Desain dan Implementasi Self Tuning LQR Adaptif untuk Pengaturan Tegangan Generator Sinkron 3 Fasa Oleh : Arif Hermawan (05-176)
Dosen Pembimbing : 1. Dr.Ir.Mochammad Rameli 2. Ir. Rusdhianto Effendie A.K, MT.
Bidang Studi Teknik Sistem Pengaturan
Jurusan Teknik Elektro, FTI-ITS Surabaya
MATERI PRESENTASI
PENDAHULUAN
PERANCANGAN SISTEM & DESAIN KONTROLER
PENGUJIAN SISTEM
PENDAHULUAN
Latar Belakang Perumusan Masalah Batasan Masalah Tujuan dan Kontribusi
Latar Belakang • Variasi beban menyebabkan perubahan tegangan pada sistem pembangkit • Perlunya perancangan kontroler agar tegangan stabil • Variasi beban berubah dengan cepat • Perancangan kontroler adaptif dengan melakukan identifikasi parameter plant
Permasalahan • Saat beban bersifat induktif, Generator terjadi under excitasi (eksitasi kurang) • Kontroler memerintahkan driver untuk menaikan arus eksitasi • Saat beban bersifat kapasitif, Generator terjadi over excitasi (eksitasi lebih) • Kontroler memerintahkan driver untuk menurunkan arus eksitasi
Permasalahan • Desain rangkaian driver eksitasi harus stabil. • Desain rangkaian sensor harus bekerja dengan baik. • Melakukan penyetelan (tuning) rangkaian desain.
Batasan Masalah • Pengambilan data menggunakan simulator pembangkit tenaga listrik generator sinkron 3 fasa 350 VA. • Untuk pengambilan data diasumsikan bahwa beban generator seimbang serta kecepatan prime mover (motor induksi) konstan • Output generator yang akan dianalisa adalah output generator dengan kontroler self tuning LQR adaptif.
Tujuan dan Kontribuasi Penelitian • Merancang kontroler self tuning LQR adaptif untuk diterapkan pada sistem pengaturan tegangan (AVR) • Menganalisa perilaku generator pada kondisi tanpa beban dan berbeban. • Mengetahui efektifitas kontroler self tuning LQR adaptif AVR untuk pengaturan tegangan pada saat sistem diberi beban.
Prinsip Dasar Pembangkitan Tegangan Generator Sinkron 3 Fasa
E = Cnϕ Gambar 1. Konsep dasar sistem eksitasi
Mikrokontroller ATMEGA 8535
PERANCANGAN SISTEM
Gambar 2. Diagram Blok Perancangan Sistem
.
Generator • • • • • • • •
Daya : 350 VA Tegangan : 380 V (Y) / 220 (∆) Arus : 0.58 A / 1 A Cosϕ : 0.92 Jumlah putaran (n) : 3000 rpm (trs/mn) Tegangan eksitasi : 220 V Arus eksitasi : 0.24 A Jumlah kutub (p) :2 .
Motor induksi yang digunakan adalah sebagai berikut : • • • • • • • •
Daya : 350 W Tegangan : 380 V (Y) / 220 (∆) Arus : 0.68 A / 1.17 A Cosϕ :1 Jumlah putaran (n) : 3000 rpm (trs/mn) Tegangan eksitasi : 220 V Arus eksitasi : 0.22 A Jumlah kutub (p) :2
Perancangan Sensor
Sensor Tegangan (Potential Transformer)
Rangkaian Penyearah AC ke DC
Output Generator Sensor Arus (Current Transformer)
Rangkaian Penguat Sinyal Bertingkat (Multistage Amplifier)
Gambar 3. Skema perancangan sensor tegangan dan arus stator
Rangkaian Penyearah AC ke DC
Rangkaian Pengubah AC ke DC
Gambar 4. Ac to DC Converter
Rangkaian Penguat Sinyal untuk Sensor Arus
Gambar 5. Rangkaian penguat sinyal dengan
IC Op-Amp LF353
Detektor Detektor Beda Fasa
Gambar 6. Zerro crossing detector serta gambar input dan output-nya
Perancangan DC to DC Converter (DC
Chopper)
Gambar 7. Diagram blok DC to DC Converter
(DC Chopper)
Switching Regulator IL saklar
+ Vs
RL
Vo -
Gambar 8. Model dari regulator linear (a) dan rangkaian ekivalen (b)
Gambar 9.Tegangan output 9.
Buck Converter (Konverter Penurun Tegangan )
Gambar 10. Rangkaian Buck Converter
Gambar 11. Sinyal tegangan dan arus pada induktor L
Realisasi Rangkaian Driver DC to DC Converter
V
V
Sinyal Segitiga V t
PWM
t
Optoisolator
t
Power Mosfet
V
Referensi (Sinyal kontrol)
t
Rangkaian tegangan rendah
Rangkaian t egangan tinggi
Gambar 12. Diagram blok realisasi rangkaian driver dc to dc converter
Desain Desain Kontroler Sistem Kontrol Optimal LQR Secara umum persamaan state space adalah sebagai berikut :
.
x
= Ax+Bu y = Cx
r(s)
y(s) G(s)
K(s)
Gambar 13. Blok diagram sistem kontrol optimal LQR
Indeks Performansi Sistem Kontrol Optimal LQR
[
]
1 ∞ T J = ∫ x (t )Qx(t ) + u T (t ) Ru (t ) dt 2 0 Sinyal kontrol u dari persamaan diatas dapat dinyatakan sebagai berikut:
u = −Kx dengan, −1
K=R B P T
Matrik P merupakan solusi dari persamaan Aljabar Riccati berikut :
AT P + PA − PBR −1 BT P + Q = 0
Pemodelan Sistem 3-1
1. Pemodelan beban induktif
Gambar 14. Rangkaian generator dengan beban induktif
Fungsi Alih Model Beban Induktif
Dengan :
dan
Pemodelan Sistem 2. Pemodelan beban kapasitif
Gambar 15. Rangkaian generator dengan beban kapasitif
2. Pemodelan beban kapasitif
Loop 1 :
Loop 2 : dan
Fungsi Alih Model Beban Kapasitif
Dengan :
dan
Menghitung Kg
Gambar 16 Pengujian Generator Tanpa Beban
Perancangan Hardware
Perancangan Software
PENGUJIAN Driver PWM
Gambar 17.Karakteristik driver sinyal PWM dan Karakteristik Rangkaian S/C Driver
Gambar Sinyal Driver
0
Gambar 18. Sinyal segitiga (kiri) dan output PWM (kanan) dengan D= 40 %, f =39 kHz
Pengujian Pengujian Detektor Beda Fasa a.Beban Resistif
Gambar 18. Pengujian detektor beda fasa dengan beban lampu 60 W
Pengujian Pengujian Detektor Beda Fasa a.Beban Kapasitif
Gambar 18. Pengujian detektor beda fasa dengan beban kapasitor 8 uF / 1000V
PENGUJIAN BEBAN CAMPURAN KAPASITIF
PENGUJIAN BEBAN CAMPURAN INDUKTIF
SEKIAN & TERIMA KASIH
