BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN
4.2 Hasil Tanggapan Lingkar Tertutup dari Simulasi Sistem Pengendalian
Simulasi yang diberikan menggunakan kendali logika fuzzy dengan variasi bentuk fungsi keanggotaan fuzzy (segitiga dan gaussian), variasi kaidah penalaran fuzzy (matriks diagonal standar dan matriks diagonal rekonfigurasi), jumlah masukan fuzzy (satu masukan dan dua masukan) serta tipe fuzzy yang digunakan (fuzzy tipe-1 dan fuzzy tipe-2). Fuzzy tipe-2 diberikan variasi berupa nilai FOU (footprint of uncertainty) sebesar ±0,1; ±0,2; dan ±0,3. Hasil simulasi tanggapan lingkar tertutup dengan kendali logika fuzzy tipe-1 dari rangkaian DC-DC buck converter ditampilkan pada Gambar 4.3 - Gambar 4.6, sedangkan hasil simulasi tanggapan lingkar tertutup dengan kendali logika fuzzy tipe-2 ditampilkan pada Gambar 4.7.
Gambar 4.3 Grafik Hasil Simulasi untuk Tanggapan Lingkar Tertutup dari Sistem Pengendalian Tegangan dengan Variasi Bentuk Fungsi Keanggotaan Pengendali Logika Fuzzy
Gambar 4.3 menunjukan bahwa kendali logika fuzzy dengan bentuk fungsi keanggotaan segitiga dan gaussian dapat memberikan tanggapan yang sesuai dengan nilai set point (12 Volt). Bentuk fungsi keanggotaan segitiga mempunyai performansi tangggapan yang lebih baik jika dibandingkan dengan bentuk fungsi keanggotaan gaussian, walaupun selisih performansi tangggapan yang dihasilkan relatif kecil. Nilai performansi tanggapan dari sistem pengendalian fuzzy dengan variasi bentuk fungsi keanggotaan ditampilkan pada Tabel 4.3.
Tabel 4.3 Hasil Performansi Tanggapan Sistem Pengendalian Logika Fuzzy Tipe-1 dengan Variasi Bentuk Fungsi Keanggotaan Fuzzy berdasarkan Simulasi
Spesifikasi Tanggapan Sistem
Bentuk Fungsi Keanggotaan Segitiga Gaussian
Waktu tunda (mili detik) 0,3134 0,3178
Waktu naik (mili detik) 0,8606 0,8847
Waktu puncak (mili detik) 1,0699 1,0962 Overshoot maksimal (persen) 1,6117 1,4417 Waktu tunak (mili detik) 1,4998 1,5028
Tabel 4.3 menunjukan bahwa fungsi keanggotaan segitiga pada pengendalian logika fuzzy tipe-1 memilki performansi tanggapan yang lebih baik jika dibandingkan dengan fungsi keanggotaan gaussian. Hal ini didasarkan pada nilai waktu tunda, waktu naik, waktu puncak, dan waktu tunak yang lebih cepat jika dibandingkan dengan fungsi keanggotaan gaussian. Nilai overshoot maksimal untuk fungsi keanggotaan segitiga bernilai lebih besar jika dibandingkan dengan fungsi keanggotaan gaussian, namun nilai overshoot maksimal tersebut masih jauh di bawah 25%. Hasil simulasi dapat diperoleh kesimpulan bahwa fungsi keanggotaan segitiga memiliki performansi tanggapan yang lebih baik sehingga untuk perancangan pengendali logika fuzzy pada rancang bangun DC-DC buck converter menggunakan fungsi keanggotaan segitiga. Fungsi keanggotaan segitiga juga mudah diimplementasikan pada microcontroller karena memiliki bentuk paling sederhana dan paling efisien untuk berbagai aplikasi (Atacak & Bay, 2012).
Gambar 4.4 Grafik Hasil Simulasi untuk Tanggapan Lingkar Tertutup dari Sistem Pengendalian Tegangan dengan Variasi Kaidah Penalaran Pengendali Logika Fuzzy
Gambar 4.4 menunjukan bahwa kendali logika fuzzy dengan kaidah penalaran matriks diagonal standar dan matriks diagonal rekonfigurasi dapat memberikan tanggapan yang sesuai dengan nilai set point (12 Volt). Kaidah penalaran matriks diagonal standar mempunyai performansi tangggapan yang lebih baik jika dibandingkan dengan kaidah penalaran matriks diagonal rekonfigurasi. Hal tersebut terlihat pada grafik tanggapan yang memperlihatkan bahwa keadaan transien dan keadaan tunak lebih cepat tercapai saat menggunakan kaidah penalaran matriks diagonal standar. Nilai performansi tanggapan dari sistem pengendalian fuzzy dengan variasi kaidah penalaran ditampilkan pada Tabel 4.4.
