KENDALI MOTOR INDUKSI MENGGUNAKAN KENDALI MOTOR INDUKSI MENGGUNAKAN KENDALI MOTOR INDUKSI MENGGUNAKAN KENDALI MOTOR INDUKSI MENGGUNAKAN FUZZY SLIDING MODE CONTROLLER BERBASIS FUZZY SLIDING MODE CONTROLLER BERBASIS
DIRECT FIELD ORIENTED CONTROLDIRECT FIELD ORIENTED CONTROL
M. M. KhairulKhairul AmriAmri RosaRosaNRP 2208201012NRP 2208201012
PembimbingPembimbing::Prof. Dr. Ir. Prof. Dr. Ir. SoebagioSoebagio, MSEE, MSEEProf. Dr. Ir. Prof. Dr. Ir. MauridhiMauridhi HeryHery PurnomoPurnomo, M. Eng., M. Eng.
Program MagisterProgram MagisterBidangBidang KeahlianKeahlian TeknikTeknik SistemSistem TenagaTenaga
JurusanJurusan TeknikTeknik ElektroElektroFakultasFakultas TeknologiTeknologi IndustriIndustriFakultasFakultas TeknologiTeknologi IndustriIndustri
InstitutInstitut TeknologiTeknologi SepuluhSepuluh NopemberNopemberSurabayaSurabaya
20102010
Keunggulan motor induksi
RobustKarakteristik
Keunggulan motor induksi
torka tinggi
Konstruksisederhanasederhana
Perawatanmudah MOTOR INDUKSI
Murah
Motor Motor induksiinduksiMotor Motor induksiinduksidalamdalam electric driveelectric drive
kecepatankecepatan variabelvariabel Pengaturankecepatan
frekuensi torkafrekuensitegangan
torka
memerlukanmemerlukan konverterkonverter MODEL dqn
MOTOR MOTOR INDUKSIINDUKSI
Kontrolkecepatan
Mesin induksi non linier dijadikan linier
sulit dikontrolFOC
Konvensional : PIUntukUntuk
KontrolerNon-konvensional : SMC FLC FSMC
UntukUntukmemperbaikimemperbaiki
responrespon
SMC, FLC, FSMC
Model SistemModel Sistem
Next
Model motor induksiModel motor induksiRangkaian ekivalen motor induksi dalam koordinat dqn
R λω L L λωω )( − R
dsλ
sR qseλωsLl rLl
dsi
mL
qrre λωω )(rR
dri
drλdsV drVds m dr
Sumbu d
ds dr`
sR dseλωsLl rLl
qsi
drre λωω )( −rR
qri
qsλq
mLq
qrλqsV qrV
Sumbu q
Model motor induksiModel motor induksiPersamaan tegangan motor induksi
Persamaan fluksiPersamaan fluksi
Model motor induksiModel motor induksiPersamaan torka elektromagnetik
Persamaan mekanis motor induksi
Field oriented controlField oriented control
Si
S l d
FOCFOC Sistemdecoupled
Sistem coupledtorka dan fluks berada pada
rangkaian yang sama
torka dan fluks dapatdikontrol secara terpisah
q
eωsI0=qrλ
sumbu d diletakkan padasumbu fluks rotor
0=λ λλ =
θ
d
dsiqsi rωrd
rdr λλ =
0=qrλ drr λλ =
LP3
menghasilkan persamaan torkaseperti motor dc
rθ
slθ
eθsd
qsdrr
me i
LLPT λ
223
=
Back
Field oriented controlField oriented controlPerhitungan sudut rotor
InverterInverter
MembangkitkanMembangkitkantegangantegangan ac ac dengandengan
i di d dd f k if k imagnitudmagnitud dandan frekuensifrekuensiyang yang dapatdapat diaturdiatur
HB-PWM
CRPWMPWM
CRPWM
SPWM
SVPWM
Space vector PWMSpace vector PWMSasaran SVPWM untuk memperkirakan tegangan referensidalam vektor ruang menggunakan delapan pola switching g gg p p gdengan periode sampling tertentu
Space vector teganganSpace vector tegangan
dengan
Space vector PWMSpace vector PWMKombinasi urutan switching inverter membentuk 8 pola switching
State 1-6 menghasilkan vektor tegangan aktif yang membagi suatuheksagonal menjadi 6 sektorState 0 dan 7 menghasilkan vektor tegangan nolState 0 dan 7 menghasilkan vektor tegangan nol
Bentuk tegangan keluaran inverterBentuk tegangan keluaran inverterTegangan fasa
Tegangan line-to-line
Back
Sliding mode controllerSliding mode controllerTeknik kontrol yang melakukan switching berdasarkan keadaansistem.
