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. Vì vậy, nhóm tác giả 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 đã đề xuất ý tưởng nghiên cứu, thiết kế, chế tạo và thử nghiệm ở quy mô phòng thí nghiệm để phục vụ công tác đào tạo. Đây là việc làm ý nghĩa, tránh lãng phí khi nghiên cứu trên hệ thống thực đồng thời 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.

Trong phạm vi của đề tài này, 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.

Xuất phát từ thực tiễn đó, Cơ quan chủ trì Trường Cao đẳng Công nghiệp Thái Nguyên cùng phối hợp với Chủ nhiệm đề tài TS. Nguyễn Thị Việt Hưng thực hiện “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” với mục tiêu làm chủ công nghệ thiết kế hệ thống nâng từ đơn giản nhằm phục vụ công tác đào tạo và chế tạo được 01 mô hình nâng từ đơn giản nhằm phục vụ công tác đào tạo.

Ở nước ta, các hệ thống nâng từ chưa nhận được sự quan tâm đúng mức của các nhà khoa học cũng như các cơ sở sản xuất. Việc áp dụng các thành quả nghiên cứu đã đạt được cũng như việc đầu tư nghiên cứu khắc phục các vấn đề còn tồn tại của hệ thống gần như còn đang bỏ ngỏ.

Việc sử dụng các hệ thống nâng từ giúp loại bỏ tiếp xúc cơ khí giữa các bộ phận chuyển động và đứng im trong hệ thống, từ đó giảm thiểu đáng kể hiện tượng ma sát. Một lợi ích khác nữa của hệ nâng từ đó là dễ dàng thay đổi vị trí của vật được nâng. Do đó, hệ nâng từ được sử dụng trong rất nhiều các ứng dụng như các giá đỡ từ, cách ly rung động, các động cơ không giá đỡ, bơm không giá đỡ, tàu cao tốc... Tuy nhiên, việc điều khiển cho các hệ thống nâng từ gặp không ít khó khăn do bản thân hệ thống là hệ không ổn định và độ phi tuyến lớn; do vậy, hệ thống này đã thu hút sự quan tâm của không ít các nhà khoa học trong việc thiết kế điều khiển để đạt được chất lượng mong muốn. Các phương pháp điều khiển hiện đại đã được các nhà khoa học đưa ra trong thời gian gần đây như điều khiển trượt thích nghi, điều khiển backstepping kết hợp mờ và mạng nơ ron, điều khiển tối ưu phi tuyến, điều khiển mờ thích nghi dựa theo mô hình mẫu, điều khiển trượt dự báo, điều khiển thích nghi bám lực.

Sau thời gian nghiên cứu, đề tài đã thu được những kết quả như sau:

- Phân tích đánh giá tổng quan về tầm quan trọng và thực trạng nghiên cứu của các hệ thống nâng từ

- Xây dựng mô hình toán học và mô hình điều khiển cho hệ thống nâng từ

- Xây dựng mô hình vật lý cho hệ thống nâng từ

- Thiết kế bộ điều khiển bám vị trí đặt cho hệ thống nâng từ: Tiến hành mô phỏng và cài đặt thực nghiệm để đánh giá kiểm tra (Có kết quả mô phỏng và kết quả thực nghiệm đáp ứng yêu cầu đặt ra).

Có thể tìm đọc báo cáo kết quả nghiên cứu (mã số 18216/2020) tại Cục Thông tin khoa học và công nghệ quốc gia.

Đ.T.V (NASATI)