1 BAB I PENDAHULUAN 1.1
Latar Belakang Mesin arus searah memiliki peranan penting di dalam dunia industri.
Mesin-mesin tersebut banyak digunakan karena memiliki efisiensi yang tinggi dan karakteristik hubungan torsi – kecepatan yang linear. Pengendaliannya juga sederhana dan tidak membutuhkan rangkaian yang rumit. Akan tetapi, mesin tersebut membutuhkan perawatan yang rutin, karena sikat yang digunakan sebagai komutator mekanik mudah mengalami keausan dan harus diganti. Selain itu, penggunaan komutator mekanik juga menghasilkan efek yang merugikan seperti timbulnya percikan api, noise akustik dan timbunan karbon yang dihasilkan dari sikat. Untuk mengatasinya maka dikembangkan mesin arus searah tanpa sikat (MASTS). MASTS sebenarnya merupakan mesin sinkron dengan magnet permanen. MASTS digerakkan dengan tegangan dc tetapi arus pemutarnya dihasilkan dari solid state switches. Perkembangan penggunaan MASTS sekarang sangat pesat. Banyak industri yang mulai menggunakan mesin-mesin searah tanpa sikat. Hal ini dikarenakan MASTS memiliki banyak keunggulan jika dibandingkan dengan mesin arus searah konvensional. Keunggulannya antara lain karena motor ini tanpa sikat maka perawatan menjadi lebih mudah, umur pemakaian lebih lama dan tidak menimbulkan electrical noise. Selain itu MASTS memiliki respon dinamik yang tinggi, efisiensi yang tinggi, konsumsi energi yang kecil dan memiliki range kecepatan yang lebih besar [1]. Pengendalian kecepatan MASTS perlu dilakukan agar respon kecepatan yang dihasilkan sesuai dengan yang diharapkan. Tanpa pegaturan kecepatan motor maka respon kecepatan yang didapatkan masih kurang baik. Ada beberapa metoda yang dapat digunakan dalam pengendalian MASTS, salah satunya yaitu dengan penggunaan kendali Proporsional – Integral – Derivatif
1
(PID). Kendali PID
merupakan kendali yang banyak digunakan dalam proses kontrol di industri. Hal ini dikarenakan kendali PID sangat efektif, implementasinya sederhana, dan luas penggunaannya. Ada tiga buah parameter yang digunakan dalam kendali PID, yaitu konstanta proporsional (Kp), konstanta integral (Ki) dan konstanta derivatif (Kd). Pengendali ini sederhana dan mampu memperbaiki kecepatan respon melalui penalaan Kp, mengurangi error steady state melalui penalaan Ki dan mengurangi overshoot melalui penalaan Kd. Akan tetapi, kendali PID memerlukan penalaan yang akurat untuk menentukan nilai konstanta yang digunakan. Metoda penalaan yang dapat digunakan dan cukup akurat yaitu menggunakan algoritma genetika. Algoritma genetika merupakan metoda adaptif yang biasa digunakan untuk memecahkan suatu pencarian nilai dalam sebuah masalah optimasi. Salah satu perangkat lunak yang bisa digunakan untuk melakukan penalaan konstanta PID dengan algoritma genetika yaitu MATLAB. MATLAB (Matrix Laboratory) adalah sebuah program untuk analisis dan komputasi numerik dan merupakan suatu bahasa pemrograman matematika lanjutan yang dibentuk dengan dasar pemikiran menggunakan sifat dan bentuk matriks. MATLAB merupakan bahasa pemrograman tingkat tinggi berbasis pada matriks sering digunakan untuk teknik komputasi numerik, yang digunakan untuk menyelesaikan masalah-masalah yang melibatkan operasi matematika elemen, matrik, optimasi, aproksimasi dan lainlain. Oleh karena itu, penelitian mengenai perancangan kendali kecepatan MASTS menggunakan kendali PID dengan metoda penalaan algoritma genetika menggunakan MATLAB menarik untuk dilakukan. 1.2
Perumusan Masalah Berdasarkan latar belakang yang telah dijelaskan sebelumnya, dapat
dirumuskan permasalahan yang digunakan dalam penelitian ini, yaitu bagaimana melakukan perancangan dan pembuatan program pengendali PID pada MASTS yang penalaannya menggunakan metoda algoritma genetika dengan menggunakan
2
MATLAB ? 1.3
Keaslian Penelitian Sudah banyak peneliti yang pernah melakukan penelitian mengenai
kendali PID, maupun pengendalian kecepatan motor arus searah konvensional. Akan tetapi, seiring perkembangan teknologi beberapa peneliti mulai melakukan penelitian mengenai MASTS dan pengendalian kecepatannya, seperti penelitian yang dilakukan oleh Chun-Liang Lin, Horn-Yong Jan, dan Niahn-Chung Shieh di tahun 2003 [2]. Mereka memperkenalkan metoda algoritma genetika untuk melakukan optimasi dalam menentukan nilai konstanta PID untuk pengendalian MASTS. Pada tahun 2005, Saifudin bin Mohamed Ibrahim melakukan penelitian mengenai penggunaan algoritma genetika untuk menentukan nilai konstanta PID. Penggunaan algoritma genetika dalam penalaan PID memberikan respon yang lebih cepat jika dibandingkan dengan metoda konvensional [3]. Hasil serupa juga diperoleh dalam penelitian Omer Gundogdu pada tahun yang sama. Omer Gundogdu membandingkan penggunaan algoritma genetika dengan metoda Ziegler-Nichols untuk penalaan PID, dari penelitiannya itu didapatkan bahwa penalaan dengan algoritma genetika menghasilkan respon yang lebih baik jika dibandingkan
dengan
metoda
Ziegler-Nichols
[4].
