Perancangan Dan Simulasi Direct Torque Fuzzy Control Untuk Motor Induksi Tiga-Phasa Sebagai Penggerak Roda Kendaraan Listrik

(1)

Perancangan Dan Simulasi Direct Torque Fuzzy Control Untuk Motor

Induksi Tiga-Phasa Sebagai Penggerak Roda Kendaraan Listrik

Mohammad Idrus Al Afkal - 2208100640

Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya Kampus ITS, Surabaya – 60111

e-mail : [email protected]

Abstrak - Kendaraan listrik adalah satu langkah penting ke

arah pemecahan masalah lingkungan yang dihasilkan oleh kendaraan dengan mesin pembakaran internal. Sistem traksi pada kendaraan listrik yang digunakan pada penelitian ini merupakan sistem penggerak multi (multy drive system). Struktur kendaraan memiliki dua roda penggerak yang saling independen. Pada sistem dengan penggerak multi dimana kontroler motor harus ditambahkan dan dikonfigurasikan dengan Diferensial Elektronik sehingga memiliki fungsi yang sama seperti diferensial mekanik. Direct Torque Fuzzy Control digunakan sebagai kontrol traksi pada motor induksi, yang mana kontroler logika fuzzy digunakan sebagai pengganti dari switching tabel yang ada pada Direct Torque Control konvensional. Simulasi dilakukan dengan dua kondisi, saat kendaraan berjalan lurus dan berbelok, hasil simulasi menunjukkan bahwa Direct Torque Fuzzy Control mempunyai ripple torsi yang lebih kecil dari pada Direct Torque Control Konvensional, sistem kontrol yang menggunakan Diferensial Elektronik dapat bekerja dengan baik saat berjalan lurus ataupun berbelok.

Kata Kunci : Direct Torque Control, Direct Torque Fuzzy

Control, Diferensial Elektronik, Kontrol Logika Fuzzy.

I. PENDAHULUAN

Motor induksi sekarang telah banyak dipakai di berbagai aplikasi dan industri karena memiliki beberapa keuntungan antara lain harganya murah, konstruksi kokoh, handal dan mudah pemeliharaannya, tetapi motor induksi juga memiliki kekurangan yaitu kecepatan motor induksi tidak dapat berubah tanpa adanya pengorbanan efisiensi dan kecepatan menurun seiring bertambahnya beban. Karena ketidakmampuan motor induksi mempertahankan kecepatannya dan memperbaiki kinerjanya, maka dibutuhkan suatu rangkaian sistem pengendali untuk mengendalikan kecepatannya.

Untuk mengatur kecepatan motor induksi pada kecepatan tetap maupun kecepatan variabel diperlukan frekuensi atau torsi. Torsi yang dihasilkan motor sebanding dengan kecepatan motor yang muncul. Sehingga jika pengendalian torsi secara langsung berhasil dilakukan, sama saja dengan pengendalian kecepatan motor berhasil dilakukan pula. Direct Torque Control adalah suatu metode kontrol yang dapat mengontrol torsi dan fluks secara langsung. Pengontrolan tersebut dapat dilakukan dengan cara mengontrol besar arus stator yang diberikan. Keunggulan dari Direct Torque Control adalah tidak adanya transformasi koordinat pada motor, tidak menggunakan regulator arus, dan juga tidak mempunyai blok diagram modulasi tegangan. Direct Torque Control juga mempunyai struktur yang simpel dan respon yang dihasilkan juga optimal. Pada Direct Torque Control konvensional untuk motor induksi, terdapat ripple

torsi dan fluk karena tidak ada dari inverter mampu untuk menghasilkan tegangan listrik yang tepat untuk membuat kesalahan torsi electromagnetis dan kesalahan fluks stator menjadi minimal. Sehingga kondisi switching harus berdasarkan nilai dari kesalahan torsi, kesalahan fluks dan sudut fluks stator.

Salah satu aplikasi dari motor induksi adalah dipergunakan sebagai sistem penggerak pada kendaraan listrik. Motivasi utama dibalik mobil lisirik adalah dikarenakan mobil yang digerakkan dengan motor bakar (internal combustion engine) meninggalkan gas karbon dioksida (CO2) yang tidak sedikit menimibulkan polusi terutama di kota-kota besar yang jumlah kendaraannya cukup besar. Dari data statistik diketahui Jakarta merupakan kota tercemar ketiga didunia setelah Mexico dan Bombay. Dan hasil penelitian yang telah dilakukan sejak tahun 1998, diketahui bahwa emisi gas buang dan knalpot kendaraan bermotor menyumbang 67% dan total pencemaran udara di Jakarta. Hal tersebut di atas memberikan gambaran agar setidaknya kita dapat menyadari bahwa kondisi Imgkungan di kota-kota besar di Indonesia semakin mendekati titik rawan, bahkan akan mengancam keselamatan hidup manusia apabila terus dibiarkan.

