1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Motor DC (Direct Current) Brushless atau disebut dengan Motor BLDC

(Brushless Direct Current Motor) sangat banyak digunakan dalam berbagai

macam aplikasi industri saat ini. Salah satu aplikasi penggunaannya yaitu pada

aplikasi belt conveyor. Belt conveyor menggunakan Motor BLDC karena memiliki

efisiensi tinggi, torsi yang tinggi, kecepatan yang tinggi dan dapat divariasikan, dan

biaya perawatan yang rendah dibandingkan penggunaan Motor DC atau Motor

Induksi. Penggunaan Motor BLDC pada belt conveyor diperlukan sebuah sistem

pengendalian yang tepat untuk mengendalikannya karena berperan penting dalam

proses produksi di industri. Contohnya pada industri semen yang menggunakan

penggerak belt conveyor di proses finish mill. Pada proses tersebut, belt conveyor

tidak dapat berjalan stabil dikarenakan pada saat material yaitu clinker 80%, trash

17% dan gypsum 3% berada di atasnya (Sari, 2010). Karena material yang turun

bisa mencapai 204 ton per jam, sehingga Motor BLDC sebagai penggerak harus

bisa berputar sesuai dengan kecepatan yang diharapkan agar belt conveyor tidak

bergerak menjadi semakin lambat atau semakin cepat (tidak stabil).

Bagaimanapun diperlukan suatu perancangan sistem pengendalian

kecepatan Motor BLDC pada aplikasi belt conveyor agar berjalan sesuai dengan

kecepatan yang diharapkan. Salah satu jenis pengendalian kecepatan Motor

BLDC adalah menggunakan kendali proportional – integral – derivative (PID).

Penggunaan tersebut karena struktur sederhana yang dapat dengan mudah

dipahami dan dilaksanakan. Kendali PID termasuk kendali konvensional atau

klasik yang masih populer di industri hingga saat ini karena efektifitasnya luar

biasa, implementasinya mudah dan aplikasinya sangat luas.

Masalah utama kendali PID adalah tala (tuning), yaitu menentukan nilai

parameter Kp, Ki dan Kd agar diperoleh performansi sistem yang optimal. Karena

perancangan penalaan kendali PID bersifat konseptual intuitif, tetapi akan sulit

2

dalam prakteknya, jika beberapa (dan sering bertentangan) tujuan seperti transien

pendek dan stabilitas tinggi yang harus dicapai (Ang, 2005). Umumnya proses

penalaan masih dilakukan dengan metode secara classical tuning yang dapat

memakan waktu. Perkembangan proses tuning PID diawali dengan

pengembangan metode penalaan konvensional, seperti Ziegler – Nichols, Chien –

Hrones – Reswick, Cohen – Coon, Astrom – Hagglund, Poulin – Pomerleau, dan

sebagainya. Tetapi, metode – metode ini kurang optimal karena menggunakan

asumsi sistem memiliki dinamika minimum, linear dan no-disturbance. Pada

kenyataannya penggunaan Motor BLDC pada aplikasi belt conveyor adalah

nonlinear, time-varying dan kompleks.

Perkembangan teknologi komputasi melahirkan metode komputasi lunak

yang membuka jalan baru bagi metode penalaan modern. Metode penalaan

modern ini dirancang untuk sistem yang kompleks, nonlinear, time-varying

seperti yang banyak ditemui di proses industri (Alridjajis, 2010). Salah satu

metode penalaan modern terbaru adalah Bacterial Foraging Optimization

Algorithm (BFOA) yang di usulkan oleh Passino (2010). BFOA merupakan

pendatang baru ke dalam keluarga algoritma optimasi yang terinspirasi dari alam.

Selama lebih dari lima dekade terakhir ini, algoritma optimasi seperti Genetic

Algorithm (GA), Evolutionary Programming (EP), Evolutionary Strategies (ES)

dan lainnya yang menarik inspirasi dari evolusi dan genetika alam telah

mendominasi bidang algoritma optimasi. Algoritma baru – baru ini yang

terinspirasi swarm alami seperti Particle Swarm Optimization (PSO), Ant Colony

Optimization (ACO) telah menemukan cara mereka ke dalam domain ini dan

membuktikan efektivitasnya.

1.2 Rumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang masalah yang ada, maka dirumuskanlah

permasalahan yang akan dibahas dalam penelitian ini adalah bagaimana

menerapkan komputasi lunak (soft computing) untuk mendapatkan nilai konstanta

penalaan kendali PID yang akan di implementasikan pada Motor DC Brushless

sebagai penggerak belt conveyor.

