Chiều ngày 22/10/2026, tại phòng 311TN, Khoa Điện tử, Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp (TNUT) tổ chức báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học và công nghệ cấp trường mã số T2025-ĐH01: “Thiết kế, chế tạo hệ thống thực hành điều khiển mức, lưu lượng, áp suất và nhiệt độ”. Đề tài đã xây dựng hệ thống thực hành tích hợp bốn đại lượng công nghệ, triển khai các phương pháp điều khiển, khảo sát đặc tính thực nghiệm và nhận dạng mô hình toán của đối tượng. Kết quả nghiên cứu góp phần phát triển thiết bị thực hành do đội ngũ giảng viên chủ động thiết kế, chế tạo, đồng thời tạo nguồn lực phục vụ đào tạo và nghiên cứu khoa học trong lĩnh vực điều khiển – tự động hóa.
Trong đào tạo đại học thuộc lĩnh vực kỹ thuật và công nghệ, năng lực thiết kế, chế tạo, tích hợp và kiểm chứng hệ thống trên cơ sở thực nghiệm là một trong những yêu cầu quan trọng đối với đội ngũ giảng viên cũng như người học. Đặc biệt, trong lĩnh vực điều khiển và tự động hóa, kiến thức lý thuyết chỉ thực sự được củng cố khi người học có điều kiện tiếp cận đối tượng công nghệ, thu thập dữ liệu, phân tích đặc tính động và đánh giá hiệu quả của các phương pháp điều khiển trong điều kiện thực tế.
Từ yêu cầu đó, việc phát triển các hệ thống thực hành có khả năng mô phỏng những quá trình công nghệ phổ biến trong công nghiệp mang ý nghĩa thiết thực đối với đổi mới phương pháp đào tạo kỹ sư. Những hệ thống này không chỉ cung cấp phương tiện để sinh viên thực hành mà còn tạo môi trường nghiên cứu, kiểm chứng mô hình và đánh giá các giải pháp kỹ thuật.
Tại Khoa Điện tử – Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp, định hướng gắn nghiên cứu khoa học với hoạt động đào tạo được thể hiện thông qua các đề tài có sản phẩm ứng dụng trực tiếp. Đề tài T2025-ĐH01 là một ví dụ tiêu biểu cho việc đội ngũ giảng viên chủ động nghiên cứu, thiết kế phần cứng, xây dựng chương trình điều khiển và hoàn thiện hệ thống thực hành phục vụ giảng dạy.
Điểm đáng chú ý là đề tài không chỉ hướng tới chế tạo một mô hình thiết bị mà còn bao gồm các nội dung nghiên cứu đặc tính hệ thống, nhận dạng mô hình toán, xây dựng các bài thực hành và tổ chức chuyển giao sản phẩm. Cách tiếp cận này tạo sự liên kết giữa nghiên cứu cơ bản trên đối tượng thực nghiệm, phát triển giải pháp kỹ thuật và ứng dụng kết quả vào đào tạo.
Đề tài nghiên cứu khoa học và công nghệ cấp trường mã số T2025-ĐH01 có tên “Thiết kế, chế tạo hệ thống thực hành điều khiển mức, lưu lượng, áp suất và nhiệt độ”.
Chủ nhiệm đề tài là TS. Nguyễn Vĩnh Thụy. Các thành viên tham gia nghiên cứu gồm: PGS.TS. Nguyễn Văn Chí, TS. Đào Duy Yên, KS. Vũ Văn Quý, KS. Dương Đức Cường, ThS. Nguyễn Thị Linh và ThS. Bùi Kim Thi.
Mục tiêu của đề tài là thiết kế, chế tạo một hệ thống thực hành điều khiển các quá trình công nghệ, tích hợp bốn đại lượng gồm mức chất lỏng, lưu lượng, áp suất và nhiệt độ; triển khai các phương pháp điều khiển phù hợp với từng đối tượng; đồng thời xây dựng các bài thí nghiệm hoàn chỉnh phục vụ giảng dạy học phần, đồ án môn học, đồ án tốt nghiệp và hoạt động nghiên cứu khoa học.