Kendaraan listrik adalah satu langkah penting ke arah pemecahan masalah lingkungan yang dihasilkan oleh kendaraan dengan mesin pembakaran internal. Disamping efisiensi daya dan ramah lingkungan, keuntungan lain dari kendaraan listrik adalah availabilitas dari daya listrik melalui sistem distribusi listrik. Sistem traksi yang digunakan pada kendaraan listrik adalah sistem penggerak multi (multy drive system). Struktur kendaraan memiliki dua roda penggerak yang saling independen. Konfigurasi ini menggambarkan suatu kendaraan dengan dua roda penarik yang memiliki beberapa keuntungan seperti daya kendaraan dengan distribusi beban yang lebih baik dan tidak terdapat kerugian daya pada gear diferensial dan akan memungkinkan untuk mengontrol akselerasi dari setiap roda untuk kestabilan yang lebih baik dalam keadaan yang berbahaya.

Pada sistem dengan penggerak multi dimana kontroler motor harus ditambahkan dan dikonfigurasikan dengan Diferensial Elektronik sehingga memiliki fungsi yang sama seperti diferensial mekanik. Dengan demikian Diferensial Elektronik harus mampu mengatasi perbedaan kecepatan antara dua roda ketika menyimpang.

II. TEORI PENUNJANG II.1. Motor Induksi

Rangkaian Equivalen dan Parameter Motor Induksi

Secara konvensional untuk menganalisa model motor induksi tiga fasa dikembangkan berdasarkan model trafo, dengan mengasumsikan tegangan sumber adalah sinusoidal dan kondisi steady state. Dalam operasi riil ditemui

(2)

Proceeding Seminar Tugas Akhir Jurusan Teknik Elektro FTI-ITS 2

permasalahan tegangan sumber yang tidak sinusoidal dan ada perubahan beban. Karena itu dibutuhkan model lain yang lebih fleksibel untuk menganalisis motor induksi. Model motor induksi dalam koordinat d-q-n digunakan untuk menganalisis motor dan lebih fleksibel.

Pada bagian ini digunakan sebuah model tinjauan baku motor induksi. Model rangkaian ini merupakan model yang paling umum digunakan dalam berbagai penganalisaan terhadap motor induksi. Sebuah model ‘rekaan’ yang mendeskripsikan motor induksi sebagai sistem yang terdiri dari vektor-vektor yang didefinisikan dengan dua koordinat orthogonal dan polar. Komponen vektor ruang diasosiasikan dengan pasangan variabel, yaitu bagian direct dan quadrature (d-q). Model rangkaian equivalen ditunjukkan pada Gambar 1.

Gambar 1. Model Rangkaian Equivalen MotorInduksi

Model rangkaian ini dideskripsikan dari perilaku fisik motor putaran sinkron (d-q) reference frame untuk memperoleh model persamaan matematika. Namun yang harus dipahami, pada pendesainan model tidak ada keharusan atau hal baku yang harus dijadikan pedoman. Yang terpenting adalah kita dapat menjelaskan apa yang diinginkan dan memiliki pemahaman yang baik tentang karakteristik dan fenomena fisik yang terjadi pada motor induksi.

Semua proses pemodelan harus dimulai dengan mendefinisikan variabel-variabel dan parameter-parameter yang digunakan, untuk memudahkan kita dalam menguraikan dan memberikan nilai pada variable-variabel dan parameter-parameter dari model matematika sistem sebagaimana terlampir.

Model Matematika Motor Induksi

Model matematika motor induksi diperoleh melalui proses analisa dinamik dari motor induksi.

Persamaan tegangan acuan :

sd sq m p sd s sd dt d t n t i R t V ()= . ()− ω ().λ + λ (1) sq sd m p sq s sq dt d t n t i R t V ()= . ()+ ω ().λ + λ (2) rsd rq m p rd r rd dt d t n t i R t V ()=0= . ()− ω ().λ + λ (3) rq rd m p rq r rq dt d t n t i R t V ()=0= . ()+ ω ().λ + λ (4) ) (t

V_rd , Vrq(t) = 0 jika menggunakan jenis motor squerrel caqe (sangkar tupai).

Persamaan medan putarnya adalah ) ( . ) ( .i t L i t Ls sd m rd sd = + ψ (5) ) ( . ) ( .i t L i t Ls sq m rq sq = + ψ (6) ) ( . ) ( .i t L i t Ls rd m sd rd = + ψ (7) ) ( . ) ( .i t L i t L_s _rq _m _sq rq = + ψ (8)

Torsi elektromagnetiknya adalah : )) ( . ) ( . ( i t i t L L n T rd sq rq sd r m p em = ψ −ψ (9)

Sementara persamaan elektrodinamiknya adalah : ) ( ) ( ) ( ) (t T t T t T t dt d Jeq ωm = em − b − L (10) ) ( . ) (t B t T_b = _mω_m (11) ) ( ) (t t dt d m m ω θ = (12)

II.2. Direct Torque Control (DTC)

Direct Torque Control (DTC) merupakan suatu teknik kontrol yang lebih mengarah pada pengaturan dengan torsi yang berubah – ubah sesuai kebutuhan beban pada motor khususnya motor induksi. Ada beberapa keunggulan bila menggunakan DTC dalam mengontrol torsi, yaitu performansi yang baik dan bisa dilakukan pengaturan motor tanpa menggunakan sensor kecepatan.

