Luận án Nghiên cứu vi động cơ theo nguyên lý điện nhiệt dạng dầm chữ V và hệ điều khiển

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO 
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI 
NGUYỄN TIẾN DŨNG 
NGHIÊN CỨU VI ĐỘNG CƠ THEO NGUYÊN LÝ ĐIỆN NHIỆT 
DẠNG DẦM CHỮ V VÀ HỆ ĐIỀU KHIỂN 
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA 
Hà Nội - 2020 
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO 
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI 
Nguyễn Tiến Dũng 
NGHIÊN CỨU VI ĐỘNG CƠ THEO NGUYÊN LÝ ĐIỆN NHIỆT 
DẠNG DẦM CHỮ V VÀ HỆ ĐIỀU KHIỂN 
Ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa 
Mã số: 9520216 
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA 
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 
1. PGS.TS. Nguyễn Quang Địch 
2. PGS.TS. Phạm Hồng Phúc 
Hà Nội - 2020 
i 
LỜI CAM ĐOAN 
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của cá nhân tôi dưới sự hướng 
dẫn của tập thể hướng dẫn và các nhà khoa học. Tài liệu tham khảo trong luận án được 
trích dẫn đầy đủ. Các kết quả nghiên cứu của luận án là trung thực và chưa từng được 
các tác giả khác công bố. 
Hà Nội, ngày 14 tháng 7 năm 2020 
Tập thể hướng dẫn khoa học Nghiên cứu sinh 
PGS.TS. Nguyễn Quang Địch 
PGS.TS. Phạm Hồng Phúc 
Nguyễn Tiến Dũng 
ii 
LỜI CẢM ƠN 
Trải qua một thời gian dài, khó khăn và nhiều thử thách tác giả cũng đã hoàn 
thành bản luận án của mình. Trong suốt quá trình đó, tác giả đã luôn nhận được sự giúp 
đỡ hỗ trợ của các đơn vị chuyên môn, tập thể hướng dẫn, các nhà khoa học, gia đình và 
đồng nghiệp. 
Qua đây tác giả muốn gửi lời cám ơn sâu sắc tới tập thể hướng dẫn PGS.TS. 
Nguyễn Quang Địch, PGS.TS. Phạm Hồng Phúc, những người đã định hướng, tận tình 
hướng dẫn chuyên môn và bổ sung kịp thời những kiến thức liên quan. Xin chân thành 
cám ơn các giảng viên, các nhà khoa học thuộc viện Kỹ thuật điều khiển và Tự động 
hóa, Bộ môn Tự động hóa Công nghiệp, bộ môn Điều khiển tự động (viện Điện), bộ 
môn cơ sở thiết kế máy và Robot (viện Cơ khí) trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã 
nhiệt tình giúp đỡ, có những đóng góp chuyên môn quý báu và cung cấp tài liệu tham 
khảo để tác giả hoàn thành luận án này. 
Tác giả xin cám ơn Viện Đào tạo Quốc tế về Khoa học Vật liệu (ITIMS), viện 
Tiên tiến Khoa học và Công nghệ (AIST) trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã hỗ trợ 
về thiết bị thí nghiệm, hướng dẫn vận hành để tác giả có thể hoàn thành một số quy 
trình thực nghiệm của luận án. 
Tác giả cũng xin cám ơn tới Đảng ủy, Ban giám hiệu và các đồng nghiệp tại 
trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp – Đại học Thái Nguyên đã đồng ý về chủ trương, 
tạo điều kiện thuận lợi để tác giả sắp xếp thời gian vừa hoàn thành nhiệm vụ chuyên 
môn vừa hoàn thành luận án của mình. 
Đặc biệt tác giả muốn gửi lời cám ơn tới vợ, hai con và toàn thể gia đình, bạn bè 
đã hết lòng ủng hộ, chia sẻ cả về tinh thần và vật chất để tác giả hoàn thành tốt nội 
dung nghiên cứu này. 
