PENGONTROLAN FLUKS DAN TORSI PADA MOTOR INDUKSI …

JURNAL INOVTEK POLBENG, VOL. 07, NO. 2, NOVEMBER 2017 ISSN 2088-6225E-ISSN 2580-2798

139

PENGONTROLAN FLUKS DAN TORSI PADA MOTOR INDUKSI 3FASA MENGGUNAKAN METODE DIRECT TORQUE CONTROL(DTC) BERBASIS PI DAN FUZZY LOGIC CONTROLLERS (FLC)

M. Nur Faizi1, Marzuarman2

Politeknik Negeri BengkalisJl. BathinAlam, Sungai Alam, Bengkalis, Riau.

Email : [email protected]

Abstrak

Kontroler Proporsional Integral (PI) merupakan sebuah metode kontrol yang banyak diterapkan di bidang industri sampai saat ini. Kontroler ini memilikiparameter-parameter pengontrol, yaitu konstanta proporsional (Kp) dan konstanta integral (Ki). Pada metode PI konvensional, kedua parameter tersebutditurunkan dari perhitungan matematis. Kesulitan penalaan atau Tuning parameter-parameter tersebut akan ditemui bila plant yang dikendalikan adalahsistem dengan orde tinggi. Maka dari itu, diperlukan suatu metode penala PI yang lebih baik dan dapat diterapkan dalam sistem orde tinggi. Metodepenalaan PI dengan logika fuzzy dapat dilakukan secara otomatis tanpa melakukan pemodelan sistem. Pada metode ini nilai Kp dan Ki ditentukanberdasarkan sejumlah aturan-aturan yang ditetapkan oleh logika fuzzy. Input fuzzy berupa error dan delta error. Plant yang dikontrol adalah motor induksi3 fasa dengan metode Dierect Torque Control (DTC). Pada pengujian didapatkan hasil penalaan parameter PI dengan logika fuzzy mampu menghasilkantanggapan keluaran dengan rise time yang cepat, selisih tunak yang kecil, overshoot yang kecil, dan ketika sistem diberi gangguan, tanggapan keluaranakan tetap terjaga dalam kestabilan.

Kata Kunci - Kontroler Proporsional Integral, Plant, fuzzy, rise time, Tuning, Overshoot, Dierect Torque Control, Motor Induksi.

Abstract

Proportional Integral (PI) Controller is a method control which are widely applied in the field of industry until recently. This controller has a controlparameters, namely constants proportional (Kp) and constants integral (Ki). In the conventional PI method, both parameters derived from mathematicalcalculations. Difficulty tuning of the parameters will be encountered if plant which is controlled is a system of high orde. Therefore, need a better PI tuningmethods and can be applied in high orde system. PI tuning method with fuzzy logic can be done automatically without doing modeling system. In thismethod the value of Kp and Ki is determined based on a number of rules defined by fuzzy logic. Fuzzy input is error and delta error. The controlled plant isa 3 phase induction motor with Dierect Torque Control (DTC). In the test results obtained parameter tuning PI with fuzzy logic capable of generatingoutput responses with a fast rise time, difference a small steady, small overshoot, and when the system given a disturbance, the output response will remainintact in stability.

Keyword- Controller Proporsional Integral, Plant, fuzzy, rise time,Tuning, Overshoot, Dierect Torque Control, Induction Motor.

1. PENDAHULUAN

Secara umum salah satu metode pengaturanyang popular untuk pengaturan vektor adalahField Oriented Control (FOC) yangdiperkenalkan oleh F. Blaschke (Direct FOC)dan Hasse (Indirect FOC) diawal tahun 1970, dimana FOC dapat memberikan performa daneffisiensi tinggi untuk berbagai aplikasi industri.FOC bagus untuk menghasilkan performadinamik tinggi, ripple torsi dan fluks yangrendah, tapi FOC memiliki kekurangan, sepertimemerlukan pengaturan arus, membutuhkan 2koordianat transformasi dan sensitifitas

parameter mesin yang tinggi. Kekurangan inidapat dieliminasi menggunakan Direct TorqueControl (DTC) yang diusulkan oleh IsaoTakahashi dan Toshihiko Noguchi, pada tahun1980. Dibandingkan dengan FOC, DTC lebihsederhana dalam hal struktur, kebutuhankomputasi yang sedikit, efisiensi dan performayang tinggi [1].