Memaksa lintasan sistem menuju permukaan sliding s=0
Sliding pada permukaan begitu mencapai permukaanSliding pada permukaan begitu mencapai permukaan
Sliding mode controlSliding mode controlKeunggulan SMC
Penerapan sederhanaPenerapan sederhanaStabilRobustRobustRespon dinamik yang baik
Sliding mode controlSliding mode controlMemecah fungsi kontrol u
adalah kontrol ekivalenadalah kontrol ekivalenkontrol tidak kontinu menimbulkanchattering
Mereduksi chattering dengan memperhalus fungsi kontrol
Fuzzy sliding mode controllerFuzzy sliding mode controllerKombinasi SMC dan FLCMenggabungkan kelebihan masing-masing kontrolerMenggabungkan kelebihan masing masing kontrolerFLC menggantikan fungsi kontrol SMC yang tidak kontinudengan sistem inferensi fuzzy
Struktur FSMC:
Back
SimulasiSimulasiMenggunakan program Matlab/SimulinkProsedur Simulasi:Prosedur Simulasi:
Membuat model sistem menggunakan SIMULINKModel motor induksiBlok diagram inverterBlok diagram inverterBlok kontroler
Membuat model SMCSimulasi dengan SMCMendapatkan parameter optimumMembuat desain FSMCSimulasi dengan FSMCAnalisis dan kesimpulan
Model SimulinkModel Simulink
wr
lputaran rotor
m
Te
is_abc
fluks
pulsa
torka elektro-magnetik
arus stator
fl k d
Vdc
fluks_dr
tegangan outputinverter
Iabc
wr
pulsa
Parameter mesinParameter mesin
Space-Vector PWMSpace Vector PWM
TransformasiTransformasi dqdq –– abcabc(4.12)(4.12)( )( )
TransformasiTransformasiabcabc –– dqdq stasionerstasioner ((αβαβ))
(4.13)(4.13)
PerhitunganPerhitungan sudutsudut fasafasa(4.15)(4.15)
PenentuanPenentuan sektorsektor
PerhitunganPerhitungan waktuwaktuswitchingswitchingswitchingswitching
(2.54) (2.54) –– (2.56)(2.56)
PembangkitanPembangkitan pulsapulsa
KontrolerKontrolerBlok kontroler terdiri atas:
Kontroler kecepatanKontroler kecepatanKontroler arus iqs
Kontroler arus ids
Kontroler yang digunakan:Sliding mode controlFuzzy sliding mode control
Kontroler kecepatan SMCKontroler kecepatan SMC
Kontroler arus iqs SMCKontroler arus iqs SMC
Kontroler arus ids SMCKontroler arus ids SMC
FSMC kontroler kecepatanFSMC kontroler kecepatan
sinyal error putaran referensi dengan putaran aktualinput
arus sumbu q referensi (i*qs)output
FLC pada kontroler kecepatanFLC pada kontroler kecepatan
1
an
NB NS ZE PS PB
Fungsi Keanggotaan Input Pengendali Kecepatan
1
an
NB NS ZE PS PB
Fungsi Keanggotaan Output Pengendali Kecepatan
0.2
0.4
0.6
0.8
eraj
at k
eang
gota
a
0.2
0.4
0.6
0.8
eraj
at k
eang
gota
a
-1 -0.5 0 0.5 1
0
sw
De
-1 -0.5 0 0.5 1
0
un
De
Parameter FLCTipe : MamdaniMetode AND : MINMetode OR : MAX
Basis Aturan untuk FLC:• If sw is NB Then un is NB• If sw is NS Then un is NS• If sw is ZE Then un is ZEMetode OR : MAX
Implikasi : MINAggregasi : MAXDefuzzifikasi : CENTROID
If sw is ZE Then un is ZE• If sw is PS Then un is PS• If sw is PB Then un is PB
FSMC kontroler arus iqsFSMC kontroler arus iqs
sinyal error arus iqs referensi dengan iqs pengukuraninput
perubahan error dalam selang waktu Tsinput
tegangan sumbu q referensi (v*qs)output
FSMC kontroler arus idsFSMC kontroler arus ids
sinyal error arus ids referensi dengan ids pengukuran
perubahan error dalam selang waktu Ts
input
input
tegangan sumbu q referensi (v*ds)output
FLC pada kontroler arusFLC pada kontroler arus
1
an
NB NS ZE PS PB
Fungsi Keanggotaan Input 1 Pengendali Arus
1
an
NB NM NS ZE PS PM PB
Fungsi Keanggotaan Output Pengendali Arus
0.2
0.4
0.6
0.8
eraj
at k
eang
gota
a
0.2
0.4
0.6
0.8
eraj
at k
eang
gota
a
-1 -0.5 0 0.5 1