 Tác giả luận án 
 iii 
MỤC LỤC 
LỜI CAM ĐOAN .......................................................................................................... i 
LỜI CẢM ƠN ..............................................................................................................ii 
MỤC LỤC ................................................................................................................. iii 
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU ...................................................... vi 
DANH MỤC BẢNG BIỂU ......................................................................................... ix 
DANH MỤC HÌNH VẼ ............................................................................................... x 
MỞ ĐẦU ..................................................................................................................... 1 
1. Tính cấp thiết của đề tài ..................................................................................... 1 
2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu....................................................................... 1 
3. Mục tiêu nghiên cứu ........................................................................................... 2 
4. Phương pháp nghiên cứu .................................................................................... 2 
5. Những đóng góp mới của luận án ....................................................................... 2 
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn ............................................................................ 2 
7. Bố cục và nội dung của luận án .......................................................................... 3 
CHƯƠNG 1 ................................................................................................................. 5 
TỔNG QUAN VỀ VI ĐỘNG CƠ VÀ HỆ ĐIỀU KHIỂN............................................. 5 
1.1 Tổng quan về vi động cơ .................................................................................. 5 
1.1.1 Giới thiệu chung về vi động cơ (micro motor) .............................................. 5 
1.1.2 Phân loại ...................................................................................................... 5 
1.1.3 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước ................................................... 5 
1.1.4 Nhận xét và định hướng nghiên cứu ........................................................... 19 
1.2 Tổng quan về các bộ điều khiển cho vi động cơ ............................................. 19 
1.2.1 Điều khiển vòng hở .................................................................................... 20 
1.2.2 Điều khiển vòng kín ................................................................................... 21 
1.2.3 Điều khiển vòng kín phản hồi trên chíp ...................................................... 23 
1.2.4 Tổng quan về điều khiển bộ kích hoạt điện nhiệt ........................................ 24 
1.2.5 Nhận xét và định hướng nghiên cứu ........................................................... 27 
 iv 
1.3 Kết luận chương 1 .......................................................................................... 27 
CHƯƠNG 2 ............................................................................................................... 29 
VI ĐỘNG CƠ QUAY SỬ DỤNG HIỆU ỨNG GIÃN NỞ NHIỆT ............................ 29 
2.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động ...................................................................... 29 
2.2 Tính toán động học và động lực học cho vi động cơ ....................................... 33 
2.2.1 Tính toán vận tốc góc trung bình ................................................................ 33 
2.2.2 Tính toán nhiệt của dầm chữ V ................................................................... 33 
2.2.3 Tính toán chuyển vị và lực nhiệt của hệ dầm chữ V ................................... 38 
2.2.4 Phân tích lực trong trong quá trình hoạt động của vi động cơ ..................... 45 
2.3 Cải tiến cơ cấu dẫn động của vi động cơ ......................................................... 52 
2.4 Xây dựng quy trình và chế tạo thử nghiệm vi động cơ .................................... 53 
2.4.1 Tổng quan về công nghệ MEMS ................................................................ 53 
2.4.2 Thiết kế chế tạo vi động cơ bằng công nghệ vi cơ khối .............................. 54 
