Prosiding NCIET Vol.2 (2021) B105 – B113
2nd National Conference of Industry, Engineering and Technology 2021, Semarang, Indonesia.
SISTEM PENGENDALIAN KECEPATAN MOTOR DC MENGGUNAKAN FUZZY LOGIC
Yun Tonce Kusuma Priyanto 1)*,Yanuar Mahfudz Safarudin2), Andhika Giyantara1)
1Jurusan Teknik Teknologi Industri dan Proses, Institusi Teknologi Kalimantan Jl. Soekarno Hatta No.KM 15, Karang Joang, Kec. Balikpapan Utara
Kota Balikpapan, Kalimantan Timur 76127
2Jurusan Teknik Mesin, Politelnik Negeri Semarang
Jl. Prof. Sudarto, Tembalang, Kec. Tembalang, Kota Semarang, Jawa Tengah 50275
*E-mail: [email protected]
Abstrak
Motor DC merupakan jenis motor yang paling banyak digunakan dalam kehidupan sehari-hari.
Kelebihannya adalah memiliki torsi yang tinggi, tidak memiliki kerugian daya reaktif, dan tidak menimbulkan harmonisa pada sistem tenaga listrik yang mensuplainya. Terdapat banyak metode yang dapat digunakan untuk mengontrol kecepatan motor DC tetapi memiliki beberapa kelemahan salah satunya yaitu tidak dapat mengontrol sistem yang memiliki orde yang lebih tinggi. Untuk mengatasi kelemahan ini digunakan metode fuzzy logic.Perancangan sistem pengendalian motor DC metode fuzzy logic menggunakan aplikasi MATLAB dengan menggunakan program toolbox serta melakukan pemrograman agar tercipta fuzzy logic sesuai dengan rules yang diberikan. Input yang diberikan sebanyak 2 yaitu kecepatan dan jarak dengan output berupa PWM dengan 5 kondisi yaitu sangat pelan, pelan, sedang, cepat, dan sangat cepat. Hasil yang diperoleh menunjukkan bahwa pada grafik fuzzy logic ketika kecepatan lambat dan jarak sangat dekat maka PWM menjadi sangat pelan. Sebaliknya, jika kecepatan sangat cepat dan jarak sangat jauh maka PWM menjadi sangat cepat,misalkan jika kecepatan ialah 285 rpm dan jarak ialah 7.05 cm,maka PWM ialah 14.2 %.
Kata Kunci: Fuzzy logic, Jarak, Kecepatan
PENDAHULUAN
Motor DC (Direct Current) atau motor arus searah termasuk dalam kategori jenis motor yang paling banyak digunakan baik dalam lingkungan industri, peralatan rumah tangga, mainan anak-anak, ataupun sebagai piranti pendukung sistem instrumen elektronik.
Kelebihan motor DC adalah memiliki torsi yang tinggi, tidak memiliki kerugian daya reaktif dan tidak menimbulkan harmonisa pada sistem tenaga listrik yang mensuplainya(Sumanto.1995).
Ada beberapa metode dalam kontrol secara konvensional sering dipergunakan untuk mengendalikan kecepatan motor DC yaitu menggunakan kontroler proportional (P), integral (I), derivative (D) ataupun gabungan dari ketiga kontroler tersebut. Untuk sistem orde satu, pengaturan konstanta-konstanta PID cukup mudah untuk dilakukan. Namun, untuk sistem orde dua dan di atasnya, pengaturan konstanta-konstanta PID sangat sulit dilakukan dan memerlukan tenaga ahli atau berpengalaman dalam melakukannya (Qory.2016).