Kedua
peneliti
ini
menggunakan MATLAB dalam mensimulasikan penggunaan algoritma genetika untuk penalaan PID. Petar Crnosija, Ramu Krishnan dan Toni Bjazic di tahun 2006 melakukan penelitian mengenai optimasi pengendalian kecepatan MASTS magnet permanen menggunakan metoda Ziegler-Nichols berdasarkan plot Bodé [5]. Penelitian yang mereka lakukan yaitu melakukan modifikasi terhadap metoda Ziegler-Nichols agar didapatkan parameter kendali kecepatan yang optimal dan sebagai simulatornya menggunakan MATLAB. Beberapa metoda optimasi dapat digunakan untuk mendapatkan nilai konstanta PID. Salah satunya dengan metoda particle swarm optimization (PSO)
3
seperti yang dilakukan oleh Mehdi Nasri, Hossein Nezamabadi-pour, and Malihe Maghfoori di tahun 2007 [6]. Mereka menggunakan metoda PSO untuk mendapatkan nilai konstanta PID yang optimal yang digunakan untuk pengendalian MASTS. Pemodelan dan simulasinya menggunakan MATLAB. Pada tahun 2008, MATLAB juga digunakan sebagai simulator oleh M. Aboelhassan dalam penelitian mengenai MASTS [7]. M. Aboelhassan meneliti perbandingan pengendalian MASTS menggunakan kontrol PID tanpa subsidiary speed loop dengan kendali P menggunakan subsidiary speed loop. Atef Saleh Othman Al-Mashakbeh melakukan penelitian pada tahun 2009 mengenai kendali MASTS menggunakan kendali PID dan disimulasikan menggunakan MATLAB/SIMULINK [8]. Dalam penelitian tersebut, Atef Saleh Othman
Al-Mashakbeh
menggunakan
metoda
Ziegler-Nichols
untuk
mendapatkan nilai konstanta PID. Pengendalian kecepatan MASTS dengan kendali PID juga dilakukan oleh A.Purna Chandra Rao, Y. P. Obulesu dan Ch. Sai Babu pada tahun 2010. Dalam penelitiannya, mereka menggunakan metoda Internal Model Controller dan disimulasikan ddalam MATLAB untuk mendapatkan nilai konstanta PID [9]. metoda Internal Model Controller mereka gunakan karena metoda tersebut bisa menyediakan performa yang bagus dan stabilitas yang baik. Mohammed Obaid Ali, S. P. Koh, K. H. Chong Asmaa dan Salih Hamoodi menggunakan metoda optimasi yang berbeda untuk mendapatkan konstanta PID pada saat melakukan penelitian di tahun 2011. Mereka menggunakan metoda gabungan antara algoritma genetika dengan Artificial Immune System (AIS). Metoda gabungan ini mereka sebut metoda Hybrid Genetic-Immune. Mereka menggunakan MATLAB untuk melakukan simulasi dalam penelitiannya [10]. Pada tahun yang sama, Radu Duma, Petru Dobra, Mirela Dobra dan Ioan Valentin Sita melakukan penelitian mengenai perancangan pengendalian MASTS menggunakan kendali PID dan diaplikasikan menggunakan mikrokontroler [11]. Mikrokontroler yang mereka gunakan adalah Renesas M32C87.
4
Pada tahun 2012, R. Rajasri dan Dr. M. Arumugam menggunakan algoritma genetika yang dimodifikasi untuk mendapatkan nilai konstanta PID [12]. Mereka menggunakan Non-Dominated Sorting Genetic Algorithm (NSGA) dan mensimulasikannya ke dalam MATLAB. Penelitian mengenai pengendalian kecepatan motor menggunakan kendali PID memang sudah banyak dilakukan. Akan tetapi, penelitian mengenai pengendalian kecepatan mesin searah tanpa sikat menggunakan kendali PID dengan algoritma genetika sebagai metoda penalaannya masih sangat sulit ditemui. Oleh karena itu, perlu dilakukan penelitian lebih lanjut mengenai hal tersebut. 1.4
Tujuan Penelitian Berdasarkan permasalahan di atas, dapat dirumuskan tujuan penelitian
sebagai berikut: 1. Mengetahui parameter-parameter yang digunakan untuk pengendalian kecepatan MASTS. 2. Melakukan perancangan kendali kecepatan MASTS dengan kendali PID menggunakan algoritma genetika sebagai metoda penalaannya. 3. Melakukan perancangan perangkat lunak pengendali kecepatan MASTS menggunakan MATLAB. 1.5
Manfaat Penelitian Penelitian ini diharapkan memberikan manfaat sebagai berikut:
1. Memberikan model pengendalian kecepatan MASTS dengan PID dengan menggunakan algoritma genetika. 2. Mendapatkan respon MASTS sesuai dengan yang diharapkan.
5