IM Estimator Fluk dan

Torsi Tabel Switching Inverter Vdc 0 -1 1 0 -1 1 + + -ψRef ψEst TRef Fluk Komparator Torsi Komparator Pemilihan Sektor TEst α

Gambar 2 Skema Direct Torque Control

Blok diagram dari DTC dapat dilihat pada Gambar 2 yang terterdiri dari komparator histerisis fluks dan torsi, pemilihan sektor. Selain itu juga terdapat switching table, inverter serta estimator fluks dan torsi.

Error fluks dan torsi didapatkan dari persamaan 13:

est s ref s s est ref e T T T ψ ψ ψ = − ∆ − = ∆ (13)

Fluk dan sudut fluk estimasi didapat dari persamaan 14 dan 15: 2 2 qs ds s ψ ψ ψ = + (14) ds qs s _ψ ψ ψ α 1 tan− = ∠ = (15)

Nilai torsi estimasi didapatkan dari persamaan (16)

(

ds qs dq ds

)

e p i i T = λ −λ 2 3 (16)

(3)

II.3. Direct Torque Control dengan Kontroler Logika Fuzzy

Metode logika fuzzy digunakan untuk meningkatkan performansi steady state pada sistem DTC konvensional.

Gambar 3 menggambarkan skematika dari Direct Torque

Control dengan kontroler logika fuzzy, dimana kontroler logika fuzzy menggantikan fungsi dari komparator histerisis flux, komparator histerisis torsi dan tabel switching yang biasanya digunakan dalam sistem DTC konvensional, kontrol logika fuzzy ini juga menggunakan prinsip dasar dan cara kerja switching tabel dari DTC konvesional.

Prinsip dari Direct Torque Control dengan kontroler logika fuzzy, kontroler logika fuzzy didisain untuk mempunyai tiga Variabel state dan satu variabel kontrol untuk memenuhi prinsip kerja dari Direct Torque Control. Terdapat tiga variabel masukan untuk kontroler logika fuzzy, error stator fluk, error torsi elektromagnetik dan sudut stator fluk, kontroler logika fuzzy ini mempunyai satu keluaran yaitu vektor tegangan, skematik dari kontroler logika fuzzy dapat dilihat pada Gambar 5.

IM Estimator Fluk dan

Torsi Kontroller Logika Fuzzy Inverter Vdc + + -ψRef ψEst TRef TEst α Vs Teror ψeror Kontrol Kecepatan PI + -WrRef WrAkt

Gambar 3 Skematika dari Direct Torque Control dengan

kontroler logika fuzzy

Kontroller Logika Fuzzy

ψeror

Teror Vs

α

Gambar 5 Skematik kontroler logika fuzzy A. Fungsi keanggotaan fluk error

Fungsi keanggotaan error fluk terdiri dari tiga himpunan fuzzy yaitu negatif(N), nol(Z) dan positif(P), seperti yang ditunjukkan pada Gambar 6.

0 0.01 -0.01 P Z N ψ µ

Gambar 6 Fungsi keanggotaan fluk error

B. Fungsi keanggotaan torsi error elektromagnetik

Fungsi keanggotaan error torsi elektromagnetik terdiri dari lima himpunan fuzzy yaitu negatif besar(NB), negatif sedang(NS), nol(Z), positif sedang(PS) dan positif besar(PB), seperti yang ditunjukkan pada Gambar 7.

0 5/2 -5/2 PS Z NS 5 -5 NB PB T µ

Gambar 7 Fungsi keanggotaan torsi error C. Fungsi keanggotaan Sudut Fluk Stator

Fungsi keanggotaan sudut fluk stator terdiri dari duabelas himpunan fuzzy yaitu θ1 sampai dengan θ12

12 π 12 3π 12 5π 12 7π 12 9π 12 11π 12 13π 12 15π 12 17π 12 19π 12 21π 12 23π rad 12 π 12 3π -α µ 1 α α2 α3 α4 α5 α6 α7 α8 α9 α10 α11 α12 seperti yang ditunjukkan pada Gambar 8.

Gambar 81 Fungsi keanggotaan sudut fluk stator D. Fungsi keanggotaan Vektor Tegangan

Vektor tegangan terdiri dari tujuh himpunan keanggotaan yang menunjukkan tegangan yang aktif pada inverter. Fungsi keanggotaannya terdiri dari 𝑉𝑉�1 (100); 𝑉𝑉�2 (110); 𝑉𝑉�3 (010); 𝑉𝑉�4 (011); 𝑉𝑉�5 (001); 𝑉𝑉�6 (101), dan vektor

tegangan bernilai nol 𝑉𝑉�0 (000); 𝑉𝑉�7 (111) seperti yang

ditunjukkan pada Gambar 9. 1 V V 2 V V3 V4 V5 V6 V7 0 V 1 2 3 4 5 6 7 8 V µ

Gambar 9 Fungsi keanggotaan vektor tegangan

E. Fuzzy Control Rules Base

Ketentuan kontrol fuzzy dapat disimpulkan dari diagram vektor tegangan listrik di Gambar 3.7. misalnya, posisi sudut fluk α berada pada daerah α2