Tabel 4.4 Hasil Performansi Tanggapan Sistem Pengendalian Logika Fuzzy Tipe-1 dengan Variasi Kaidah Penalaran Fuzzy berdasarkan Simulasi
Spesifikasi Tanggapan Sistem
Kaidah Penalaran Matriks Diagonal
Standar
Matriks Diagonal Rekonfigurasi
Waktu tunda (mili detik) 0,3134 0,3522
Waktu naik (mili detik) 0,8606 0,9403
Waktu puncak (mili detik) 1,0699 1,1704
Overshoot maksimal (persen) 1,6117 1,3842
Waktu tunak (mili detik) 1,4998 1,5492
Tabel 4.4 menunjukan bahwa kaidah penalaran dengan matriks diagonal standar memilki performansi tanggapan yang lebih baik jika dibandingkan dengan kaidah penalaran dengan matriks diagonal rekonfigurasi. Hal ini didasarkan pada nilai waktu tunda, waktu naik, waktu puncak, dan waktu tunak yang lebih cepat jika dibandingkan dengan kaidah penalaran dengan matriks diagonal rekonfigurasi. Nilai overshoot maksimal untuk kaidah penalaran dengan matriks diagonal standar bernilai lebih besar jika dibandingkan dengan kaidah penalaran dengan matriks diagonal rekonfigurasi, namun nilai overshoot maksimal tersebut masih jauh di bawah 25%. Hasil simulasi dapat diperoleh kesimpulan bahwa kaidah penalaran dengan matriks diagonal standar memiliki performansi tanggapan yang lebih baik sehingga untuk perancangan pengendali logika fuzzy pada rancang bangun DC-DC buck converter menggunakan kaidah penalaran dengan matriks diagonal standar.
Gambar 4.5 Grafik Hasil Simulasi untuk Tanggapan Lingkar Tertutup dari Sistem Pengendalian Tegangan dengan Satu Masukan Kendali Logika Fuzzy
Gambar 4.5 menunjukan bahwa kendali logika fuzzy dengan satu masukan error dapat memberikan tanggapan yang sesuai dengan nilai set point (12 Volt). Tegangan masukan sebesar 20 Volt memempunyai performansi tangggapan terbaik jika dibandingkan dengan tegangan masukan lainnya. Gambar 4.3 menunjukan bahwa semakin besar nilai tegangan masukan maka semakin baik performansi tanggapan dari sistem pengendalian yang dihasilkan. Nilai tegangan masukan tersebut berhubungan dengan nilai gain (K) jika dilihat berdasarkan fungsi alih sistem DC-DC buck converter. Nilai gain akan menentukan hasil tanggapan sistem, semakin besar nilai gain, maka semakin cepat tanggapan sistem yang dihasilkan. Hal tersebut sesuai dengan hasil tanggapan sistem pada Gambar 4.3. Nilai performansi tanggapan dari sistem pengendalian fuzzy dengan satu masukan ditampilkan pada Tabel 4.5.
Gambar 4.6 Grafik Hasil Simulasi untuk Tanggapan Lingkar Tertutup dari Sistem Pengendalian Tegangan dengan Dua Masukan Kendali Logika Fuzzy
Gambar 4.6 menunjukan bahwa kendali logika fuzzy dengan dua masukan (error dan delta error) dapat memberikan tanggapan yang sesuai dengan nilai set point (12 Volt). Tegangan masukan sebesar 20 Volt memempunyai performansi tangggapan terbaik jika dibandingkan dengan tegangan masukan lainnya. Hasil tanggapan pada Gambar 4.4. memilki kecenderungan yang sama dengan hasil tanggapan pada Gambar 4.3. Nilai performansi tanggapan dari sistem pengendalian logika fuzzy dengan dua masukan memiliki nilai yang lebih baik jika dibandingkan dengan satu masukan. Hal ini dikarenakan semakin banyak masukan pada kendali logika fuzzy maka semakin banyak pula faktor pembobot dalam proses defuzifikasi sehingga hasil yang diberikan menjadi lebih baik.