2.5 Kết quả chế tạo bước đầu ............................................................................... 62 
2.6 Kết luận chương 2 .......................................................................................... 64 
CHƯƠNG 3 ............................................................................................................... 66 
THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN HỌC LẶP CHO VI ĐỘNG CƠ .................................. 66 
3.1 Mô hình toán học của vi động cơ .................................................................... 66 
3.1.1 Mô hình Điện - Nhiệt ................................................................................. 66 
3.1.2 Mô hình Nhiệt - Cơ .................................................................................... 70 
3.1.3 Mô hình toán học bộ kích hoạt dạng dầm chữ V ......................................... 70 
3.2 Giới thiệu về điều khiển học lặp ..................................................................... 71 
3.3 Nguyên lý học và điều khiển học .................................................................... 74 
3.4 Khả năng tồn tại của hàm học ......................................................................... 78 
3.4.1 Đối với hệ tuyến tính tham số hằng ............................................................ 78 
3.4.2 Đối với hệ không liên tục tuyến tính (ổn định) ........................................... 79 
3.4.3 Đối với hệ liên tục tuyến tính (ổn định) ...................................................... 79 
3.4.4 Đối với hệ phi tuyến mô tả bằng toán tử ..................................................... 80 
 v 
3.4.5 Đối với hệ phi tuyến mô tả bằng phương trình trạng thái ............................ 80 
3.5 Thiết kế bộ điều khiển học lặp cho vi động cơ ................................................ 80 
3.5.1 Bộ điều khiển ILC cho bộ kích hoạt dạng dầm chữ V ................................. 80 
3.5.2 Bộ điều khiển ILC cho vi động cơ .............................................................. 89 
3.6 Kết luận chương 3 .......................................................................................... 90 
CHƯƠNG 4 ............................................................................................................... 91 
ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG BỘ ĐIỀU KHIỂN ILC THÔNG QUA MÔ HÌNH VẬT 
LÝ SIMSCAPE .......................................................................................................... 91 
4.1 Giới thiệu công cụ Simscape .......................................................................... 91 
4.2 Mô hình hóa bộ kích hoạt dạng dầm chữ V bằng Simscape ............................ 94 
4.3 Mô phỏng bộ điều khiển học lặp với mô hình Simscape ................................. 96 
4.3.1 Mô phỏng bộ điều khiển ILC cho bộ kích hoạt dạng dầm chữ V ................ 96 
4.3.2 Bộ điều khiển ILC cho vi động cơ ............................................................ 103 
4.3 Kết luận chương 4 ........................................................................................ 106 
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................................................. 107 
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN ...................... 109 
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................ 111 
PHỤ LỤC................................................................................................................. 119 
Phụ lục 1: Tóm tắt quy trình chế tạo vi động cơ ........................................................ 119 
Phụ lục 2: Giới thiệu một số trang thiết bị cơ bản tại viện ITIMS ............................. 124 
Phụ lục 3: Hệ thống cấp nguồn ................................................................................. 126 
 vi 
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU 
1. Danh mục các từ viết tắt 
STT Từ viết tắt Ý nghĩa tiếng Anh Ý nghĩa tiếng Việt 
1 D-RIE Deep Reactive Ion Etching Công nghệ ăn mòn ion hoạt 
hóa sâu 
2 ECA Electrostatic Comb-drive 
Actuator 
Bộ kích hoạt răng lược tĩnh 
điện 
3 FEM Finite Element Method Phương pháp phần tử hữu hạn 
4 GCA Gap Closing Actuator Bộ kích hoạt khe hở kín 
5 IC Intergrated-Circuit Mạch điện tử 
6 ILC Iterative learning control Điều khiển học lặp 
7 MEMS Micro-electro-mechanical 
System 
Hệ thống vi cơ điện tử 
8 LIGA Lithgraphie Galvanofruning und 
Abformung 
Công nghệ chế tạo vi cơ sử 
dụng tia X 
9 SEM Scanning Electron Microscope Kính hiển vi điện tử quét 