V1 V2 V3 V4 V6 V5 S12 S1 S10 S11 S8 S9 S3 S2 S5 S4 S7 S6 ) , ( 3FldThi V ) , ( 2FhiTli V ) , ( 1FhiTld V ) , ( 6FliThd V ) , ( 5FhdTld V ) , ( 4FhdTli V ) , ( 3FhdTli V V2(Fli,Thi) ) , ( 1FhdTli V ) , ( 6FhiTld V ) , ( 5FldThd V ) , ( 4FhdTld V

: “kalau kontrol diinginkan adalah untuk membuat torsi menyusut perlahan dan fluks bertanbah dengan cepat, kemudian keputusan diinginkan adalah V1”.

(4)

Tujuan dari DTC adalah menjaga fluk pada level tertentu saat menjaga torsi yang responnya cepat. Jika dibentuk kedalam Rule base, maka terdapat 180 aturan seperti yang ditunjukkan pada Tabel 1.

Tabel 1 Tabel kontrol fuzzy vektor tegangan

eψ eT θ1 θ2 θ3 θ4 θ5 θ6 θ7 θ8 θ9 θ10 θ11 θ12 P PB V2 V3 V3 V4 V4 V5 V5 V6 V6 V1 V1 V2 PS V2 V2 V3 V3 V4 V4 V5 V5 V6 V6 V1 V1 Z V0 V7 V7 V0 V0 V7 V7 V0 V0 V7 V7 V0 NS V1 V1 V2 V2 V3 V3 V4 V4 V5 V5 V6 V6 NB V6 V1 V1 V2 V2 V3 V3 V4 V4 V5 V5 V6 Z PB V2 V3 V3 V4 V4 V5 V5 V6 V6 V1 V1 V2 PS V2 V3 V3 V4 V4 V5 V5 V6 V6 V1 V1 V2 Z V7 V0 V0 V7 V7 V0 V0 V7 V7 V0 V0 V7 NS V7 V0 V0 V7 V7 V0 V0 V7 V7 V0 V0 V7 NB V6 V1 V1 V2 V2 V3 V3 V4 V4 V5 V5 V6 N PB V3 V4 V4 V5 V5 V6 V6 V1 V1 V2 V2 V3 PS V4 V4 V5 V5 V6 V6 V1 V1 V2 V2 V3 V3 Z V7 V7 V0 V0 V7 V7 V0 V0 V7 V7 V0 V0 NS V5 V5 V6 V6 V1 V1 V2 V2 V3 V3 V4 V4 NB V5 V6 V6 V1 V1 V2 V2 V3 V3 V4 V4 V5 Setiap aturan kontrol dari Tabel 2 dapat dideskripsikan

menggunakan masukan error torsi(eT), error fluk(eψ), sudut

fluk(α) dan vektor tegangan(V) seperti di tunjukkan pada persamaan 3.3.

Ri : if eψ is ψi and eT is Ti and α is αi then v is Vi. Dimana ψi, Ti dan θi merupakan fungsi keanggotaan dari eψ, eT dan α.

F. Fuzzy Inferences

Inference rule yang digunakan adalah Mamdani yang berdasarkan min-max. Dengan fungsi keanggotaan μψ, μT, μα

( ) ( ) ( )

(

µ ψ µ µ α

)

β_i =min _ψ_i e , _Ti eT , _θ_i

and μV persamaan yang digunakan 3.4 dan 3.5.

(17)

( )

(

V

)

V i Vi Vi β µ µ' ( )=min , (18)

metode defuzzifikasi yang digunakan adalah haraga rata-rata maksimum (MOM), dengan metode ini niali keluaran dari fuzzy digunakan sebagai sinyal kontrol pemilihan tegangan yang aktif pada inverter.

V

( )

V max_i

(

'Vi

( )

V

)

180

1 µ

µ = ₌ (19)

II.4. Sistem Penggerak Kendaraan Elektrik dan Permodelan Diferensial Elektronik

Struktur dari kendaraan diadaptasi dari suatu kendaraan dengan dua roda penggerak yang saling independen. Diferensial Elektronik digunakan dalam sistem traksi untuk kendaraan listrik digerakkan langsung oleh dua roda yang didasarkan pada Direct Torque Fuzzy Control (DTFC) untuk masing–masing roda motor seperti ditunjukkan pada Gambar 11. Dengan demikian, Diferensial Elektronik harus memperhatikan perbedaan kecepatan antara dua roda penggerak saat berbelok. Sistem menggunakan kecepatan kendaraan dan sudut kemudi sebagai parameter input dan menghitung kecepatan dalam dan luar roda yang diperlukan dimana dua roda belakang dikontrol secara independen.

