Optimasi Pengaturan Kecepatan Motor DC Menggunakan FLC (Fuzzy Logic Controller)

(1)

Optimasi Pengaturan Motor DC Menggunakan FLC……….….(Alamsyah Ahmad)

1

Optimasi Pengaturan Kecepatan Motor DC Menggunakan FLC

(Fuzzy Logic Controller)

Oleh :

Alamsyah Ahmad,

[email protected]

Teknik Elektro, Universitas Cokroaminoto Palopo

ABSTRAK

Konstruksi motor Direct Current DC sangat mirip dengan generator DC. Diperlukan pengaturan kecepatan motor dengan beberapa metode kontroler, agar diperoleh metode terbaik untuk model motor DC. Pemodelan system pengaturan motor Motor DC harus disesuaikan dengan karakteristik motor DC dan model pengaturannya. Metode kontrol Fuzzy Logic Controller (FLC) banyak diterapkan di bidang industri. Ketiga parameter tersebut diturunkan dari perhitungan matematis pada metode konvensional. Metode osilasi Ziegler-Nichols merupakan sebuah metode penalaan Fuzzy dapat dilakukan secara otomatis. Paper ini digunakan untuk membandingkan perancangan kecepatan motor DC tanpa controller, dengan manual controller, dan dengan menggunakan Fuzzy Logic Controller (FLC). Sistem kontrol kecapatan motor DC yang baik adalah kontrol FLC. Kata kunci : FLC, DC Motor, Speed Control

1. PENDAHULUAN

Motor DC telah banyak digunakan dalam industri meskipun biaya pemeliharaannya lebih tinggi dari motor induksi. Fuzzy Logic Controller (FLC) kontroler telah banyak digunakan untuk kecepatan dan posisi kontrol motor DC. Pencapaian digunakan untuk merancang sistem kontrol menggunakan kontroler PID Konvensional Ziegler-Nichols dengan mempertimbangkan non linearitas yang efektif dari sistem. Dengan membandingkan metode FLC dan tanpa tuning system yang akan didapat dilihat hasil pencapaian pengoptimalan masing-masing metode.

2. KAJIAN PUSTAKA

Motor DC atau motor arus searah adalah mesin yang mengubah energi listrik DC menjadi energi mekanis, konstruksi motor DC sangat mirip dengan generator DC. Mesin yang bekerja baik sebagai generator baik pula bekerja sebagai motor. Suatu perbedaan didalam konstruksinya sebaiknya diperhatikan antara motor dan generator. Karena motor seringkali dioperasikan dilokasi yang mungkin mudah mendapatkan kerusakan mekanis debu, lembab atau korosif, maka motor biasanya lebih tertutup rapat dibandingkan generator.

Pada motor arus searah pengaturan putarannya mudah dan dapat diatur dalam daerah yang sangat lebar. Generator arus searah bekerja berdasarkan perinsip hukum faraday, sedangkan arah gaya yang menimbulkan kopel pada arus searah berdasarkan kaidah tangan kiri. Untuk mesin arus searah berlaku suatu persamaan umum :

(2)

2 Dimana :

E = Tegangan jangkar / ggl lawan (Volt) Vt = Tagangan sumber/ tegangan jala-jala (volt) Ia = Arus jangkar (Ampere)

Ra = Tahanan jangkar (Ohm)

2.1. Pengertian Motor Arus Searah

Motor arus searah ialah suatu mesin yang berfungsi untuk mengubah energi listrik arus searah (listrikDC) menjadi energi gerak atau energi mekanik, dimana energi mekanik tersebut berupa putaran dari rotor.

Dalam kehidupan kita sehari-hari motor DC dapat kita lihat pada motor starter mobil, pada tape recorder, pada mainan anak-anak dan sebagainya. Sedangkan pada pabrik-pabrik motor motor DC kita jumpai pada elevator, konveyer dan sebagainya.

Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada gambar di bawah ini :

Gambar 2.2 Motor Arus Searah Pada motor arus searah kopel (torque) yang dibangkitkan : T = k..Ia, k = konstan

2.2. Prinsip Kerja Motor Arus Searah

Dalam pengoperasian suatu motor listrik akan terjadi perubahan dari energi listrik menjadi energi mekanik. Perinsip kerjanya berdasarkan atas perinsip hukum lentz bahwa apabila suatu penghantar yang dialiri arus listrik diletakkan dalam suatu medan magnet, maka akan timbul gaya mekanik. Bila arus listrik yang mengalir dalam kawat arahnya menjauhi kita (maju), maka medan-medan yang terbentuk disekitar kawat arahnya searah dengan arah putaran jarum jam. Sebaliknya bila mana arus listrik dalam kawat arahnya berlawanan dengan arah putaran jarum jam. Atau dengan kata lain jika sebuah kawat dialiri arus listrik diletakkan diantara dua buah kutub magnet, maka pada kawat itu akan bekerja suatu gaya yang menggerakkan kawat tersebut. Arah gerak kawat itu dapat ditentukan dengan kaidah tangan kiri yang berbunyi “apabila tangan kiri terbuka diletakkan diantara kutub utara (U) dan selatan (S), sehingga garis-garis gaya yang keluar dari kutub utara menembus telapak tangan kiri dan arus di dalam kawat mengalir kearah keempat jari-jari, maka kawat itu akan mendapat gaya yang arahnya sesuai dengan arah ibu jari”.

(3)

Optimasi Pengaturan Motor DC Menggunakan FLC……….….(Alamsyah Ahmad) 3 G A Y A GARIS. GAYA ARUS U S S U I (b) (a)

Gambar 2.3. Kaidah Tangan Kiri

Maka dapat disimpulkan bahwa konduktor yang mengalirkan arus dalam medan magnet cenderung bergerak tegak lurus terhadap garis-garis gaya. Besarnya gaya tersebut adalah:

F = B I L (Newton)...(2-2)

Dimana :

B = kerapatan fluks magnet (Wb/Ampere2) I = kuat arus listrik ( Ampere)

L = Panjang konduktor (Meter)

Sedangkan pada gambar 2.3b di atas, medan yang diakibatkan konduktor adalah dari kanan ke kiri. Pada bagian atas konduktor, garis-garis magnet dari konduktor dan garis magnet dari medan utama (U-S) arahnya berlawanan. Hasilnya ialah memperkuat medan dan menambah kerapatan fluksi di bawah konduktor dan melemahkan medan atau mengurangi kerapatan fluksi di atas konduktor.

2.3. Karakteristik Putaran

Motor mempunyai karakteristik putaran yang kaku, artinya bila ada perubahan beban yang besar hanya terjadi penurunan putaran yang kecil. Dari persamaan kecepatan:

 . . c Ra Ia V n  ………(2-3)

Dapat dilihat bahwa perubahan harga Ia akan memberikan pengaruh yang kecil terhadap n. Hal ini disebabkan oleh nilai Ra biasanya kecil dan untuk motor shunt pada V konstan maka  konstan

Pada motor seri Ia = Im sehingga  = f (Ia) = f (Im) oleh karena itu:

k Ra Ia k V Ia k Ra Ia V n    . . . ……….……… (2-4)

Motor kompon mempunyai sifat antara motor seri dan shunt, menurut arah belitan penguat magnet, motor kompon ada 2, yaitu:

1. Komulatif jika medan shunt dan seri saling memperkuat

(4)

4 2. Differensial jika medan seri memperlemah medan shunt

I = Ise = Ish + Ia, maka a = se - sh ………..……. (2-6)

3. MODEL MOTOR DC

Sebuah motor listrik mengubah energi listrik menjadi energi mekanik dengan menggunakan berinteraksi medan magnet. Motor listrik yang digunakan untuk berbagai operasi perumahan, komersial, dan industri. Gulungan motor DC shunt terdiri dari medan shunt dihubungkan secara paralel dengan armature. Medan shunt memiliki ketahanan yang lebih tinggi dan arus yang lebih rendah dibandingkan dengan medan shunt seri. Akibatnya, motor ini memiliki kecepatan dan kontrol posisi yang sangat baik. Oleh karena itu DC shunt motor biasanya digunakan aplikasi yang membutuhkan tenaga kuda lima kali atau lebih. Persamaan menggambarkan perilaku dinamis dari motor DC berdasarkan diagram skematik pada Gambar (3.1) diberikan oleh persamaan berikut;