Untuk mengatasi kelemahan tersebut, dikembangkan sistem kendali modern dengan memanfaatkan perangkat lunak untuk mengatur watak pengendalinya, salah satuya ialah sistem kendali dengan logika fuzzy. Dalam merancang sistem control logika fuzzy terdapat tiga proses yaitu fuzzifikasi (fuzzification), evaluasi rule (rule evaluation), dan defuzzifikasi (defuzzification). Berdasarkan hal tersebut, diperlukan sistem pengendalian motor DC menggunakan logika fuzzy untuk mempermudah proses kendali yang fleksibel tanpa harus melibatkan model matematis yang rumit dari plan yang akan dikendalikan(Qory.2016).
LANDASAN TEORI A. Fuzzy Logic
Fuzzy logic adalah cabang dari matematika dengan bantuan komputer memodelkan dunia nyata seperti yang dilakukan manusia. Fuzzy logic meformulasikan masalah menjadi lebih mudah, mempunyai presisi yang tinggi, dan solusi yang akurat. Fuzzy logic menggunakan dasar pendekatan hukum-hukum untuk mengontrol sistem dengan bantuan model matematika (Budiharto, 2014).
Fuzzy logic pertama kali diperkenalkan oleh Prof. Lotfi A. Zadeh pada tahun 1965. Zadeh berpendapat bahwa logika benar dan salah dalam logika konvensional tidak dapat mengatasi masalah gradasi yang berada pada dunia nyata. Untuk mengatasi masalah gradasi yang tidak terhingga tersebut, Zadeh mengembangkan suatu fungsi yang menyatakan derajat kesesuaian unsur-unsur dalam semestanya dengan konsep syarat keanggotaan himpunan tersebut. Fungsi ini disebut fungsi keanggotaan (membership function) dan nilai fungsi tersebut disebut sebagai derajat keanggotaan suatu unsur dalam himpunan yang selanjutnya disebut himpunan fuzzy. Fuzzy logic merupakan suatu metode pengambilan keputusan berbasis aturan yang digunakan untuk memecahkan keabu-abuan masalah pada sistem yang sulit dimodelkan atau memiliki ambiguitas atau multi-nilai logika. Tidak seperti logika boolean, fuzzy logic mempunyai nilai yang kontinyu. Samar dinyatakan dalam derajat dari
suatu keanggotaan dan derajat dari kebenaran. Oleh sebab itu sesuatu dapat dikatakan sebagian benar dan sebagian salah pada waktu yang sama (Kusumadewi, 2004).
Fuzzy logic memiliki banyak kelebihan yaitu dapat mengontrol sistem yang kompleks, non-linier, dan sistem yang sulit direpresentasikan secara sistematis. Terdapat beberapa alasan menggunakan fuzzy logic antara lain konsep fuzzy logic mudah dimengerti karena konsep matematis yang mendasari penalaran fuzzy logic sangat sederhana dan mudah dimengerti, mampu memodelkan fungsi-fungsi non-linier yang sangat kompleks, didasarkan pada bahasa alami, fleksibel, dan dapat bekerja sama dengan teknik-teknik kendali secara konvensional (Budiharto, 2014).
B. Motor DC
Motor DC ialah suatu mesin yang berfungsi mengubah tenaga listrik arus searah (listrik DC) menjadi tenaga atau tenaga mekanis dimana tenaga gerak tersebut berupa putaran dari rotor (Sumanto, 1995).
Motor DC digunakan pada penggunaan khusus dimana diperlukan penyalaan torsi yang tinggi atau percepatan yang tetap untuk kisaran kecepatan yang luas. Sumber tegangan DC digunakan pada kumparan medan untuk diubah menjadi energi mekanik. Kumparan medan pada motor DC disebut stator (bagian yang tidak berputar) dan kumparan jangkar disebut rotor (bagian yang berputar). Jika terjadi putaran pada kumparan jangkar dalam pada medan magnet, maka akan timbul tegangan (GGL) yang berubah-ubah arah pada setiap setengah putaran, sehingga merupakan tegangan bolak-balik (Zuhal, 1988).