3

1.3 Batasan Masalah

Pada penelitian ini, diberikan beberapa batasan masalah yaitu:

a. Motor yang digunakan adalah Motor DC Brushless (Motor BLDC)

b. Belt conveyor digunakan hanya sebatas untuk mensimulasikan

kecepatan motor BLDC dan memberikan gangguan beban.

c. Sistem kendali kecepatan pada motor DC Brushless sebagai penggerak

belt conveyor menggunakan sistem kendali PID.

d. Sensor kecepatan ditempatkan pada Motor BLDC.

e. Dimensi kecepatan pada belt conveyor menggunakan rpm (revolutions

per minute).

f. Batas kecepatan maksimum belt conveyor adalah 150 rpm.

g. Batas beban maksimum pada belt conveyor adalah 1000 g.

h. Metode penalaan pengendalian PID menggunakan metode Bacterial

Foraging Optimization Algorithm (BFOA).

i. Pengujian dilakukan terhadap kendali kecepatan belt conveyor.

j. Hasil pengujian hanya melihat hasil tanggapan rise time, settling time,

overshoot dan steady-state error pada kecepatan belt conveyor.

1.4 Tujuan Penelitian

Tujuan yang ingin dicapai dalam penelitian ini adalah merancang

algoritma Bacterial Foraging Optimization yang digunakan untuk mendapatkan

konstanta parameter Kp, Ki dan Kd. Hal tersebut bertujuan untuk mendapatkan

hasil yang optimal pada proses penalaan (tuning) kendali PID Motor DC

Brushless sebagai penggerak belt conveyor agar menjaga kecepatan belt conveyor

menjadi stabil meskipun terdapat perubahan beban.

1.5 Manfaat Penelitian

Manfaat yang diharapkan dari penelitian ini adalah mampu memberikan

kontribusi mengenai tentang optimalisasi tuning pengendalian PID pada kendali

kecepatan Motor DC Brushless terutama yang di aplikasikan pada belt conveyor

atau aplikasi bidang industri lainnya.

4

1.6 Metodologi Penelitian

Metodologi dan alur pelaksanaan yang digunakan dalam penelitian ini

adalah sebagai berikut:

1) Menentukan topik yang akan dipilih dengan cara mengindentifikasi

masalah yang ada disertai konsultasi dengan dosen pembimbing.

2) Dicari solusi dari masalah – masalah yang telah dipilih.

3) Pengumpulan data dilakukan dengan pengkajian dan pembelajaran lebih

lanjut terhadap sistem yang akan dibuat, yaitu dengan cara:

a. Studi literatur, yaitu mempelajari artikel, makalah, jurnal, karya

ilmiah, situs internet, serta buku – buku yang terkait dengan belt

conveyor, motor BLDC, metode algoritma Bacterial Foraging

Optimization, komunkasi serial Arduino dan Matlab/Simulink,

pemodelan tuning dan real-time monitor, dan sistem kendali.

b. Konsultasi dengan dosen pembimbing dan dosen lain yang sesuai

bidang mengenai rancangan sistem dan inovasi – inovasi yang

akan diterapkan.

4) Membuat belt conveyor, perancangan metode algoritma Bacterial

Foraging Optimization, perancangan model kendali pada motor BLDC

dengan Arduino dan Matlab/Simulink, membuat komunikasi serial

Arduino dan Simulink, dan perancangan sistem kendali PID menggunakan

metode algoritma Bacterial Foraging Optimization pada motor BLDC

sebagai penggerak belt conveyor.

5) Selanjutnya adalah simulasi penalaan (tuning) dan real – time monitor data

dari motor BLDC sebagai penggerak belt conveyor.

6) Pengambilan data – data pengujian yang akan di ambil hanyalah kecepatan

pada belt conveyor yang menggunakan motor BLDC.

7) Tahap terakhir adalah analisa data yang diperoleh. Dari proses ini dapat

ditarik kesimpulan dari hasil penelitian yang dilakukan.

1.7 Sistematika Penulisan

Garis besar penulisan laporan penelitian ini terdiri dari tujuh bab, yaitu:

5

BAB I PENDAHULUAN

Bab ini berisi penguraian tentang latar belakang dan permasalahan yang

dikaji, batasan masalah, tujuan, manfaat, metodologi penelitian yang dilakukan

serta sistematika penulisan laporan penelitian.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Bab ini berisi tentang penelitian – penelitian terdahulu seputar

pengendalian PID pada motor DC Brushless, metode BFOA dan hal – hal yang

berkaitan dengan sistem yang dibangun.

BAB III LANDASAN TEORI

Berisi penjelasan serta teori – teori yang berkaitan dengan sistem yang

diteliti dalam penelitian ini.

BAB IV ANALISIS DAN PERANCANGAN SISTEM

Berisi analisis dilakukannya penelitian yang dilakukan, serta perancangan

sistem yang dibuat, meliputi perancangan perangkat keras dan perangkat lunak.

BAB V IMPLEMENTASI SISTEM

Berisi tentang implementasi dari perancangan dalam bentuk nyata

terhadap kinerja perangkat keras dan perangkat lunak.

BAB VI HASIL DAN PEMBAHASAN

Berisi hasil pengujian sistem yang dilakukan meliputi pengamatan atas

kinerja perangkat keras dan perangkat lunak. Hasil pengujian kemudian di analisis

dan dibahas hasil beserta kinerjanya.

BAB VII PENUTUP

Berisi kesimpulan dari penelitian yang telah dilakukan serta saran – saran

pengembangan penelitian selanjutnya.