10 SOI Silicon-on-Insulator Phiến silic kép 
11 SMA Shape Memory Alloy Hợp kim nhớ hình 
12 PD Proportional Derivative Bộ điều khiển PD 
13 PI Proportional Integral Bộ điều khiển PI 
14 PID Proportional Integral Derivative Bộ điều khiển PID 
2. Danh mục các ký hiệu 
STT 
Ký 
hiệu 
Đơn vị Ý nghĩa 
1 cp J/g.0C Nhiệt dung riêng 
2 d µm Chuyển vị của thanh răng cóc 
3 D Kg/m3 Khối lượng riêng 
4 E Pa Modul Yuong của vật liệu silic 
 vii 
5 F mN Lực dẫn động 
6 elF mN Lực đàn hồi của dầm (quanh điểm đàn hồi). 
7 2fF mN Lực ma sát giữa răng cóc dẫn và nền silic 
8 3fF mN Lực ma sát giữa bánh răng dẫn và nền silic 
9 aF mN Lực đàn hồi của cơ cấu chống đảo 
10 
5fF mN 
Lực ma sát giữa đỉnh của dầm chống đảo và bề mặt răng 
cóc 
11 g m/s2 Gia tốc trọng trường 
12 g0 µm Khe hở không khí nhỏ nhất giữa các cấu trúc 
13 ga µm Khe hở không khí giữa lớp cấu trúc và nền 
14 h µm Chiều cao răng cóc 
15 i răng Số răng cóc dịch chuyển được sau 1 chu kỳ điện áp nguồn 
16 ib mA Dòng điện chạy trong dầm đơn 
17 ka W/m.0C Hệ số dẫn nhiệt của không khí 
18 kl µN/µm Độ cứng của lò xo phản 
19 kp µN/µm Độ cứng của dầm quay cổ đàn hồi 
20 kr µN/µm Độ cứng của cơ cấu chống đảo 
21 ks W/m.0C Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu silic 
22 kv µN/µm Độ cứng của dầm chữ V 
23 lb µm Chiều dài dầm đơn 
24 b
k
ll
k
 µm Chiều dài mỗi phân tố dầm đơn 
25 ls µm Chiều dài thanh đẩy (Shuttle) 
26 s
n
ll
n
 µm Chiều dài mỗi phân tố thanh đẩy ứng với 1 dầm đơn 
 viii 
27 m1 g Khối lượng dầm đàn hồi 
28 m2 g Khối lượng của thanh răng cóc 
29 m3 g Khối lượng của bánh răng dẫn 
30 m4 g Khối lượng của bánh răng bị dẫn 
31 n - Chỉ số tính toán khi khai triển các chuỗi 
32 nb Cặp Số cặp dầm của hệ dầm dạng chữ V 
33 p µm Bước răng cóc 
34 qv W/m3 Nhiệt lượng khối sinh ra trong mỗi phân tố dầm 
35 qb(k) W Nhiệt lượng sinh ra trong phân tố thứ k của dầm đơn 
36 qs W Nhiệt lượng sinh ra trong phân tố thanh trượt (shuttle) 
37 r µm Khoảng cách từ điểm đàn hồi đến răng cóc 
38 
r1 µm 
Khoảng cách từ điểm đàn hồi đến đỉnh dầm bộ kích hoạt 
hình chữ V 
39 r2 µm Khoảng cách từ điểm đàn hồi đến tâm vành bánh răng dẫn 
40 
r3 µm 
Khoảng cách từ điểm đàn hồi (cổ đàn hồi) đến điểm tiếp 
xúc giữa bánh răng dẫn và bánh răng bị dẫn 
41 t s Biến thời gian 
42 T s Chu kỳ hoạt động của quỹ đạo đặt 
43 Ta s Chu kỳ trích mẫu trong quá trình chạy mô phỏng 
44 tb µm Chiều cao của dầm đơn 
45 ts µm Chiều cao của thanh trượt (Shuttle) 
46 u V Điện áp 
47 x µm Biến không gian theo phương OX 
48 wb µm Chiều rộng dầm đơn 
49 ws µm Chiều rộng thanh trượt (Shuttle) 
 ix 
50 ∆d µm Chuyển vị của đỉnh hệ dầm theo phương OY 
51 ∆dy µm Chuyển vị của dầm đơn theo phương OY 
52 ∆lb µm Sự giãn nở dài của dầm đơn 
53 ∆lk µm Sự giãn nở dài của mỗi phân tố dầm đơn ứng với lk 
54 ∆ln µm Sự giãn nở dài của mỗi phân tố thanh trượt ứng với ln 
55 ∆rb Ω Điện trở của mỗi phân tố dầm đơn ứng với lk 
56 ∆rb Ω Điện trở của mỗi phân tố thanh trượt ứng với ln 
57 Độ Góc nghiêng của hệ dầm so với phương OX 
58 l 1/0C Hệ số giãn nở dài 
59 1/
0C Hệ số nhiệt của điện trở suất 
60  Độ Góc nghiêng của răng cóc (=300) 
61 0 Ωmm Điện trở suất tại nhiệt độ 200C 
62 t Ωmm Điện trở suất của vật liệu silic 
63  0C Biến nhiệt độ 
64 0 0C Nhiệt độ môi tr ... C. Lee (2004), “Design and modeling for comb drive actuator with 
enlarged static displacement”, Sensors and Actuators A, vol. 115, pp. 530 – 539. 
[50] W. Tang, T. Nguyen, and R. Howe (1989), “Laterally driven polysilicon resonant 
microstructures”, Sensors and Actuators A, vol. 20, pp. 25 – 32. 
[51] K. M. Morzinski, K. B. W. Harpsie, D. T. Gavel, and S. M. Ammons (2007), “The 
open-loop control of MEMS : Modeling and experimental results”, Proceedings of SPIE, 
vol. 6467, pp. 64 670G.1 – 64 670G.10,. 
[52] B. Zhang and M. T. E. Kahn (2006), “Overview and improving fiber optic gyroscope 
based on MEMS/NEMS fabrication”, Proceedings of the International MEMS 
Conference, vol. 34, pp. 148 – 154. 
[53] Zhang, Z.; Yu, Y.; Liu, X.; Zhang, X (2017), “Dynamic modelling and analysis of V-
and Z-shaped electrothermal microactuators”, Microsyst. Technol., 23, 3775–3789. 
[54] B. D. Jensen, S. Mutlu, S. Miller, K. Kurabayashi, and J. J. Allen (2003), “Shaped comb 
fingers for tailored electromechanical restoring force”, IEEE Journal of 
Microelectromechanical Systems, vol. 12, pp. 373 – 383. 
[55] H. J. Kordlar and G. Rezazadeh (2007), “Modeling open-loop MEMS tunneling 
accelerometer based on circular plate”, Sensors & Transducers Journal, vol. 78(4), pp. 