Pada prinsipnya motor listrik DC menggunakan fenomena elektromagnetik untuk bergerak, ketika arus listrik diberikan ke kumparan, permukaan kumparan yang bersifat utara akan bergerak menghadap ke magnet yang berkutub selatan 5 dan kumparan yang bersifat selatan akan bergerak menghadap ke utara magnet (Zuhal, 198 8).
Pada motor arus searah lilitan magnet dibagi menjadi dua jenis yaitu motor arus searah penguat terpisah dan motor arus searah penguat sendiri. Motor arus searah dengan penguat sendiri adalah motor yang arus penguat magnetnya berasal dari motor itu sendiri. Sedangkan, motor arus searah penguat terpisah adalah motor yang arus penguat magnetnya diperoleh dari sumber arus searah di luar motor. Pada motor arus searah penguat sendiri dibagi menjadi beberapa jenis motor yaitu motor lilitan seri, motor lilitan shunt, dan motor lilitan kompon (Morris, 2001).
C. Pulse Width Modulation
PWM adalah kepanjangan dari Pulse Width Modulation atau dalam bahasa Indonesia dapat diterjemahkan menjadi modulasi lebar pulsa. Jadi pada dasarnya, PWM adalah suatu teknik modulasi yang mengubah lebar pulsa (pulse width) dengan nilai frekuensi dan amplitudo yang tetap. PWM dapat dianggap sebagai kebalikan dari ADC (Analog to Digital Converter) yang mengkonversi sinyal analog ke digital, PWM atau Pulse Width Modulation ini digunakan menghasilkan sinyal analog dari perangkat digital (contohnya dari mikrokontroller) (Tjolleng, 2017).
Pengaturan lebar pulsa modulasi atau PWM merupakan salah satu teknik yang ampuh yang digunakan dalam sistem kendali (control system) saat ini. Pengaturan lebar modulasi dipergunakan di berbagai bidang yang sangat luas, salah satu diantaranya adalah:
speed control (kendali kecepatan), power control (kendali sistem tenaga), measurementandcommunication (pengukuran atau instrumentasi dan telekomunikasi) (Morris,2001).
METODOLOGI PENELITIAN
A. Blok Diagram
Gambar 1. Blok Diagram Sistem Pengendalian Motor DC Menggunakan Fuzzy Logic
B. Ilustrasi Alat
Gambar 2. Ilustrasi Sistem Pengendalian Motor DC Menggunakan Fuzzy Logic
C. Cara Kerja Alat
Cara kerja dari sistem pengaturan kecepatan motor DC dengan menggunakan fuzzy logic metode Mamdani dengan memberikan input parameter berupa kecepatan yang ditentukan oleh user dan jarak antara sensor dengan titik tujuan sesuai keinginan. Proses selanjutnya yaitu fuzzifikasi dimana pada proses ini variabel nonfuzzy (variabel numerik)yang didapatkan dari masukan (input) berubah menjadi variabel fuzzy (variabel linguistik).
Gambar 3. Masukan (input) Berdasarkan Kecepatan
Gambar 4. Masukan (input) Berdasarkan Jarak
Setelah proses fuzzifikasi dilakukan, maka aturan (rules) akan diterapkan dan sistem akan berjalan sesuai kondisi masukan (input) yang diberikan.
Gambar 5. Fuzzy Rules Sistem pada Rule Editor MATLAB
Terakhir, proses defuzzifikasi dilakukan untuk mengubah kembali variabel fuzzy (variabel linguistik) menjadi variabel non fuzzy (variabel numerik) sehingga nilai tersebut dapat dibaca oleh mikrokontroler. Hasil defuzzifikasi pada sistem ini berupa PWM.
Gambar 6. Keluaran (output) Berdasarkan PWM
Dengan menggunakan metode fuzzy logic, maka kita dapat mengontrol kecepatan motor DC dari besarnya persentase PWM berdasarkan kondisi kecepatan yang diinginkan oleh user dan kondisi jarak sensor dengan titik tujuan.