Nilai performansi tanggapan dari sistem pengendalian logika fuzzy dengan dua masukan ditampilkan pada Tabel 4.6.
Gambar 4.7 Grafik Hasil Simulasi untuk Tanggapan Lingkar Tertutup dari Sistem Pengendalian Tegangan dengan Kendali Logika Fuzzy Tipe-2
Gambar 4.8 Grafik Perbandingan Tanggapan Lingkar Tertutup dari Sistem Pengendalian Tegangan dengan Kendali Logika Fuzzy Tipe-2
Gambar 4.7 menunjukan bahwa kendali logika fuzzy tipe-2 dengan dapat memberikan tanggapan yang sesuai dengan nilai set point (12 Volt). Nilai FOU sebesar ±0.3 mempunyai performansi tangggapan terbaik jika dibandingkan dengan nilai FOU lainnya. Gambar 4.8 menunjukan bahwa semakin besar nilai FOU maka semakin baik performansi tanggapan dari sistem pengendalian yang dihasilkan. Hal ini dikarenakan semakin besar nilai FOU pada fungsi keanggotan variabel masukan fuzzy maka semakin besar nilai ketidakpastian dapat ditoleransi sehingga hasil yang diberikan menjadi lebih baik. Nilai performansi tanggapan dari sistem pengendalian logika fuzzy tipe-2 dengan dua masukan ditampilkan pada Tabel 4.7.
Tabel 4.5 Hasil Performansi Tanggapan Sistem Pengendalian Logika Fuzzy Tipe-1 (Satu Masukan) berdasarkan Simulasi
Spesifikasi Tanggapan Sistem
Tegangan Masukan
14 Volt 16 Volt 18 Volt 20 Volt Waktu tunda (mili detik) 0,4072 0,3682 0,3378 0,3132 Waktu naik (mili detik) 1,9909 1,3468 1,0385 1,08562 Waktu puncak (mili detik) 1,9996 1,5457 1,2467 1,0706 Overshoot maksimal (persen) 0,0446 0,2647 0,8100 1,6993 Waktu tunak (mili detik) 1,9996 1,5457 1,5309 1,5273
Tabel 4.5 menunjukan bahwa semakin besar nilai tegangan masukan, maka semakin baik performansi tanggapan dari sistem pengendalian logika fuzzy tipe-1 dengan satu masukan pada DC-DC buck converter. Hal ini didasarkan pada nilai waktu tunda, waktu naik, waktu puncak, dan waktu tunak yang lebih cepat dibandingkan dengan nilai tegangan masukan lainnya. Nilai overshoot maksimal akan bernilai lebih besar saat nilai waktu tunda, waktu naik, waktu puncak, dan waktu tunak yang lebih cepat.
Tabel 4.6 Hasil Performansi Tanggapan Sistem Pengendalian Logika Fuzzy Tipe-1 (Dua Masukan) berdasarkan Simulasi
Spesifikasi Tanggapan Sistem
Tegangan Masukan
14 Volt 16 Volt 18 Volt 20 Volt Waktu tunda (mili detik) 0,4072 0,3682 0,3378 0,3132 Waktu naik (mili detik) 1,9909 1,3468 1,0385 1,08562 Waktu puncak (mili detik) 1,9996 1,5457 1,2467 1,0706 Overshoot maksimal (persen) 0,0446 0,2647 0,8034 1,6937 Waktu tunak (mili detik) 1,9996 1,5457 1,5309 1,5273
Tabel 4.6 menunjukan bahwa semakin besar nilai tegangan masukan, maka semakin baik performansi tanggapan dari sistem pengendalian logika fuzzy tipe-1 dengan dua masukan pada DC-DC buck converter. Hal ini didasarkan pada nilai waktu tunda, waktu naik, waktu puncak, dan waktu tunak yang lebih cepat dibandingkan dengan nilai tegangan masukan lainnya. Nilai overshoot maksimal akan bernilai lebih besar saat nilai waktu tunda, waktu naik, waktu puncak, dan waktu tunak yang lebih cepat.
Perbandingan performansi tanggapan sistem pengendalian logika fuzzy pada Tabel 4.5 dan Tabel 4.6 menunjukan bahwa kendali logika fuzzy tipe-1 dengan dua masukan memiliki performansi tanggapan sistem pengendalian yang lebih baik. Hal ini didasarkan pada nilai-nilai karakteristik tanggapan transien (waktu tunda, waktu naik, waktu puncak, dan waktu tunak) yang lebih cepat jika dibandingkan dengan kendali logika fuzzy tipe-1 dengan satu masukan.