1083 – 1092. 
[56] D. Keymeulen, M. I. Ferguson, B. Oks, C. Peay, R. Terrile, Y. Cheng, D. Kim, E. 
MacDonald, and D. Foor (2005), “Hardware platforms for MEMS gyroscope tuning 
based on evolutionary computation using open-loop and closed -loop frequency 
response”, Proceedings of the International Conference on Evolvable Systems, 
Barcelona, Spain (September 12- 14). 
[57] H. Cai, J. Wu, L. Z. J, X. M. Wang, Y. X. Lu, and C. Liu (2003), “Optical MEMS 
switch control and packaging”, Proceedings of the 5TH Conference on Electronics 
Packaging Technology (December 10 -12), pp. 291 – 293. 
[58] M. Vagiaa, G. Nikolakopoulos, and A. Tzesa (2008), “Design of a robust PID control 
switching scheme for an electrostatic micro-actuator”. Control Engineering Practice, 
vol. 16 (11), pp. 1321 – 1328. 
[59] W.-T. Sung, S. Sung, J.-Y. Lee, T. Kang, Y. J. Lee, and J. G. Lee (2008), “Development 
of a lateral velocity-controlled MEMS vibratory gyroscope and its performance test” 
IEEE Journal of Microelectromechanical Systems, vol. 18, p. 055028(13pp). 
115 
[60] C. Acar, S. Eler, and A. M. Shkel (2001), “Concept, implementation, and control of 
wide bandwidth MEMS gyroscopes” Proceedings of the American Control Conference 
(June 25 - 27), pp. 1229 – 1234. 
[61] A. Shkel, R. Horowitz, A. Seshia, S. Park, and R. Howe (1999), “Dynamics and control 
of micromachined gyroscopes”, Proceedings of the American Control Conference (June 
2 - 4), vol. 3, pp. 2119 – 2124. 
[62] B. Borovic, C. Hong, A. Q. Liu, L. Xie, and F. L. Lewis (2004), “Control of a MEMS 
optical switch” Proceedings of the 43rd IEEE Conference on Decision and Control 
(December 14 -17), vol. 5, pp. 3039 – 3044. 
[63] T. Seki, M. Murakami, J. Yamaguchi, and K. Oda (2006), “High speed mirror control 
technique for 3D-MEMS optical switch”, IEICE Transactions on Communications 
(Japanese Edition), vol. 189-B, pp. 1315 – 1317. 
[64] P. Song-Hee, A. Aina, T. Denison, and K. Lundberg (2004), “Feedback control for a 
MEMS-based high-performance operational amplifier”, Proceedings of the American 
Control Conference (30 June - 2 July), vol. 1 (30), pp. 380 – 385. 
[65] Qu, Hongwei (2016), "CMOS MEMS fabrication technologies and devices" 
Micromachines, 7(1), 14. 
[66] Chen, W.C.; Fang, W.L.; Li, S.S. (2011), “A generalized CMOS-MEMS platform for 
micromechanical resonators monolithically integrated with circuits”, J. Micromech. 
Microeng, 21, 065012. 
[67] M. S.-C. Lu, Z.-H. Wu, C.-E. Huang, S.-J. Hung, M.-H. Chen, and Y.-C. King (2007), 
“CMOS micromachined grippers with on-chip optical detection”, IEEE Journal of 
Microelectromechanical Systems, vol. 17, pp. 482 – 488. 
[68] T. Vestad, D. W. M. Marr, and J. Oakey (2004), “Flow control for capillarypumped 
microfluidic systems”, Journal of Micromechanics and Microengineering, vol. 14, pp. 
1503 – 1506. 
[69] C. J. Easley, al(2006 ), “A fully integrated microfluidic genetic analysis system with 
sample-inanswer-out capability”, Proceedings of the National Academy of Sciences, 
U.S.A, vol. 103, pp. 19 272 – 19 277. 
[70] R. Anderson, al(2005), “Integrated charge and position sensing for feedback control 
of electrostatic MEMS”, Proceedings of the Conference on Sensors and Smart Structures 
Technologies for Civil, Mechanical, and Aerospace Systems (March 7 - 10), vol. 5765. 
[71] S. B. Prakash, P. Abshire, M. Urdaneta, M. Christophersen, and E. Smela (2006), “A 
CMOS potentiostat for control of integrated MEMS actuators”, Proceedings of the IEEE 
International Symposium on Circuits and Systems (May 21 - 24), pp. 5555 – 5558. 