kgear * δ kgear v * ω PI DTFC1 PI DTFC2 E S11_L S12_L S21_L S22_L S31_L S32_L S11_R S21_R S31_R S32_R S12_R S22_R R inv i_ b i L inv i _ MR ML r em T r gear T R r Ω R m _ ω * r em T * l em T * R r ω * L r ω * M r ω * M l ω M r ω M l ω + -+ + l em T l gear T R l Ω +

-Roda Kemudi Pedal Gas

Diferensial Elektronik

Gambar 11 Blok Diagram Sistem Penggerak Traksi Pemodelan Diferensial Elektronik

Gambar 12.a menunjukkan struktur kendaraan yang

menggambarkan suatu kurva, dimana Lw mewakili

wheelbase, δ merupakan sudut kemudi (sterring whell), dw merupakan jarak antara roda dengan as rodadan ωR dan ωL

(a) (b)

secara berurutan merupakan kecepatan angular dari roda penggerak kanan dan kiri.

Gambar 12 (a) Desain Model Kendaraan yang menggambarkan Suatu Kurva (b) Struktur Dari Diferensial

Elektronik

Berdasarkan Gambar 12.a, kecepatan linier dari setiap roda penggerak dinyatakan sebagai fungsi dari kecepatan kndaraan dan jari-jari kurva yang dapat dijelaskan pada persamaan (2.48) dan (2.29).

𝒗𝒗𝑳𝑳= 𝝎𝝎𝒗𝒗�𝑹𝑹 +𝒅𝒅_𝟐𝟐𝝎𝝎� (𝟐𝟐𝟐𝟐)

𝒗𝒗𝑹𝑹= 𝝎𝝎𝒗𝒗�𝑹𝑹 −𝒅𝒅_𝟐𝟐𝝎𝝎� (𝟐𝟐𝟐𝟐)

Jari-jari kurva tergantung pada jarak roda (wheelbase) dan sudut kemudi (sterring angle):

𝑹𝑹 = 𝑳𝑳𝝎𝝎

𝒕𝒕𝒕𝒕𝒕𝒕 𝜹𝜹 (𝟐𝟐𝟐𝟐)

Substitusikan persamaan (22) kedalam persamaan (20) dan (21), di peroleh kecepatan angular dari setiap roda penggerak sebagai berikut:

𝝎𝝎𝒓𝒓_𝑳𝑳=𝑳𝑳𝝎𝝎+𝒅𝒅𝝎𝝎_𝑳𝑳/𝟐𝟐.𝒕𝒕𝒕𝒕𝒕𝒕 𝜹𝜹_𝝎𝝎 𝝎𝝎𝒗𝒗 (𝟐𝟐𝟐𝟐)

𝝎𝝎𝒓𝒓_𝑹𝑹=𝑳𝑳𝝎𝝎−𝒅𝒅𝝎𝝎_𝑳𝑳/𝟐𝟐.𝒕𝒕𝒕𝒕𝒕𝒕 𝜹𝜹_𝝎𝝎 𝝎𝝎𝒗𝒗 (𝟐𝟐𝟐𝟐)

Perbedaan kecepatan angular dari roda penggerak dinyatakan dalam persamaan (23). Sinyal dari sudut kemudi menandai arah kurva persamaan (24).

(5)

𝜟𝜟𝝎𝝎 = 𝝎𝝎𝒓𝒓_𝑳𝑳− 𝝎𝝎𝒓𝒓_𝑹𝑹 =𝒅𝒅𝝎𝝎/𝟐𝟐. 𝒕𝒕𝒕𝒕𝒕𝒕 𝜹𝜹_𝑳𝑳 𝝎𝝎 𝝎𝝎𝒗𝒗� 𝜹𝜹 > 0 ⇒ 𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇 𝑇𝑇𝑟𝑟𝑟𝑟ℎ𝑡𝑡 𝜹𝜹 = 𝟐𝟐 ⇒ 𝑺𝑺𝒕𝒕𝒓𝒓𝒕𝒕𝑺𝑺𝑺𝑺𝑺𝑺𝒕𝒕 𝒕𝒕𝑺𝑺𝒂𝒂𝒕𝒕𝒅𝒅 𝜹𝜹 < 0 ⇒ 𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇 𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑡𝑡

(𝟐𝟐𝟐𝟐) Ketika kendaraan tiba di awal kurva, pengendara mengaplikasikan sudut kemudi pada roda. Namun Diferensial Elektronik yang bekerja pada kedua motor mereduksi kecepatan dari roda bagian dalam, menambah kecepatan dari roda bagian luar. Pengemudian kecepatan angular roda adalah:

𝝎𝝎𝒓𝒓_𝑳𝑳∗ = 𝝎𝝎𝒗𝒗+𝜟𝜟𝝎𝝎_𝟐𝟐 (𝟐𝟐𝟐𝟐)

𝝎𝝎𝒓𝒓_𝑹𝑹∗ = 𝝎𝝎𝒗𝒗−𝜟𝜟𝝎𝝎_𝟐𝟐 (𝟐𝟐𝟐𝟐)

Kecepatan referensi dari kedua motor adalah:

𝝎𝝎𝒓𝒓_𝑳𝑳∗ = 𝒌𝒌𝑺𝑺𝒂𝒂𝒕𝒕𝒓𝒓𝝎𝝎𝒓𝒓_𝑳𝑳∗ (𝟐𝟐𝟐𝟐)

𝝎𝝎𝒓𝒓∗𝑹𝑹= 𝒌𝒌𝑺𝑺𝒂𝒂𝒕𝒕𝒓𝒓𝝎𝝎𝒓𝒓∗𝑹𝑹 (𝟐𝟐𝟐𝟐)

Dimana kgear

III. PERANCANGAN SISTEM

merupakan rasio gearbox.