I. HASIL DAN PEMBAHASAN
Setelah simulasi dilakukan, didapatkan hasil berupa grafik Rule viewer dan Surface Viewer sebagai berikut:
Gambar 7. Rule Viewer Pada MATLAB
Pada gambar tersebut merupakan Rule Viewer dari hasil yang ditampilan dari proses pembuatan Rule Editor. Dari gambar tersebut kita dapat melihat nilai tegas dari nilai 2 crips masukan yaitu kecepatan dan jarak serta 1 crips keluaran yaitu nilai PWM (Pulse Width Modulation), misalkan pada gambar tersebut jika kecepatan ialah 285 rpm dan jarak ialah 7.05 cm,maka PWM ialah 14.2 %.
Gambar 8. Surface Viewer pada MATLAB
Pada gambar tersebut dapat dilihat hasil surface dari desain pembuatan fuzzy pada pengendalian motor DC dimana sumbu X ialah kecepatan (RPM), sumbu Y ialah jarak (cm) dan sumbu Z ialah PWM (%). Surface berguna untuk melihat gambar pemetaan antara variabel-variabel input dan variabel-variabel output. Sketsa berwarna kuning merupakan nilai maksimum dari output dan sketsa berwarna hijau merupakan nilai minimum dari ouput.
KESIMPULAN
Setelah dilakukan percobaan simulasi sistem pengendalian motor DC menggunakan fuzzy logic didapatkan kesimpulan sebagai berikut:
1. Sistem pengaturan kecepatan motor DC dibuat dengan mendesain parameter dan range berdasarkan kecepatan dan jarak.
2. Setelah melakukan simulasi desain pengaturan kecepatan motor DC dengan menggunakan metode fuzzy logic didapatkan bahwa program akan menghitung secara otomatis besar Pulse Width Modulation pada motor DC berdasarkan kecepatan yang akan digunakan serta jarak antara sensor dengan titik tujuan.
3. Semakin jauh jarak alat simulasi dengan titik tujuan, maka PWM yang dihasilkan akan besar. Sedangkan ketika jarak alat simulasi dengan titik tujuan semakin dekat, maka PWM yang akan dihasilkan akan kecil hingga akhirnya menyentuh angka 0%.
4. Hasil data yang didapatkan setelah melakukan simulasi ialah ketika input kecepatan sebesar 632 rpm dan jarak sebesar 25 cm diproses oleh fuzzy logic akan menghasilkan PWM sebesar 29,9%.
5. Dari penelitian ini didapatkan bahwa nilai input minimum variabel kecepatan ialah 0 rpm, sedangkan nilai input minimum variabel jarak ialah 0 cm. Untuk nilai input maksimum variabel kecepatan ialah 2700 rpm, sedangkan nilai input maksimum variabel jarak ialah 50 cm.
REFERENSI
[1] Budiharto, Suhartono. (2014). Artificial Intellegence. Yogyakarta: C.V ANDI OFFSET.
[2] Kusumadewi, Sri, Purnomo H. (2004). Aplikasi Logika Fuzzy untuk Pendukung Keputusan.Yogyakarta: Penerbit Graha Ilmu
[3] Morris. (2001). Actuator Control Sensor and Robotics, Automated Manufacturing System. New York: Mc Graw Hill.
[4] Sumanto. (1995). Mesin Arus Searah. Yogyakarta: Andi Offset.
[5] Tjolleng, Amir. (2017). Pengantar Pemrograman MATLAB. Jakarta: Kompas Gramedia
[6] Zuhal. (1988). Dasar Teknik Tenaga Listrik dan Elektronika Daya. Jakarta:
Gramedia
[7] Qory Hidayati , Mikail Eko Prasetyo (2016). Pengaturan Kecepatan Motor DC dengan Menggunakan Mikrokontroler Berbasis Fuzzy-PID.Balikpapan:Politeknik Negeri Balikpapan