[72] P. Yang, C. Mechefske, Y. Lai (2009), “Micro Thermal Actuator with Integrated 
Capacitive Position Sensor”, in Microsystems and Nanoelectronics Research 
Conference,. MNRC 2009. 2nd, IEEE, page 25-28. 
[73] Zhu, Y., Bazaei, A., Moheimani, S. R., & Yuce, M. R. (2011), “Design, modeling, and 
control of a micromachined nanopositioner with integrated electrothermal actuation 
and sensing”, Journal of Microelectromechanical Systems, 20(3), 711-719. 
[74] Mohamed Gad-el-Hak et al (2002), “The MEMS Handbook”, CRC Press, USA. 
116 
[75] Tilli, M., Paulasto-Krockel, M., Motooka, T., & Lindroos, V. (Eds.). (2015). Handbook 
of silicon based MEMS materials and technologies. William Andrew. 
[76] Đặng Bảo Lâm (2014), “Nghiên cứu vi động cơ kiểu tĩnh điện dựa trên công nghệ vi cơ 
điện tử”, luận án tiến sĩ, trường Đại học Bác khoa Hà Nội. 
[77] K.L. Moore (2012), “Iterative Learning Control for Deterministic Systems”. Springer 
Science & Business Media. 
[78] K.J. Hunt, D. Sbarbaro, R. Zbikowski, and P.J. Gawthrop (1992), “Neural networks for 
control systems—A survey”, Automatica, vol. 28, no. 6, pp. 1083–112,. 
[79] G. Hillerstrom and K. Walgama (1997), “Repetitive control theory and applications—a 
survey”, in Proc. 13th World Congress Vol.D: Control Design II, Optimization, pp. 1–6. 
[80] R.W. Longman 2000, “Iterative learning control and repetitive control for engineering 
practice, Int. J. Contr., vol. 73, no. 10, pp. 930–954. 
[81] S. Arimoto, S. Kawamura, and F. Miyazaki (1984), “Bettering operation of robots by 
learning”, Journal of Robotic systems, 1(2), 123-140. 
[82] M. Norrlof (2002), “An adaptive iterative learning control algorithm with experiments 
on an industrial robot”, IEEE Trans. Robot. Automat., vol. 18, no. 2, pp. 245–251. 
[83] D.-I. Kim and S. Kim, (1996 ), “An iterative learning control method with application 
for CNC machine tools”, IEEE Trans. Ind. Applicat., vol. 32, no. 1, pp. 66–72. 
[84] D. de Roover and O.H. Bosgra (2000), “Synthesis of robust multivariable iterative 
learning controllers with application to a wafer stage motion system”, Int. J. Contr., vol. 
73, no. 10, pp. 968–979. 
[85] H. Havlicsek and A. Alleyne (1999), “Nonlinear control of an electrohydraulic injection 
molding machine via iterative adaptive learning”, IEEE/ASME Trans. Mechatron., vol. 
4, no. 3, pp. 312–323. 
[86] F. Gao, Y. Yang, and C. Shao (2001), “Robust iterative learning control with 
applications to injection molding process”, Chem. Eng. Sci., vol. 56, no. 24, pp. 7025–
7034. 
[87] M. Pandit and K.-H. Buchheit (1999), “Optimizing iterative learning control of cyclic 
production processes with application to extruders”, IEEE Trans. Contr. Syst. Technol., 
vol. 7, no. 3, pp. 382–390. 
[88] S. Garimella and K. Srinivasan (1998), “Application of iterative learning control to coil-
to-coil control in rolling”, IEEE Trans. Contr. Syst. Technol., vol. 6, no. 2, pp. 281–293. 
[89] S.A. Saab, “A stochastic iterative learning control algorithm with application to an 
induction motor,” Int. J. Contr., vol. 77, no. 2, pp. 144–163, 2004. 
[90] A.D. Barton, P.L. Lewin, and D.J. Brown (2000), “Practical implementation of a real-
time iterative learning position controller”, Int. J. Contr., vol. 73, no. 10 pp. 992–999. 
[91] W. Hoffmann, K. Peterson, and A.G. Stefanopoulou (2003), “Iterative learning control 
for soft landing of electromechanical valve actuator in camless engines”, IEEE Trans. 
Contr. Syst. Technol., vol. 11, no. 2, pp. 174–184,. 
[92] Y.Q. Chen and K.L. Moore (2002), “A practical iterative learning pathfollowing control 
of an omni-directional vehicle”, Asian J. Contr., vol. 4, no. 1, pp. 90–98. 