Bốn đại lượng được lựa chọn đều có vai trò quan trọng trong các quy trình công nghiệp. Mức chất lỏng liên quan đến việc duy trì lượng vật chất trong các bồn chứa; lưu lượng đặc trưng cho tốc độ vận chuyển chất lỏng hoặc môi chất; áp suất phản ánh trạng thái của hệ thống dẫn và chứa môi chất; trong khi nhiệt độ là đại lượng quan trọng đối với các quá trình trao đổi nhiệt và vận hành thiết bị công nghệ.
Việc tích hợp các đối tượng này trong cùng một hệ thống thực hành giúp sinh viên tiếp cận nhiều dạng bài toán điều khiển với những đặc điểm động học khác nhau. Qua đó, người học có điều kiện nhận biết sự khác biệt giữa các đối tượng, hiểu rõ vai trò của thiết bị đo, cơ cấu chấp hành, bộ điều khiển và mối quan hệ giữa các thành phần trong một hệ thống tự động hóa.
Về phương diện đào tạo, hệ thống cho phép tổ chức hoạt động thực hành theo hướng kết hợp giữa quan sát hiện tượng, đo lường, phân tích dữ liệu và đánh giá kết quả điều khiển. Đây là cơ sở để phát triển năng lực thực nghiệm và tư duy hệ thống cho sinh viên ngành Công nghệ kỹ thuật điều khiển và tự động hóa.
Một nội dung quan trọng của đề tài là quá trình thiết kế và chế tạo hệ thống, bao gồm xây dựng mô hình tổng thể, thiết kế phần cứng, thiết kế điều khiển, tổ chức vận hành và giám sát.
Ở góc độ kỹ thuật hệ thống, việc phát triển một mô hình thực hành điều khiển quá trình đòi hỏi sự phối hợp giữa nhiều thành phần: đối tượng công nghệ, cảm biến đo lường, cơ cấu chấp hành, bộ điều khiển và các chức năng giám sát. Các thành phần này cần được tích hợp để bảo đảm khả năng thu thập tín hiệu, xử lý thông tin và tác động điều khiển theo yêu cầu của từng bài thực hành.
Đề tài định hướng xây dựng chương trình điều khiển PLC, tạo nền tảng triển khai các thuật toán điều khiển và tổ chức vận hành hệ thống. Việc chủ động xây dựng chương trình điều khiển giúp giảng viên có điều kiện làm chủ cấu trúc vận hành, điều chỉnh cấu hình thực nghiệm và phát triển nội dung đào tạo phù hợp với mục tiêu học phần.
Bên cạnh đó, nội dung thiết kế và chế tạo phần cứng giúp đội ngũ nghiên cứu tích lũy kinh nghiệm trong việc lựa chọn, tích hợp các thành phần kỹ thuật và phát triển thiết bị phục vụ thực hành. Đây là yếu tố quan trọng đối với năng lực tự chủ công nghệ của cơ sở đào tạo, đặc biệt trong bối cảnh nhu cầu cập nhật, mở rộng và tùy biến các hệ thống thí nghiệm ngày càng tăng.
Tuy nhiên, giá trị của một hệ thống điều khiển không chỉ được xác định qua khả năng vận hành mà còn phải được xem xét thông qua đặc tính động, chất lượng điều khiển, khả năng đáp ứng trước những thay đổi của đối tượng và độ tin cậy trong quá trình sử dụng. Vì vậy, đề tài tiếp tục triển khai nội dung khảo sát đặc tính thực nghiệm và nhận dạng mô hình toán, tạo cơ sở khoa học cho việc nghiên cứu, đánh giá và lựa chọn phương pháp điều khiển.