Perancangan Direct Torque Fuzzy Control (DTFC) untuk Motor Induksi Tiga-Phasa sebagai Penggerak Roda Kendaraan Listrik dengan menggunakan program Matlab 7.8. Alur kerja yang dilakukan dalam perancangan ini adalah :

Tahap perancangan sistem dibagi menjadi beberapa bagian yang dilakukan secara runtun. Tahap pertama adalah merancang metode Direct Torque Fuzzy Control (DTFC) yang terdiri dari estimator, pemilihan vektor tegangan. Tahap kedua adalah perancangan kontroler kecepatan. Tahap ketiga adalah perancangan Diferensial.

III.1. Perancangan DTFC

Gambar 13 merupakan hasil rancangan DTFC pada Matlab. Dari diagram DTFC terdapat beberapa blok yang perlu dirancang seperti estimator fluk, torsi dan sudut fluk, kontrol PI, kontroler logika fuzzy dan pemilihan vektor tegangan.

Gambar 13 Simulasi DTFC pada motor induksi III.2. Perancangan Diferensial Elektronik

Sistem penggerak traksi dari kendaraan listik yang digunakan sistem penggerak multi (multy drive system). Untuk itu perlu ditambahkan dan dikonfigurasikan dengan Diferensial Elektronik sehingga dapat memiliki fungsi yang sama seperti diferensial mekanik. Blok diagram dari Diferensial Elektronik seperti pada Gambar 14. terdapat dua masukan yaitu sudut kemudi (steering angle) dan pedal gas (accelerator) dan keluaran yang dihasilkan adalah musukan yang digunakan untuk kecepatan referensi untuk roda kanan dan kiri.

Gambar 14 Blok simulasi Diferensial Elektronik

Dengan :

Wv = pedal gas (accelerator)

d = sudut kemudi (steering wheel)

W_lR = referensi kecepatan untuk roda kiri W_rR = referensi kecepatan untuk roda Kanan

III.3. Perancangan Sistem secara Keseluruhan

Perancangan sistem secara keseluruhan yang merupakan penggabungan dari bagian-bagian yang telah dikerjakan sebelumnya. Blok dari perancangan secara keseluruhan ditunjukkan pada Gambar 15.

Gambar 15 Sistem Secara Keseluruhan IV. HASIL DAN ANALISA

IV.1. Pengujian Sistem DTFC

Pada pengujian DTFC, nilai fluk referensi dan kecepatan referensi adalah 0,8 Wb dan 1600 RPM. Hasil simulasi sistem seperti pada Gambar 16 dan Gambar 17. Dari grafik pada Gambar 16. tampak bahwa keluaran kecepatan motor mencapai keadaan tunak pada saat t = 2,2 detik. Begitu juga saat diberi beban saat t = 2,5 detik, respon kecepatan mengalami penurunan, kemudian perlahan menuju referensi kecepatan yang diberikan.

Gambar 16 Respon kecepatan DTFC untuk beban 100Nm Three-phase inverter Discrete, Ts = 2e-005 s. powergui Sw itching State Fluk Est Gates MagC

Voltage State Selector

Torsi Elektromagnetik Torsi Beban m N Rad2Rpm I_ab V_abc Ta Tb Tc V_Com Mta Mtb Mtc Measures Fluk Eror Torsi Eror Sudut Fluk Sitching State

Kontroler Logika Fuzzy Kec Ref Kec Aktual MagC Torsi Ref Kontrol Kecepatan PI Kecepatan Rotor Kecepatan Ref g A B C + -Tm m A B C Induction Machine -K-Fluk Ref V_abc I_AB Sudut Fluk Torsi Est Fluk Est

Estimator Torsi & Fluk

<Rotor speed (wm)> <Electromagnetic torque Te (N*m)> 2 W_rR 1 W_lR dw/Lw Kg Kg 1/2 tan(u(1)) 2 d 1 Wv Discrete, Ts = 2e-005 s. powergui Torsi Elektromagnetik Sterring Wheel Load Torque R Load Torque L Kecepatan Rotor Kecepatan Referensi Wv d W_lR W_rR Electronic Differential SP Mec_T Kecepatan Rotor Torsi Elektromagnetik DTFCR Mec_T SP Kecepatan Rotor Torsi Elektromagnetik DTFCL Accelerator 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 Waktu (s) K ec epat an R ot or ( rpm ) Kecepatan Rotor DTC DTFC

(6)

Dari Gambar 17 terlihat torsi starting bernilai 150 Nm dengan rippel torsi sebesar 40Nm untuk DTC dan 30Nm untuk DTFC. Pada keadaan tunak, torsi elektromagnetik bernilai 0 Nm dengan ripple torsi sebesar 40Nm untuk DTC dan 30Nm untuk DTFC. Kemudian pada saat t = 2,5 detik torsi elektromagnetik naik menjadi 100Nm dan memiliki ripple torsi sebesar 40Nm untuk DTC dan 50Nm untuk DTFC.