117 
[93] C. Mi, H. Lin, and Y. Zhang (2005), “Iterative learning control of antilock braking of 
electric and hybrid vehicles”, IEEE Trans. Veh. Technol., vol. 54, no. 2, pp. 486–494. 
[94] D.R. Yang, K.S. Lee, H.J. Ahn, and J.H. Lee, (2003 ), “Experimental application of a 
quadratic optimal iterative learning control method for control of wafer temperature 
uniformity in rapid thermal processing”, IEEE Trans. Semiconduct. Manufact, vol. 16, 
no. 1, pp. 36–44. 
[95] D. Gorinevsky (2002), “Loop shaping for iterative control of batch processes”, IEEE 
Contr. Syst. Mag., vol. 22, no. 6, pp. 55–65. 
[96] S. Kawamura and N. Sakagami (2002), “Analysis on dynamics of underwater robot 
manipulators basing on iterative learning control and time-scale transformation”, in 
Proc. IEEE Int. Conf. Robot. Automatic, pp. 1088–1094. 
[97] M. Mezghani, G. Roux, M. Cabassud, M.V. Le Lann, B. Dahhou, and G. Casamatta 
(2002), “Application of iterative learning control to an exothermic semibatch chemical 
reactor”, IEEE Trans. Contr. Syst. Technol., vol. 10, no. 6, pp. 822–834. 
[98] C.V. Giessen, Q. Zou, and S. Devasia (2004), “Inversion-based precisionpositioning of 
inertial reaction devices”, in Proc. Amer. Contr. Conf., pp. 3788–3793. 
[99] Y. Chen, C. Wen, J.-X. Xu, and M. Sun (1998), “High-order iterative learning 
identification of projectile’s aerodynamic drag coefficient curve from radar measured 
velocity data”, IEEE Tran. Contr. Syst. Technol., vol. 6, no. 4, pp. 563–570. 
[100] C.T. Abdallah, V.S. Soulian, and E. Schamiloglu (1998), “Toward “smart tubes” using 
iterative learning control”, IEEE Trans. Plasma Sci., vol. 26, no. 3, pp. 905–911. 
[101] Moore, K.L.; Dahleh, M. and Bhattacharyya, S.P (1989), “Iterative learning for 
trajectory control”, Proceedings of Confer, Florida 860-865. 
[102] Vita,V.; Vitas,A. and Chatzarakis,G.E. (2011), “Design, implementation and evaluation 
of an optimal iterative learning control algorithm”, WSEAS transactions on circuits and 
systems, 10(2), 39-48. 
[103] Uchiyama,M. (1978), “Formation of high speed motion pattern of mechanical arm by 
trial”, Transactions of Society of Instrumentation and Control engineer, 19(5), pp. 706-
712. 
[104] 1S. Arimoto, S. Kawamura, and F.Miyazaki (1984), “Iterative learning control for robot 
systems”, In Proceedings of IECON, Tokyo,Japan, p393-398. 
[105] Xu,J.X. and Tan,Y (2003), “Linear and nonlinear iterative learning control” Springer 
Verlag (Vol. 291). 
[106] Norrloef,M (2000), “Iterative learning control: Analysis, Design and Experiment”, 
Diss., No.653, Linkoepings University, Sweden. 
[107] Tian, S.; Liu, Q.; Dai, X. and Zhang, J. (2016), “A PD type iterative learning control 
algorithm for singular discrete systems”, Advances in Difference Equations, 321 
Springer. 
[108] Owen, D.H.; Amann, N. and Roger, E. (1995), “Iterative learning control, an overview 
of recent algorithm”, Applied Mathematics and Computer Science, 5 (3) 425-438. 
[109] Owens, D.H. and Hatonen, J (2004), “Iterative learning control: The state of the art”, 
IFACT Workshop on Periodic Control Systems, p51-62. 
118 
[110] Bristow,D.A.; Tharayil,M. and Alleyne,A.G (2006), “A Survey of Iterative Learning 
Control: A learning-based method for high-performance tracking control”, IEEE 
control systems magazine 26, p96-114. 
[111] Nguyễn Doãn Phước (2007), “Lý thuyết điều khiển tuyến tính”, Nhà xuất bản Khoa học 
kỹ thuật. 
[112] Getting Started with Simscape. MathLab Tutorials. R2019b. 
