Nghiên cứu công nghệ và thiết kế hệ thống nâng từ đơn giản để giảm thiểu ma sát cơ khí, phục vụ công tác đào tạo
Cập nhật vào: Thứ năm - 13/04/2023 00:01 Cỡ chữ
Nâng từ là một hệ thống mà ở đó đối tượng được treo lơ lửng trong không khí dưới tác động của lực từ mà không cần kết nối cơ khí. Ở các hệ này không có tiếp xúc cơ khí do vậy gần như không có sự hao mòn và ma sát. Điều này giúp cho tăng hiệu quả làm việc, tăng tuổi thọ thiết bị và do đó giảm đáng kể chi phí bảo trì, sửa chữa. Chính vì thế, nâng từ đã được các nước tiên tiến ứng dụng trong rất nhiều các lĩnh vực khác nhau như giao thông vận tải (tàu đệm từ trường, ô tô bay...), năng lượng (turbine gió), công nghệ vũ trụ (tàu vũ trụ, tên lửa...), quốc phòng (súng), hạt nhân (máy li tâm của lò phản ứng)... Tuy nhiên, ở Việt Nam, lĩnh vực nghiên cứu này còn khá hạn chế, chưa có nhiều ứng dụng cũng như nghiên cứu về các hệ này.
Nhận thấy việc đưa các hệ nâng từ vào trong giảng dạy tại trường là một nhu cầu cần thiết, giúp sinh viên làm quen với khái niệm, ứng dụng và tiếp cận với công nghệ tiên tiến này. Các hệ thống nâng từ có những ưu điểm nổi trội như khử gần như hoàn toàn ma sát cơ khí, linh hoạt trong quá trình hoạt động nên nó được ứng dụng trong rất nhiều các ứng dụng thực tế. Để hệ thống này hoạt động ổn định và tin cậy thì ngoài kết cấu cơ khí chắc chắn thì việc điều khiển cũng đóng một vai trò vô cùng quan trọng. Tuy nhiên, việc điều khiển cho các hệ thống này không hề đơn giản do bản thân hệ thống là không ổn định và độ phi tuyến trong mô hình là cao, đồng thời trong quá trình làm việc hệ thống còn chịu ảnh hưởng không nhỏ từ những tác động của môi trường. Do đó, việc nghiên cứu thiết kế và điều khiển cho hệ thống nâng từ trong bối cảnh Việt Nam hiện nay là một việc làm đáng được lưu ý, tạo đà cho việc áp dụng công nghệ này vào trong thực tế.
Dựa trên tinh thần đó, nhóm nghiên cứu của Trường Cao đẳng Công nghiệp Thái Nguyên do TS. Nguyễn Thị Việt Hương làm chủ nhiệm đã đề xuất ý tưởng và được giao thực hiện đề tài: “Nghiên cứu công nghệ và thiết kế hệ thống nâng từ đơn giản để giảm thiểu ma sát cơ khí, phục vụ công tác đào tạo” nhằm giúp sinh viên nắm bắt được các yêu cầu cơ bản của hệ thống nâng từ cũng như việc thực thi các bộ điều khiển để hệ thống đạt được chất lượng điều khiển tốt nhất; làm chủ công nghệ thiết kế hệ thống nâng từ đơn giản nhằm phục vụ công tác đào tạo; chế tạo được 1 mô hình nâng từ đơn giản nhằm phục vụ công tác đào tạo.
Với thời gian một năm thực hiện, Đề tài đã đạt được mục tiêu theo thuyết minh đưa ra. Nhóm tác giả tập trung vào việc thiết kế điều khiển ổn định bền vững (điều khiển PD, điều khiển thích nghi mờ) cho hệ thống nâng từ trong điều kiện cả hệ thống đứng im, nền không có rung động nhưng hệ thống chịu tác động của các nhiễu bên ngoài như lực trọng trường, gió, vị trí của vật được nâng thay đổi. Kết quả nghiên cứu là sản phẩm mô hình thí nghiệm đáp ứng được các yêu cầu của lý thuyết đã đặt ra và chất lượng điều khiển tốt, độ ổn định cao, có tính mới và tính sáng tạo hơn so với các công trình trước đây đã công bố. Kết quả thí nghiệm là cơ sở khoa học tin cậy cho việc nghiên cứu, ứng dụng làm mô hình thí nghiệm để sinh viên nghiên cứu, học tập, tiếp cận tiến bộ khoa học kỹ thuật của chuyên ngành Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa tại các trường đại học và cao đẳng kỹ thuật. Góp phần chuyển giao công nghệ mới.
Như vậy, Đề tài đã có một số đóng góp mới về mặt nghiên cứu cũng như đáp ứng được mô hình thực hành, thí nghiệm cho trường cao đẳng Công nghiệp Thái Nguyên trong lĩnh vực kỹ thuật điều khiển và tự động hóa nhóm nghề: Công nghệ kỹ thuật điện, điện tử; Cơ điện tử; Điện công nghiệp; Điện tử Công nghiệp và dân dụng; Công nghệ kỹ thuật cơ khí. Đề tài có thể làm tài liệu hướng dẫn thực hành cho các nghề nêu trên. Ngoài ra, Đề tài có thể làm tài liệu tham khảo cho các trường cao đẳng kỹ thuật khác.
Nhóm nghiên cứu xin đề xuất hướng nghiên cứu tiếp theo để những người quan tâm có thể nghiên cứu tiếp đó là: (i) Nghiên cứu cải tiến phần kết cấu cơ khí để hệ thống có thể nâng được vật có khối lượng lớn hơn, khoảng cách xa hơn. (ii) Hoạt động của hệ thống nâng từ có thể bị ảnh hưởng của sự tác động từ các nguồn bất định và nhiễu như tham số mô hình không chính xác, các ngoại lực bên ngoài tác động như gió thổi vào vật nâng… Ảnh hưởng của các nhiễu loạn này có thể dễ dàng loại bỏ bằng các thủ thuật đơn giản trong điều khiển như thêm vào các bộ quan sát nhiễu hay sử dụng các bộ điều khiển thích nghi. Đây cũng là một hướng mở của đề tài để học sinh tiếp tục cải tiến trong quá trình thực tập tại xưởng. (iii) Mở rộng việc nghiên cứu có thực nghiệm trên các mô hình thiết bị khác.
Có thể tìm đọc toàn văn Báo cáo kết quả nghiên cứu của Đề tài (Mã số 18216/2020) tại Cục Thông tin khoa học và công nghệ quốc gia.
P.T.T (NASATI)