Tabel 4.7 Hasil Performansi Tanggapan Sistem Pengendalian Logika Fuzzy Tipe-2 berdasarkan Simulasi
Spesifikasi Tanggapan
Tabel 4.7 menunjukan bahwa nilai FOU sebesar ±0.3 mempunyai performansi tangggapan terbaik. Hal ini didasarkan pada nilai waktu tunda, waktu naik, waktu puncak, dan waktu tunak yang lebih cepat dibandingkan dengan nilai FOU lainnya. Nilai overshoot maksimal akan bernilai lebih besar saat nilai waktu tunda, waktu naik, waktu puncak, dan waktu tunak yang lebih cepat. Performansi tangggapan sistem pengendalian tegangan dengan kendali logika fuzzy tipe-2 mempunyai performansi lebih baik jika dibandingkan dengan kendali logika fuzzy tipe-1. Hal ini terlihat pada spesifikasi tanggapan sistem.
4.3 Hasil Tanggapan Lingkar Tertutup dari Simulasi Sistem Pengendalian Tegangan pada Generator Turbin Angin
Tanggapan lingkar tertutup dari sistem pengendalian tegangan bergantung pada karakteristik generator yang digunakan. Karakteristik generator meliputi tegangan keluaran dan arus keluaran terhadap kecepatan putar generator.
Penyambungan antara generator dengan DC-DC buck converter juga akan mempengaruhi tegangan keluaran dan arus keluaran DC-DC buck converter.
Hubungan tegangan keluaran generator, tegangan keluaran DC-DC buck converter, arus keluaran DC-DC buck converter terhadap kecepatan putar generator ditampilkan pada Gambar 4.9 – 4.11.
Gambar 4.9 Grafik Hubungan Tegangan Keluaran Generator terhadap Kecepatan
Gambar 4.10 Grafik Hubungan Tegangan Keluaran DC-DC Buck Converter terhadap Kecepatan Putar Generator dari Hasil Simulasi
Gambar 4.11 Grafik Hubungan Arus Keluaran DC-DC Buck Converter terhadap Kecepatan Putar Generator dari Hasil Simulasi
Gambar 4.9 menunjukan semakin besar nilai resistor pada rangkaian DC-DC buck converter maka semakin kecil kecepatan putar generator untuk menghasilkan tegangan keluaran generator. Nilai duty cycle yang diberikan sebesar 100% pada rangkaian tersebut. Pemberian nilai duty cycle sebesar 100%
bertujuan untuk mengetahui hubungan antara tegangan keluaran generator dengan tegangan keluaran DC-DC buck converter. Nilai tegangan keluaran generator akan mengalami penurunan jika dibandingkan dengan tegangan keluaran DC-DC buck converter. Penurunan tegangan dikarenakan adanya rugi-rugi tegangan pada DC-DC buck converter akibat komponen semikonduktor. Gambar 4.9-4.11 menunjukan semakin besar nilai resistor pada rangkaian DC-DC buck converter maka semakin kecil arus keluaran DC-DC buck converter dengan kecepatan putar generator tetap.
Gambar 4.12 Grafik Tanggapan Lingkar Tertutup dari Simulasi Sistem Pengendalian Tegangan pada Generator Turbin Angin
Gambar 4.12 menunjukan bahwa sistem pengendalian tegangan dengan kendali logika fuzzy tipe-2 (FOU ±0.3) pada generator turbin angin telah mencapai kestabilan. Spesifikasi performansi tanggapan sistem yang dihasilkan antara lain:
waktu tunda sebesar 0,882 mili detik, waktu naik sebesar mili 1,130 mili detik,
waktu puncak sebesar 1,6 mili detik, waktu tunak sebesar 8,034 mili detik dan nilai maksimal overshoot sebesar 12,117 %. Terdapatnya nilai overshoot diakibatkan tanggapan tegangan dari generator. Nilai maksimal overshoot yang dihasilkan kurang dari 25% sehingga sistem pengendalian tegangan yang dirancang dapat bekerja dengan baik.
4.4 Hasil Pengujian Kecepatan Putar Rotor dan Generator Turbin Angin