Direct Torque Control (DTC) merupakansalah satu skema pengaturan berdasarkanpengaturan fluks stator dan torsi yangmemberikan respon cepat dan kokoh yang


140

diimplementasikan pada motor arus bolak-balik.DTC ini memiliki kelebihan antara lain lebihsederhana dan mempunyai performa dinamikyang baik serta tidak sensitif terhadapperubahan parameter, khususnya tahanan stator.Akan tetapi penggunaan DTC konvensionalmemiliki beberapa kekurangan yaitu dapatmenimbulkan fluktuasi ripple fluks dan torsiyang tinggi saat kondisi steady state [3].

Gambar 1. Klasifikasi Metode Pengontrolan MotorInduksi

Logika fuzzy dapat digunakan untuk menalaatau men-tuning parameter-parameter kendalikonvensional seperti kontrol PI, logika fuzzymenerapkan suatu sistem kemampuan manusiauntuk mengontrol sesuatu, yaitu dalam bentukaturan-aturan Jika–Maka (If–Then Rules),sehingga proses pengontrolan akan mengikutipendekatan secara linguistik. Pada penelitianini dirancang suatu sistem pengontrolan fluksdan torsi pada motor induksi 3 fasa denganmemanfaatkan Simulink MATLAB. Metode PIsebagai kontroler, dan logika fuzzy sebagaimetode penala konstanta kontrol PI dengantujuan mendapatkan respon sistem yang baikyaitu rise time yang cepat dan overshoot yangminimal.

2. METODE2.1 Kendali PI (Propotional Intergral)

Untuk dapat mengimplementasikan sistem kontrolPI pada komputer, PI harus diubah ke dalam persamaandiskrit. Gambar 2 adalah blok sistem aksi kontrol PI [2].

Gambar 2. Diagram Blok Aksi Kontroler PI

Pengolahan parameter-parameter PImenjadi konstanta-konstanta pengendaliansecara diskrit sesuai dengan penjelasanperhitungan berikut. Berdasarkan Persamaan 1dan dengan menggunakan TransformasiLaplace, didapatkan persamaan PI dalamkawasan s sebagai berikut.

(1)

Persamaan 1 diubah kembali ke kawasan waktu,sehingga menjadi :

(2)

Persamaan 2 diubah ke dalam bentuk diskrit,digunakan Persamaan backward difference, dimana:

dan

Sehingga Persamaan (2) menjadi:

(3)

Persamaan 3 menunjukkan persamaanpengendali PI dalam bentuk diskrit. DariPersamaan 3 dapat diketahui bahwa pengendali

SP

KP

KP/TiS

Plant+

-

+

+

PV

COe


141

PI menggunakan konstanta-konstantapengendalian sebagai berikut:

(4)dengan

(5)

(6)

2.2 Logika FuzzyFuzzy berarti samar, kabur atau tidak jelas. Fuzzy

adalah istilah yang dipakai oleh Lotfi A Zadeh padabulan Juli 1964 untuk menyatakan kelompok/himpunanyang dapat dibedakan dengan himpunan lain berdasarkanderajat keanggotaan dengan batasan yang tidak begitujelas (samar), tidak seperti himpunan klasik yangmembedakan keanggotaan himpunan menjadi dua,himpunan anggota atau bukan anggota. Gambar 3menunjukkan struktur dasar pengendalian Fuzzy.

Gambar 3. Struktur Dasar Pengendali Fuzzy

Kendali logika Fuzzy dilakukan dalamtiga tahap, yaitu fuzzifikasi, evaluasi aturan dandefuzzifikasi. Komponen Fuzifikasi berfungsiuntuk memetakan masukan data tegas ke dalamhimpunan Fuzzy menjadi nilai Fuzzy daribeberapa variabel linguistik masukan.

2.3 Metode Fuzzy Multiterm ControllersPada metode Fuzzy Multiterm Controllers, logika

Fuzzy akan dipergunakan untuk menala ataumengadaptasi sebuah kontroler multiterm sepertikontroler PD, PI atau PID seperti yang terlihat padaGambar 4.