(https://ch.mathworks.com/help/physmod/simscape/getting-started-with-simscape.html) 
119 
PHỤ LỤC 
Phụ lục 1: Tóm tắt quy trình chế tạo vi động cơ 
1- Quy trình làm sạch 
Lớp Si dày 
30µm 
Lớp SiO
2
 dày 4µm 
Lớp Si nền dày 450µm 
100 mm 
Chuẩn bị hiến SOI và 
Rửa phiến bằng aceton trong 
5phút 
Rửa sạch bằng nước khử ion 
(DIwater) trong 5 phút 
Thổi khô bằng khí nitơ 
Sấy khô ở nhiệt độ khoảng 
110 0C 
120 
2- Quy trình quang khắc 
Phủ chất kết dính OAP (110 0C; 120 
giây) 
Phủ photoresist OFPR-80054CP 
(positive) bằng máy quay phủ 
Quay phủ với tốc độ lần lượt: 
-1000v/ph trong 5 giây 
-4000v/ph trong 30 giây 
Sấy (110 0C; 90 giây) 
Chiếu:softcontact, khoảng cách 20µm, 
thời gian chiếu 1,6 giây 
Nhúng phiến SOI trong dung dịch 
NMD3 để hiện hình trong 120 giây 
Rửa bằng nước khử ion (DI water) 
trong 5 phút và thổi khô 
Sấy phiến SOI tại 110 0C trong 15 
phút (có hút khí) 
Kiểm tra chiều dày photoresit 
Máy quang khắc tại ITIMS 
121 
3- Ăn mòn khô sâu DRIE 
Quá trình gia công kết khi 
chiều sâu ăn mòn đạt m 
(chạm đến lớp 
Kiểm tra kết quả ăn mòn 
kính hiển vi điện tử
Thiết lập thông 
- ăn mòn-Etch 
Khí: ; 130 
Thời gian: 7 
- phủ lớp bảo 
Khí: ; 85 
Thời gian: 5 
+Tốc độ ăn mòn:1.8 
Chuẩn bị phiến SOI và đưa 
vào máy để tiến hành ăn mòn 
khô
Chuẩn bị máy ăn mòn 
MUC–21– ProductsCo.Ltd. 
122 
4- Cắt và làm sạch chíp 
Phủ lớp photoresist 510 CP bảo vệ 
chíp. 
-Sấy ở nhiệt độ 1200C trong 2- 5 phút. 
Dán lớp màng bảo vệ
-Đặt tấm SOI vào máy DAD522 và tiến 
hành hiệu chỉnh. 
-Thiết lập bước cắt 10,16mm
Thực hiện cắt và theo dõi quá trình
Làm sạch lớp photoresist: 
-Aceton: 10ph, nhiệt độ phòng 
-Rửa bằng nước DI trong 5ph 
-Thổi khô bằng khí 
- Ngâm chip trong dung dịch ở 
nhiệt độ thường trong thời gian 30 
- Rửa bằng DI trong 10 
- Thổi khô bằng khí 
- Sấy ở 110C trong 10 
123 
5- Ăn mòn bằng hơi HF 
Chuẩn bị: Đèn60W (khoảng cách từ đèn 
đến giá đựng chíp 7 cm). Sấy ấm 
khoảng15-20 phút cho nhiệt độ đồng nhất 
Đổ HF vào lọ (h=2cm-khoảng cách từ 
mặt axit đến đáy). Sấy ấm trong10 phút. 
Để giá đựng chip lên hộp HF, bọc kín, thời 
gian ăn mòn HF từ 60 90 phút. Phản ứng 
hóa học: SiO2+6HF→ H2SiOF6+2H2O 
Lấy chip để chuẩn bị tiến hành đo đạc 
Sơ đồ bố trí hệ thống ăn mòn hơi HF 
124 
Phụ lục 2: Giới thiệu một số trang thiết bị cơ bản tại viện ITIMS 
Máy quay phủ Máy sấy – Baker 
Hệ thống máy quang khắc 
125 
Hệ thống ăn mòn khô ICP - RIE 10IP 
Hình ảnh 04 vi động cơ gắn trên cùng 1 chíp 3x3cm chuẩn bị cho quá trình cấp nguồn 
126 
Phụ lục 3: Hệ thống cấp nguồn 
Sơ đồ cấp nguồn cho vi động cơ 
Hệ thống cấp nguồn sử dụng hệ đo 4 đầu dò tại viện AIST 
127 
Hệ đo 4 đầu dò 4200-SCS của hãng Cascade Microtech (Mỹ) tại viện AIST 
Hình ảnh vi động cơ qua kính hiển vi của hệ đo