Trong nghiên cứu điều khiển quá trình, mô hình toán đóng vai trò quan trọng trong việc mô tả mối quan hệ giữa tín hiệu đầu vào và đầu ra của đối tượng. Mô hình phù hợp giúp người nghiên cứu phân tích đặc tính động, dự đoán đáp ứng và xây dựng phương án điều khiển có cơ sở khoa học.
Theo nội dung báo cáo, đề tài T2025-ĐH01 có phần khảo sát đặc tính thực nghiệm, nhận dạng mô hình toán và xây dựng tham số đối tượng. Đây là bước nghiên cứu quan trọng, giúp chuyển từ việc quan sát vận hành thiết bị sang phân tích đối tượng bằng dữ liệu và mô hình.
Về nguyên lý, quá trình nhận dạng thường bắt đầu bằng việc tác động tín hiệu đầu vào phù hợp, ghi nhận phản ứng của đại lượng đầu ra và phân tích mối quan hệ giữa các tín hiệu thu được. Từ dữ liệu thực nghiệm, người nghiên cứu có thể xây dựng mô hình toán với cấu trúc và tham số phù hợp, sau đó sử dụng mô hình để phục vụ phân tích và thiết kế điều khiển.
Đối với hệ thống thực hành điều khiển mức, lưu lượng, áp suất và nhiệt độ, việc khảo sát từng đối tượng tạo cơ hội để sinh viên tiếp cận các đặc điểm như quán tính, độ trễ, tính phi tuyến và ảnh hưởng của nhiễu. Đây là những yếu tố có thể tác động trực tiếp đến độ ổn định và chất lượng đáp ứng của hệ thống.
Việc kết hợp giữa mô hình toán và dữ liệu thực nghiệm còn giúp người học hiểu rằng thiết kế điều khiển không đơn thuần là lựa chọn một thuật toán có sẵn. Người nghiên cứu cần xem xét đặc tính của đối tượng, mục tiêu điều khiển, điều kiện vận hành và các giới hạn của hệ thống để lựa chọn giải pháp phù hợp.
Đối với giảng viên, nội dung này tạo cơ sở phát triển các bài thực hành có chiều sâu chuyên môn, trong đó sinh viên không chỉ thực hiện thao tác vận hành mà còn có thể phân tích dữ liệu, xây dựng mô hình và đánh giá kết quả bằng các tiêu chí kỹ thuật.
Trên nền tảng hệ thống đã được thiết kế, đề tài định hướng triển khai linh hoạt các phương pháp điều khiển gồm điều khiển phản hồi, điều khiển truyền thẳng, điều khiển tỷ lệ và điều khiển phân tầng.
Điều khiển phản hồi là phương pháp sử dụng tín hiệu đầu ra đo được để so sánh với giá trị đặt, từ đó xác định sai lệch và điều chỉnh tín hiệu điều khiển. Phương pháp này giúp người học tìm hiểu cơ chế duy trì đại lượng công nghệ theo yêu cầu và phân tích ảnh hưởng của nhiễu đến chất lượng điều khiển.
Điều khiển truyền thẳng sử dụng thông tin về nhiễu hoặc các đại lượng liên quan để tính toán tác động điều khiển nhằm hạn chế ảnh hưởng của nhiễu đến đầu ra. Việc nghiên cứu phương pháp này giúp sinh viên phân biệt giữa điều khiển dựa trên sai lệch đầu ra và điều khiển chủ động bù nhiễu.
Điều khiển tỷ lệ được sử dụng trong những bài toán cần duy trì mối quan hệ tỷ lệ giữa các đại lượng công nghệ. Đây là nội dung có ý nghĩa đối với các quy trình yêu cầu phối hợp nhiều dòng vật chất hoặc các đại lượng có quan hệ vận hành xác định.
Điều khiển phân tầng sử dụng cấu trúc điều khiển gồm các vòng có quan hệ thứ bậc, trong đó vòng điều khiển phụ hỗ trợ vòng điều khiển chính xử lý những biến động phù hợp với cấu trúc hệ thống. Phương pháp này giúp người học tiếp cận các giải pháp điều khiển nâng cao hơn so với cấu trúc vòng đơn.