Gambar 4. Kontroler PI yang diadaptasi oleh Fuzzysebagai Tuning

Kontroler PI dapat direpresentasikan olehsalah satu dari dua bentuk berikut yaitu:1. Bentuk Kontinyu:

2. Bentuk Diskrit:

Dimana Kp dan Ki masing-masing adalahkonstanta Proporsional, dan konstanta Intergral,Nilai Ti=Kp/Ki, sering dikenal sebagaikonstanta waktu integral, ∆e(k) = e(k)-e(k-1), Tsadalah periode sampling dan n adalah jumlahsampel data [6].

2.4 Perancangan SistemBlok perancangan sistem pengontrolan fluks dan

torsi pada motoe induksi 3 fasa pada Penelitian ini dapatdilihat pada Gambar 5.

Gambar 5. Blok Diagram DTC Berbasis PI dan FLCPada Motor Induksi 3 Fasa

Basis Pengetahuan

Fuzifikasi Logika PengambilKeputusan

Defuzifikasi

PI Kontroller

Fuzzy Tunner

Plant+

-

PV

COe

SP

ede


142

Dari blok diagram Gambar 5. Dapat dijelaskanbahwa, keluaran inverter berupa tegangan tiga phasasebagai masukan untuk motor induksi kemudian tegangandan arus stator pada motor induksi yaitu Va, Vb, Vc danIa, Ib, Ic akan ditranformasi oleh blok abc ke dq denganmaksud untuk mengubah koordinat motor induksi dari 3phasa kedalam koordinat 2 phasa. Hasil dari tranformasiberupa tegangan ds, qs dan arus ds, qs inilah sebagaimasukan untuk blok DTC estimator, sehingga keluarandari DTC estimator yaitu torsi estimator akandibandingkan dengan torsi error referensi (torsi hasilkontroler PI-FLC) dan fluks estimator akan dibandingkandengan fluks referensi sedangkan sudut fluks statorsebagai masukan untuk blok switching table gunanyauntuk mengontrol fluks stator dan torsi untuk memenuhinilai referensi yang telah ditentukan. Selanjutnya putaranmotor akan dibandingkan dengan putaran referensi danhasil perbandingan inilah nantinya akan dikontrolmenggunakan metode PI-FLC.

2.5 Program Fuzzy Sebagai Tuning Kontrol PITahapan awal proses Fuzzifikasi adalah

menentukan parameter-parameter fungsi keanggotaanpada setiap himpunan Fuzzy masukan. Padapemrograman Fuzzifikasi ini digunakan parameter fungsikeanggotaan masukan berupa error dan delta error.Fungsi keanggotaan dapat dilihat pada Gambar 6.

Gambar 6. Fungsi keanggotan error torsi, delta errortorsi dan output variable

Dalam fungsi keanggotaan fuzzy ada duavariabel input dan masing-masing variabel input

memiliki tujuh nilai linguistik, jadi 7x7=49aturan kontrol fuzzy berada dalam penalaranfuzzy seperti yang ditunjukkan pada Tabel. 1dan flowchart fuzzy logic controller yangditunjukkan pada Gambar 7.

Tabel 1. Rule base FLC

Gambar 7. Flowchart Fuzzy Logic Controller

3. HASIL DAN PEMBAHASAN

Pada simulasi ini dilakukan perbandinganantara model DTC Konvensioanal dan DTC PI-FLC pada motor induksi 3 fasa. Hasil simulasipada DTC konvensional ditunjukkan padaGambar 8, 9 dan 10 dimana menampilkanrespon fluks stator, torsi dan kecepatan padamotor induksi. Torsi dibebani sebesar 30 Nmditerapkan pada 0.5 detik dan dihilangkan pada0.8 detik. Kecepatan rotor dari 0 ke 1200 rpm.


143

Gambar 8. Respon fluks stator motor induksi denganmetode DTC konvensional

Gambar 9. Respon torsi motor induksi dengan metodeDTC konvensional

Gambar 10. Respon kecepatan motor induksi denganmetode DTC konvensional

Pada Pengujian selanjutnya dilakukanpenujian DTC berbasis PI-FLC pada motorinduksi 3 fasa. Hasil simulasi pada DTC PI-FLCditunjukkan pada Gambar 11, 12 dan 13 dimanaGambar tersebut menampilkan respon fluksstator, torsi dan kecepatan pada motor induksi.Torsi dibebani sebesar 30 Nm diterapkan pada0.5 detik dan dihilangkan pada 0.8 detik.Kecepatan rotor dari 0 ke 1200 rpm.

