Phân tích ổn định bền vững và điều khiển theo dõi tốc độ thời gian thực của động cơ bước dựa trên tích hợp MATLAB/OPC-PLC kết hợp bộ dự đoán Smith

Tóm tắt

Bài báo này trình bày một phương pháp điều khiển bám tốc độ thời gian thực có tính bền vững cho động cơ bước hai pha, dựa trên tích hợp MATLAB/Simulink–OPC–PLC kết hợp bù trễ bằng bộ dự đoán Smith. Trong các hệ thống công nghiệp dựa trên OPC, các quá trình truyền thông và tính toán phân tán gây ra độ trễ đáng kể, có thể làm suy giảm tính ổn định của hệ kín và hiệu năng bám.

Một khung mô hình hóa độ trễ tương đương được xây dựng nhằm biểu diễn độ trễ từ tính toán MATLAB, truyền thông OPC, thực thi PLC và phản hồi cảm biến như một độ trễ thuần nhất. Độ trễ tổng được đo thực nghiệm xấp xỉ 0,40 giây. Phân tích định hướng ổn định của bộ dự đoán Smith được thực hiện dựa trên các điều kiện gain nhỏ (small-gain) và tiêu chí dung sai trễ dựa trên biên độ pha.

Hệ thống danh định không có trễ đạt biên độ khuếch đại 9,6 dB và biên độ pha 52,3°, với đỉnh độ nhạy bổ sung, đảm bảo tính ổn định bền vững trong điều kiện bất định mô hình 10–15% và các biến thiên trễ trong thực tế.

Các thí nghiệm bán thời gian thực được tiến hành với ba cấu hình phản hồi và lặp lại năm lần để kiểm chứng tính nhất quán. Kết quả cho thấy bộ dự đoán Smith cải thiện đáng kể hiệu năng bám so với điều khiển PID truyền thống. Cấu hình phản hồi dựa trên mô hình đạt hiệu năng tốt nhất, với thời gian xác lập 1,5 giây, không có quá điều chỉnh và sai số xác lập là 1,83%.

Phương pháp đề xuất cung cấp một giải pháp thực tiễn và hiệu quả về mặt tính toán cho việc bù trễ trong các hệ thống điều khiển công nghiệp dựa trên PLC.