới thiệu . 67
3.2 Thiết lập hàm điều khiển PID cho hệ thống . 67
3.2.1 Cơ chế điều khiển 67
3.2.2 Hàm truyền của vi gắp . 68
3.2.3 Mạch điều khiển công suất 69
3.2.4 Điều khiển mở . 71
3.2.5 Điều khiển Tỉ lệ (P) . 72
3.2.6 Điều khiển Tỉ lệ đạo hàm (PD) 73
3.2.7 Điều khiển Tỉ lệ tích phân (PI) 74
3.2.8 Điều khiển Tỉ lệ tích phân đạo hàm (PID) 75
3.3 Lựa chọn công nghệ chế tạo và chương trình mô phỏng mạch điện . 76
3.3.1 Lựa chọn công nghệ 76
3.3.2 Chương trình mô phỏng . 77
3.4 Mô hình hóa vi gắp theo các thông số điện 78
3.5 Sơ đồ khối toàn hệ thống 80
3.6 Thiết kế mạch chi tiết . 82
3.6.1 Mạch tạo điện áp chuẩn tham chiếu . 82
3.6.2 Mạch tạo điện áp và nguồn dòng nội bộ . 86
3.6.3 Mạch chuyển đổi tín hiệu số tương tự (DAC) 94
3.6.4 Mạch khuếch đại tín hiệu cảm biến 97
3.6.5 Mạch điều khiển trung tâm 100
3.7 Thiết kế chi tiết và kết quả mô phỏng toàn hệ thống 103
3.7.1 Thiết kế chi tiết toàn hệ thống 103
3.7.2 Kết quả mô phỏng hoạt động của toàn hệ thống . 105
3.8 Kết luận chương 3 106
KẾT LUẬN 108
DỰ KIẾN TIẾP THEO . 110
DANH MỤC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN
ÁN . 111
TÀI LIỆU THAM KHẢO . 112