Gambar 11. Respon fluks stator motor induksi denganmetode DTC PI-FLC

Gambar 12. Respon torsi motor induksi dengan metodeDTC PI-FLC

Gambar 13. Respon kecepatan motor induksi denganmetode DTC PI-FLC


144

Respon Torsi dan Fluks Stator diperluasPada Steady State ditunjukkan pada 14 dan 15.

Gambar 14. Fluktuasi ripple torsi pada saat steady stateantara DTC konvensional dengan DTC PI-FLC

Gambar 15. Fluktuasi ripple fluks pada saat steady stateantara DTC konvensional dengan DTC PI-FLC

Gambar 14 dan 15 menunjukkan responfluktuasi ripple fluks dan torsi diperluas hal inidilakukan untuk mempermudah mengamatikedua respon tersebut (antara DTCkonvensional dengan DTC berbasis PI-FLC).Gambar 14 dan 15 menggambarkan bahwadengan menggunakan Propotional Integral danFuzzy Logic Controller (PI-FLC) padapengontrolan motor induksi 3 fasamenggunakan metode Direct Torque Control(DTC) dapat meminimalkan fluktuasi ripplefluks dan torsi elektromagnetik

4. KESIMPULAN

Sistem kontrol Propotional Integral danFuzzy Logic Controller (PI-FLC) untuk motorinduksi dengan metode Direct Torque Control(DTC) dapat meminimalkan ripple fluks dantorsi.

respon fluks stator pada motor induksi denganDTC menggunakan PI-FLC, pada motor induksiterjadi vibrasi pada saat kondisi starting awal.Kemudia pada saat waktu 0.1635 detik sampaidengan waktu seterusnya fluktuasi ripple fluksyang dihasilkan mengecil yaitu berkisar antara1.452-1.468Wb.

Saran untuk penelitian lanjutan mengenaisistem pengontrolan motor induksi 3 fasamenggunakan metode Direct Torque Control(DTC) disamping meminimalkan fluktuasiripple fluk dan torsi maka dipertahankan jugarespon kecepatan bila diberikan beban lebih.

UCAPAN TERIMA KASIHDari hati yang paling dalam penulis

mengucapkan terima kasih kepada semua pihakyang telah terlibat dalam penelitian ini. Semogajurnal ini bermanfaat bagi akademisi danpraktisi.

DAFTAR PUSTAKA

[1] Mochammad Rameli .(2014), “BahanKuliah Pegaturan Mesin Listrik: MotorListrik”. Teknik Sistem Pengaturan, JurusanTeknik Elektro, Institut Teknologi SepuluhNopember,Surabaya.

[2] Hu, F.C., Hong, B. R., Liu, H.C. (2014),“Stability analysis and PI controller tuningfor a speed sensorless vector-controlledinduction motor drive”, 30th AnnualConference of IEEE Inds. Elec., Society,IECON, vol.1, 2-6 Nov, Korea.

[3] Ahammad, T., Beig, A.R., Al-Hosani, K.(2013), “An Improved Direct TorqueControl of Induction Motor with ModifiedSliding Mode Control Approach”. IEEE2013

[4] Aguilar, G.M., Cortez, L. (2012),“Implementation of the Direct Torque


145

Control (DTC) in current model, withcurrent starting limiter”. Faculty ofSciences of the Electronics, BUAP Puebla,Mexico.

[5] Sun, D. (2010), “Sliding Mode DirectTorque Control for Induction Motor withRobust Stator Flux observer”, IEEE 2010International Conference on IntelligentComputation Technology and Automation,China.

[6] Robyns, B., Franscois, B., Degobert, B.,Hautier, P. J. (2012), “Vector Control ofInduction Machines Desentisitation andOptimisation through Fuzzy Logic”,Springer, France.

[7] Ned, M. (2001), “Advanced ElectricDrives”, MNPERE, United States ofAmerica.

[8] Cao-Minh, T., Chakraborty, C., Hori, Y.(2009), “Efficiency Maximization ofInduction Motor Drives for ElectricVehicles Based on Actual Measurement ofInput Power”. Department of ElectricalEngineering, University of Tokyo, Japan.

[9] Wong, C. C., Chang, Y. S. (1998),“Parameter Selection in the Sliding ModeControl Design Using Genetic Algorithms”.Department of Electrical Engineering,Tamkang University, Taiwan.

Documents

PENGONTROLAN FLUKS DAN TORSI PADA MOTOR INDUKSI …