0
s
De
Fungsi Keanggotaan Input 2 Pengendali Arus
-1 -0.5 0 0.5 1
0
un
De
0.6
0.8
1
kean
ggot
aan
NB NS ZE PS PB Parameter FLCTipe : MamdaniMetode AND : MINMetode OR : MAX
-1 -0.5 0 0.5 1
0
0.2
0.4
d
Der
ajat
k
Metode OR : MAXImplikasi : MINAggregasi : MAXDefuzzifikasi : CENTROID
ds
FLC pada kontroler arusFLC pada kontroler arus
Basis aturan FLC pada pengendali arus
Δss PB PS ZE NS NB
NB NB NB NM NS ZE
NS NB NM NS ZE PS
ZE NM NS ZE PS PMZE NM NS ZE PS PM
PS NS ZE PS PM PB
PB ZE PS PM PB PBPB ZE PS PM PB PB
Hasil Simulasi
Simulation Results
Simulasi menggunakan SMCSimulasi menggunakan SMCUntuk mendapatkan nilai parameter kendali yang optimum.pIndeks performansi sistem dievaluasi menggunakan:
Variasi nilai k k dan kVariasi nilai kw, kq, dan kdRange kw : 200 – 600Range kq dan kd : 500 – 2000, masing-masing dengan step 50.g q d g g g p
Simulasi dengan kecepatan referensi 200 rad/s tanpabeban.
Dari hasil pengujian indeks
Perubahan kw terhadap indeks performansi Hasil Simulasi
performansi J, diperoleh parameter kendali SMC:
kw = 400
kq = 1900
kd = 1900
Indeks performansi terkecil:
J = 5961,8
Nilai kw, kq, dan kd digunakan untuk
Perubahan kq dan kd terhadap indeks performansi
w q d gFOC dengan pengendali FSMC
Perbandingan performansi FSMC dan SMCdan SMC
Perbandingan performansi FSMC dan SMCdan SMC
Perbandingan performansi FSMC dan SMCdan SMC
Performansi FSMC SMC
Rise time (detik) 0 260 0 322Rise time (detik) 0.260 0.322
Steady-state time (detik) 0.310 0.345
Overshoot 0% 0%
Performansi pada kecepatanbervariasibervariasi
Bentuk gelombang tegangan output line-to-line inverter
Performansi pada kecepatanbervariasibervariasi
Data simulasi
Waktu (detik) 0 1 2
Kecepatan referensi (rad/s) 100 200 50
Plot kecepatan Plot λdr
Performansi pada kecepatanbervariasibervariasi
Data simulasi
Waktu (detik) 0 1 2
Kecepatan referensi (rad/s) 100 200 50
Plot torka elektromagnetik Plot arus line stator
Performansi pada kecepatanbervariasibervariasi
P f iRise time Steady state Overshoot
Performansis
ys %
Putaran naik: 0 – 100 rad/s 0.17 0.22 0
Putaran naik: 100 – 200 rad/s
Putaran turun: 200 – 50 rad/s
0.10 0.14 0
0 17 0 23 0Putaran turun: 200 50 rad/s 0.17 0.23 0
Performansi pada torka bebanbervariasibervariasi
Data simulasi
Waktu (detik) 1 1 5 2 2 5Waktu (detik) 1 1.5 2 2.5
Torka beban (Nm) 300 0 -150 0
Kecepatan referensi (rad/s) 200
Plot kecepatan
Performansi pada torka bebanbervariasibervariasi
Data simulasi
Waktu (detik) 1 1 5 2 2 5Waktu (detik) 1 1.5 2 2.5
Torka beban (Nm) 300 0 -150 0
Kecepatan referensi (rad/s) 200
Plot torka elektromagnetik Plot arus line stator
KesimpulanKesimpulanFOC berhasil diterapkan untuk mengatur torka dan fluksmotor induksi secara terpisah seperti pada mesin arus searah. Penggunaan (FSMC) sebagai pengendali memberikan responyang robust terhadap perbahan parameter dan perubahanbeban serta kendali yang halus tanpa overshoot baik pada saaty g p paccelerating dan decelerating, pada saat terjadi gangguan bebandan perubahan parameter, yang baik untuk dinamik kendaraanelektrik. Respon kecepatan FSMC lebih baik dibanding SMC. Padakecepatan referensi 200 rad/s, FSMC mencapai steady statepada 0 31 detik dengan rise time 0 26 detik SMC mencapaipada 0.31 detik dengan rise time 0.26 detik. SMC mencapaisteady state pada 0.345 detik dengan rise time 0.322 detik.FSMC mengoptimalkan torka elektromagnetik motor, sehingga
h ilk l bih t dib di SMCmenghasilkan respon yang lebih cepat dibanding SMC.