Việc triển khai nhiều phương pháp điều khiển trên một hệ thống thực hành tạo điều kiện để tổ chức các bài tập so sánh, phân tích và đánh giá. Sinh viên có thể nghiên cứu mối quan hệ giữa đặc tính đối tượng, cấu trúc điều khiển và kết quả vận hành; từ đó phát triển khả năng lựa chọn giải pháp dựa trên yêu cầu công nghệ thay vì chỉ ghi nhớ nguyên lý.
Theo định hướng phát triển được nêu trong báo cáo, hệ thống có thể tiếp tục được mở rộng để nghiên cứu các thuật toán điều khiển nâng cao như điều khiển mờ và điều khiển dự báo theo mô hình (Model Predictive Control – MPC). Đây là những hướng nghiên cứu có tiềm năng mở rộng phạm vi thực hành, giúp sinh viên tiếp cận các phương pháp điều khiển hiện đại và những bài toán thiết kế có mức độ phức tạp cao hơn.
Theo báo cáo tổng kết, đề tài đã hoàn thành mục tiêu, nội dung và sản phẩm theo thuyết minh được phê duyệt. Hệ thống thực hành được đánh giá vận hành an toàn, tin cậy, có hình thức công nghiệp và đáp ứng yêu cầu đào tạo thực hành học phần Điều khiển quá trình công nghệ.
Sau nghiệm thu, sản phẩm được bàn giao cho Bộ môn Đo lường Điều khiển – Khoa Điện tử, Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp để khai thác trong đào tạo và nghiên cứu khoa học.
Các nội dung chuyển giao không chỉ bao gồm hệ thống thực hành mà còn có bản vẽ thiết kế, chương trình điều khiển PLC và tài liệu hướng dẫn. Báo cáo cũng xác định phương thức chuyển giao thông qua đào tạo, tập huấn công nghệ cho giảng viên.
Cách thức chuyển giao này có ý nghĩa quan trọng đối với tính bền vững của sản phẩm nghiên cứu. Việc bàn giao đồng thời thiết bị, hồ sơ thiết kế, chương trình điều khiển và tài liệu hướng dẫn tạo điều kiện để đơn vị tiếp nhận hiểu rõ cấu trúc hệ thống, tổ chức vận hành, khai thác và tiếp tục phát triển các bài thực hành.
Theo kế hoạch trong báo cáo, hệ thống dự kiến phục vụ khoảng 1.500 sinh viên ngành Công nghệ kỹ thuật điều khiển và tự động hóa, đồng thời hỗ trợ giảng viên trong hoạt động nghiên cứu khoa học.
Từ góc độ đào tạo, sản phẩm có thể được khai thác trong thực hành học phần, đồ án môn học và đồ án tốt nghiệp. Đây là những môi trường học tập cho phép sinh viên chuyển hóa kiến thức lý thuyết thành kỹ năng thực nghiệm, phân tích hệ thống và giải quyết các nhiệm vụ kỹ thuật.
Đối với đội ngũ giảng viên, việc chủ động thiết kế, chế tạo và chuyển giao thiết bị giúp tăng khả năng làm chủ phương tiện thực hành, giảm sự phụ thuộc vào cấu hình cố định của thiết bị thương mại và tạo điều kiện xây dựng các nội dung đào tạo phù hợp với yêu cầu chuyên môn của đơn vị.
Trong bối cảnh chuyển đổi số và phát triển công nghiệp thông minh, các hệ thống điều khiển quá trình ngày càng được tích hợp với nền tảng giám sát, thu thập dữ liệu và kết nối mạng. Vì vậy, mở rộng khả năng giám sát từ xa và tích hợp các thuật toán điều khiển nâng cao là hướng phát triển có ý nghĩa đối với các hệ thống thực hành trong đào tạo kỹ thuật.