Gambar 17 Respon torsi DTFC pada beban 100Nm IV.2. Pengujian Sistem Untuk Keadaan Berbelok Kiri

Pada pengujian ini dilakukan dengan memberi referensi pedal gas = 80 Km/jam dan sudut kemudi 0o, 25o dan 0o saat t =0, 1 dan 1.6 detik, sedangkan torsi beban yang diberikan 0Nm pada motor kanan maupun kiri. Hasil dari simulasi ditunjukkan pada Gambar 18 yang merupakan respon kecepatan rotor untuk roda kanan dan roda kiri dan juga respon torsi elektromagnetik yang ditunjukan pada Gambar 19 untuk roda kanan dan roda kiri.

Gambar 18 Respon kecepatan sistem penggerak berbeban

Dari Gambar 18 dapat diketahui respon kecepatan mencapai dalam keadaan tunak saat t = 0,67 detik. Kecepatan rotor untuk roda kanan dan kiri sama yaitu 576rpm, hal ini menunjukkan kendaraan sedang berjalan pada jalur yang lurus dengan kecepatan konstan. Saat t = 1 detik kecepatan rotor pada roda kiri turun sampai 511rpm, Sedangkan kecepatan rotor pada roda kanan naik sampai 640rpm, hal ini

disebabkan pada saat t = 1 detik sudut kemudi bernilai 25o

yang berarti kendaraan berbelok ke kiri sebesar 25o.

Kemudian saat t = 1,6 detik, sudut kemudi diubah menjadi 0o Pada Gambar 19 dapat diketahui respon torsi elektromagnetik pada saat berbelok mengalami perubahan baik untuk roda kanan dan kiri, hal ini disebabkan perubahan

referensi kecepatan yang diberikan, sehinggan motor membangkitkan torsi untuk memenuhi torsi yang dibutuhkan.

.

Gambar 19 Respon torsi sistem penggerak berbeban IV.3. Pengujian Sistem Untuk Keadaan Berbelok Kanan

Pada pengujian ini dilakukan dengan memberi referensi pedal gas = 80 Km/jam dan sudut kemudi 0o, -25o dan 0o saat t =0, 1 dan 1.6 detik, sedangkan torsi beban yang diberikan 0, 100 dan 50Nm pada motor kiri dan 0, 50 dan 200Nm saat t = 0, 1 dan 1.5 detik. Hasil dari simulasi ditunjukkan pada Gambar 20 yang merupakan respon kecepatan rotor untuk roda kanan dan roda kiri dan juga respon torsi elektromagnetik yang ditunjukan pada Gambar 21 untuk roda kanan dan roda kiri.

Dari Gambar 20 dapat diketahui respon kecepatan mencapai dalam keadaan tunak saat t = 0,67 detik. Kecepatan rotor untuk roda kanan dan kiri sama yaitu 576rpm, hal ini menunjukkan kendaraan sedang berjalan pada jalur yang lurus dengan kecepatan konstan. Saat t = 1 detik kecepatan rotor pada roda kanan turun sampai 511rpm, Sedangkan kecepatan rotor pada roda kiri naik sampai 640rpm, hal ini disebabkan pada saat t = 1 detik sudut kemudi bernilai -25o

yang berarti kendaraan berbelok ke Kanan sebesar 25o.

Kemudian saat t = 1,6 detik, sudut kemudi diubah menjadi 0o

Gambar 20 Respon kecepatan sistem penggerak berbeban

.

Pada Gambar 21 dapat diketahui respon torsi elektromagnetik pada saat berbelok mengalami perubahan baik untuk roda kanan dan kiri, hal ini disebabkan perubahan referensi kecepatan yang diberikan, sehinggan motor membangkitkan torsi untuk memenuhi torsi yang dibutuhkan, baik untuk menurunkan kecepatan maupun menaikkan kecepatan. Disamping itu juga ada perbedaan respon torsi

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 -50 0 50 100 150 200 250 Waktu (s) T or s i E lek tr om agnet ik ( N m ) Torsi Elektromagnetik DTC DTFC 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 0 100 200 300 400 500 600 700 800 Waktu (s) K ec epat an R ot or ( rpm ) Kecepatan Rotor Motor Kiri Motor Kanan 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 -200 -150 -100 -50 0 50 100 150 200 250 Torsi Elektromagnetik Waktu (s) T or s i E lek tr om agnet ik ( N m )

Motor Kiri Motor Kanan

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 0 100 200 300 400 500 600 700 800 Waktu (s) K ec epat an R ot or ( rpm ) Kecepatan Rotor Motor Kiri Motor Kanan

(7)

antara motor kanan dan kiri, hal ini disebabkan adanya pembebanan yang berbeda pada masing-masing motor.