Daftar PustakaDaftar Pustaka1. Bousserhane, I. K., A. Hazzab, P. Sicard, M. Rahli, B. Mazari, and M. Kamli, Fuzzy Sliding
Mode Based on Indirect Field Orientation for Induction Motor Drive, IEEE Transactions on., 2006 pp 537-5422006, pp.537 542.
2. Meroufel, A., A. Massoum, P. Wira, A Fuzzy Sliding Mode Controller for A Vector Controlled Induction Motor, IEEE Transaction on, 2008, pp. 1873-1878.
3. Swamy, R. L. and P. S. Kumar, Speed Control of Space Vector Modulated Inverter Driven y, , p f pInduction Motor, Proceedings of the International Multi Conference of Engineers and Computer Scientists, 2008, Hong Kong.
4. Soebagio,”Model Mesin AC pada Koordinat dqn”, Materi kuliah Mesin Sinkron Lanjut, I tit t T k l i S l h N b 2006Institut Teknologi Sepuluh Nopember, 2006
5. Faiz, J., M. Sharifian, A. Keyhani, A. Proca, Sensorless Direct Torque Control of Induction Motors Used in Electric Vehicle, IEEE Transactions on Energy Conversion, vol. 18, 2003.
6 Tunyasrirut S and S Srilad Fuzzy Logic Control for a Speed Control of Induction Motors 6. Tunyasrirut, S. and S. Srilad, Fuzzy Logic Control for a Speed Control of Induction Motors using Space Vector Pulse Width Modulation, Proc. of World Academy of Science, Engineering and Technology, 2007, pp.71-77.
7. Noaman, M., Speed Control for IFOC Induction Machine with Robust Sliding Mode Controller, Asian Journal of Scientific Research, I (4), 2008, pp 324-337.
Daftar PustakaDaftar Pustaka8. Bose, Bimal K., Modern Power Electronics and AC drives, Prentice Hall Ptr, 2002.
9. Ong, Chee-Mun, Dynamic Simulation of Electric Machinery using Matlab/Simulink, Prentice H ll PTR N J 1998Hall PTR, New Jersey, 1998.
10. Casadei, D., F. Profumo, G. Serra, and A. Tani, FOC and DTC: Two Viable Schemes for Induction Motor Torque Control, IEEE Transaction on Power Electronics, vol. 17 no. 5, 2002, pp 779-786.
11. Yuhendri, Muldi, Penggunaan Fuzzy Logic Controller (FLC) Untuk Maximum Output Power Tracking (MOPT) pada Pembangkit Listrik Tenaga Angin dengan Kecepatan Variabel, PPS Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya, 2009.
12. Mohan, Ned, Advanced Electric Drive: Analysis, Control and Modeling using Simulink, MNPERE, Minneapolis, 2001.
13. T. Fu, W. Xie, “Novel Sliding Mode Control of Induction Motor Using Space Vector Modulation Technique” ISA Trans 44 2005 pp 481 490Modulation Technique , ISA Trans. 44, 2005, pp 481–490
14. Kusumadewi, Sri, Analisis & Desain Sistem Fuzzy, Graha Ilmu, Yogyakarta, 2002.
15. Prabowo, Gigih, Metoda Direct Torque Control pada Pengaturan Kecepatan Motor InduksiTanpa Sensor Dengan Menggunakan Sliding Mode Control, PPS Institut Teknologi SepuluhTanpa Sensor Dengan Menggunakan Sliding Mode Control, PPS Institut Teknologi SepuluhNopember, Surabaya, 2008.
Terima kasih