𝑽_𝒂 = 𝑹_𝒂. 𝒊_𝒂(𝒕)+ 𝑳𝒂.𝒅𝒊𝒂(𝒕)

𝒅𝒕 + 𝒆𝒃(𝒕) ………..(3.1)

Gambar 3.1. Skematik diagram motor DC

( ) . ( ) ……….. (3.2) ( ) . ( ) ………. (3.3) ( ) = . ( ) + . ( ) ……….. (3.4) Kemudian ( ) = . ( ) + . ( ) ……….. (3.5)

Transfer fungsi akan diberikan:

Θ (s) / v (s) = Kb / [J La S3 + (Ra J + B La) S2 + (KB2 + Ra B) S] …... (3.6) Dimana:

Va = Angker tegangan (V) Ra = resistansi angker (Ω) La = induktansi angker (H) Ia = arus dinamo (A) Eb = back emf (V)

w = kecepatan sudut (rad / s) Tm = torsi motor (Nm)

(5)

5 Jm = rotor inersia (kg)

Bm = koefisien gesekan viskos (Nms / rad) KT = konstanta torsi (Nm / A)

Kb = konstanta back emf (Vs / rad)

Dengan memasukkan parameter Motor DC didapat Ra = 2,45 Ω, La = 0,035 H, Kb = 1,2 Vs/rad, Jm = 0,022 kgm2, Bm = 0,5.10-2 Nms/rad

Sehingga Transfer function motor DC yang digunakan adalah:

( ) ( )

=

……… (3.7)

3.1. Tuning PID Kontroller Menggunakan Beberapa Metode A. Ziegler-Nichols Metode Tuning:

4. ANALISA DAN PEMBAHASAN

Simulasi model motor DC PID Ziegler-Nichols Kontroller dapat dilihat pada gambar 4.8. dibawah ini:

Gambar 4.8. Model Motor DC dengan PID Ziegler-Nichols kontroller

Hasil perhitungan Ku dan Tu pengaturan kecepatan motor DC dengan PID auto tunning matlab didapatkan nilai konstanta Kp = 49.41, Ki = 0.01875 dan Kd = 0.075

(6)

6 Gambar 4.9. Hasil Running Program simulink motor DC Ziegler-Nichols.

Haril hasil grafik di atas dapat diartikan bahwa terjadi overshoots maks sebesar 303 rpm pada saat t = 0,09 detik, overshoots 238rpm pada saat t = 0,28 dan 200,7 rpm pada t = 0,95 dengan settlingtime 1,75 detik. Kecepatan motor akan mencapai putaran konstan pada waktu 1,75 detik.

5. KESIMPULAN

6. DAFTAR PUSTAKA

J. Bates and M.E. Elbuluk and D.S. Zinger, "Neural Network Control of a Chopper

Fed DC Motor, 24th Annual IEEE 20-24 June 1993, pp. 893-899.

J. M. Zurada, Artificial Neural Networks, copy right 1992 by west publishing company in the United States of America, pp. 185-208.

K Ogata, Modern Control Systems, University of Minnesota, Prentice Hall, 1987. M. Azizur Rahman, Fellow, IEEE, and M. Ashraful Hoque; On-Line Self-Tuning

ANN-Based Speed Control of a PM DC Motor, IEEE/ASME Transactions ON

Mechatronics, VOL. 2, NO. 3, September 1997

M. I. Mahmoud, B. A. Zalam, M. A. Bardiny, E. A. Gomah, A Simplification

(7)

7

Implementation on PLC for DC drive, AIML 06 International Conference, 13 -15

June 2006, Sharm El Sheikh, Egypt.

O. Dwyer,.PI And PID Controller Tuning Rules For Time Delay Process: A Summary. Part 1: PI Controller Tuning Rules.. , Proceedings Of Irish Signals And Systems Conference, June 1999.