Gambar 21 Respon torsi sistem penggerak berbeban V. KESIMPULAN

Pengaturan kecepatan metode DTFC pada motor induksi daya 37KW memberikan respon kecepatan yang mencapai keadaan tunak 1605 rpm dengan nilai time constant 1,13 Dan dengan waktu delay 0.007 detik. Error keadaan tunak dari kecepatan yang dihasilkan 0,31%.Respon torsi yang dihasilkan DTFC memiliki ripple yang lebih kecil jika dibandingkan dengan DTC, yaitu 30Nm untuk DTFC dan 40Nm untuk DTC.

Direct Torque Control yang menggunakan kontrol logika fuzzy sebagai pengganti switching tabel dan komparator histerisis, mempunyai performasi yang lebih baik dari pada Direct Torque Control konvensional. Sistem penggerak yang dirancang dapat bekerja dengan baik, baik saat berjalan lurus, berbelok maupun dengan torsi beban yang berbeda pada masing-masing roda.

III. DAFTAR PUSTAKA

1. Elwer, Ayman Saber, A Novel Technique for Tuning PI-Controllers in Induction Motor Drive Systems for Electric Vehicle Applications, Journal of Power

Electronics, Vol. 6, No. 4, October 2006.

2. Jawad Faiz, Mohammad Bagher Bannae Sharifian, Ali Keyhani, and Amuliu Bogda Proca, Sensorless Direct Torque Control of Induction Motors Used in Electric Vehicle, IEEE TRANSACTIONS ON ENERGY

CONVERSION, VOL. 18, No. 1, Maret 2003.

3. Pujol, Antoni Arias, Improvements In Direct Torque

Control Of Induction Motor, Tesi doctoral presentada

per a, Terrassa, Novembre 2000.

4. K. Bose, Bimal, Modern Power Electronics and AC Drive, Prentice Hall, 2002.

5. Kada Hartani, Mohamed Bourahla, Yahia Miloud, Mohamed Sekour, Electronic Differential with Direct Torque Fuzzy Control for Vehicle Propulsion System,

Turk J Elec Eng & Comp Sci, Vol.17, No.1, Turk.

2009.

6. M. Vasudevan dan R. Arumugam, High – Performance Adaptive Intelligent Direct Torque Control Schemes For Induction Motor Drives, KMITL Sci. Tech. J. Vol.

5 No. 3 Jul.-Dec. 2005, Chennai, Tamilnadu, India.

2005.

7. R.Toufouti , S.Meziane dan H. Benalla, Direct Torque

Control For Induction Motor Using Intelligent

Techniques, Journal of Theoretical and Applied

Information Technology, Algeria, 2007.

8. Soufin Gdaim, Abdellatif Mtibaa, dan Mohammed

Faouzi Mimouni, Direct Torque Control of Induction Machine based on Intelligent Techniques, International

Journal of Computer Applications, Volume 10– No.8,

November 2010, Tunisia.

9. Totok.M.S.Soegandi dan Masrah, Mobil Listrik Sebagai

Alat Transportasi Ramah Lingkungan, Berita Ilmu

Pengetahuan dan Teknologi, No. 3, 2002

10. Toufuti Riad, Meziane Salima, dan Benalla Hocine, Direct Torque Control Strategy of Induction Motor,

Acta Electrotechnica et Informatica, No.1, Vol.7,

2007.

11. Wahab Abdul H.F dan Sanusi H., Simulink Model of Direct Torque Control of Induction Machine,

American Journal of Applied Science, 2008.

12.

Wahjono Endro dan Soebagio, Fuzzy Logic Direct

Torque Control Untuk Motor Induksi Yang Digunakan pada Kendaraan Listrik, Seminar Nasional Aplikasi

Teknologi Informasi, 20, Juni 2009. DAFTAR RIWAYAT HIDUP

Mohammad Idrus Al Afkal, lahir di Sidoarjo pada tanggal 04 Juli 1986, merupakan putra ketiga dari pasangan Bapak Chusaini dan Ibu Maria Ulfa. Setelah lulus dari SMA Negeri 1 Krembung tahun 2004, melanjutkan studi di Jurusan Teknik Elektro, Politeknika Elektronika Negeri Surabaya - Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS). Tahun 2008 kemudian bekerja selama 2 bulan. Pada tahun 2009 terdaftar sebagai mahasiswa lintas jalur Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS), Jurusan Teknik Elektro dengan Bidang Studi Teknik Sistem Pengaturan. Selama studi, penulis aktif menjadi asisten praktikum sistem pengaturan analog, sistem pengaturan digital maupun otomasi sistem. Penulis mengikuti seminar dan ujian tugas akhir di Bidang Studi Teknik Sistem Pengaturan, Jurusan Teknik Elektro, ITS Surabaya sebagai salah satu persyaratan untuk memperoleh gelar Sarjana

Teknik Elektro. Email penulis adalah [email protected]

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 -100 0 100 200 300 400 Torsi Elektromagnetik Waktu (s) T or s i E lek tr om agnet ik ( N m )