Theo kiến nghị của nhóm nghiên cứu, hệ thống có thể tiếp tục được phát triển theo hai hướng chính.
Thứ nhất, mở rộng nghiên cứu và tích hợp các thuật toán điều khiển nâng cao, trong đó có điều khiển mờ và điều khiển dự báo MPC. Những phương pháp này có thể tạo cơ hội nghiên cứu sâu hơn về xử lý tính phi tuyến, tối ưu hóa đáp ứng và điều khiển đối tượng có nhiều ràng buộc, tùy thuộc vào cấu trúc và điều kiện cụ thể của hệ thống.
Thứ hai, nghiên cứu kết nối giám sát thông qua nền tảng Cloud SCADA/IoT. Hướng phát triển này có thể mở rộng khả năng thu thập dữ liệu, hiển thị trạng thái vận hành, lưu trữ thông tin thực nghiệm và hỗ trợ giám sát hệ thống trên nền tảng mạng.
Nếu được triển khai phù hợp, các chức năng trên sẽ góp phần đưa nội dung thực hành vượt ra ngoài phạm vi vận hành tại chỗ, tạo điều kiện để sinh viên tiếp cận sự kết hợp giữa điều khiển tự động, hệ thống nhúng, truyền thông dữ liệu và công nghệ IoT.
Để bảo đảm hiệu quả ứng dụng, các bước phát triển tiếp theo cần chú trọng độ tin cậy của dữ liệu đo, tính ổn định của thuật toán, an toàn vận hành, khả năng kết nối và tính phù hợp với mục tiêu đào tạo. Đồng thời, việc bổ sung các phép đo kiểm định lượng, dữ liệu thực nghiệm và tiêu chí đánh giá chất lượng điều khiển sẽ tạo cơ sở khoa học để xác nhận hiệu quả của những cải tiến.
Các nội dung này hiện được xác định là định hướng phát triển, không phải những chức năng đã được xác nhận hoàn thiện trong sản phẩm hiện tại.
Đề tài T2025-ĐH01 cho thấy vai trò của nghiên cứu khoa học trong việc tạo ra các sản phẩm công nghệ có khả năng phục vụ trực tiếp hoạt động đào tạo. Từ thiết kế phần cứng, xây dựng chương trình điều khiển đến khảo sát đặc tính thực nghiệm, nhận dạng mô hình toán và chuyển giao sản phẩm, đề tài đã kết nối nhiều khâu quan trọng trong quá trình phát triển một hệ thống kỹ thuật.
Giá trị của đề tài không chỉ nằm ở việc bổ sung một thiết bị thực hành mà còn ở khả năng hình thành môi trường học tập dựa trên thực nghiệm, dữ liệu và tư duy thiết kế. Khi giảng viên trực tiếp tham gia nghiên cứu, chế tạo thiết bị và xây dựng nội dung thực hành, sinh viên có thêm cơ hội tiếp cận phương pháp nghiên cứu khoa học, cách phân tích vấn đề và quy trình đánh giá giải pháp kỹ thuật.
Trong thời gian tới, việc tiếp tục khai thác sản phẩm nghiên cứu, phát triển các bài thực hành chuyên sâu và nghiên cứu mở rộng chức năng hệ thống sẽ góp phần nâng cao hiệu quả đào tạo, thúc đẩy hoạt động nghiên cứu khoa học và phát huy năng lực tự chủ công nghệ của Khoa Điện tử.
Với định hướng “Đoàn kết – Sáng tạo – Phát triển”, Khoa Điện tử – Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp tiếp tục gắn nghiên cứu khoa học với thực tiễn đào tạo, lấy chất lượng đào tạo làm mục tiêu và lấy người học làm trung tâm, qua đó đóng góp vào quá trình phát triển nguồn nhân lực kỹ thuật đáp ứng yêu cầu công nghiệp hóa, hiện đại hóa và chuyển đổi số.
MỘT SỐ HÌNH ẢNH TẠI BUỔI BÁO CÁO NCKH:
