Pengendalian Kecepatan Motor Arus Searah Dengan Logika Fuzi

115

ELECTRICIAN Jurnal Rekayasa dan Teknologi Elektro Pengendalian Kecepatan Motor Arus Searah Dengan Logika Fuzi Abdul Haris1, Syaiful Alam1 dan Meisi Diana Sari2 1. Dosen Teknik Elektro, Universitas Lampung 2. Alumni Teknik Elektro, Universitas Lampung [email protected] Abstrak–Perancangan Pengendali Logika Fuzi (PLF) berbasis mikrokontroler AT89C52 mampu menstabilkan kecepatan motor DC sesuai dengan setpoint yang diinginkan dan juga menstabilkan kembali putaran motor bila dilakukan perubahan beban sebagai gangguan. Pengendalian kecepatan motor DC dilakukan dengan mengubah besar tegangan kumparan medan (Vf) menggunakan chopper DC (regulator buck) dengan metode penyaklaran modulasi lebar pulsa (PWM). Untuk mengatur kecepatan motor, digunakan dua masukan yaitu setpoint dan umpanbalik. Setiap masukan dikonversikan dalam bentuk digital pada ADC0809 dan diproses dengan logika fuzi sehingga menghasilkan keluaran berupa duty cycle untuk memicu regulator buck. Pengamatan dilakukan pada tanggapan kecepatan terhadap setpoint yang berbeda dan pemberian beban serta perbedaan besar tegangan jangkar (Va). Hasil rancang bangun menunjukkan bahwa PLF dapat digunakan untuk mengatur kecepatan motor arus searah sesuai dengan setpoint dan mencapai steady state dalam waktu terkecil 2,52 detik dan terbesar 4,649 detik, dengan persentase kesalahan sebesar 0,83%. Kata kunci: Pengendali Lofika Fuzi, Kecepatan Motor DC, Mikrokontroler Abstract–The system which implements Fuzzy Logic Controller (FLC) on AT89C52 for controlling the speed of DC motor is not only able to stabilize the motor speed according to desired setpoint but also stabilize it on variable loads. The speed control is performed by regulating field voltage Vf with regulator buck which using Pulse Width Modulation (PWM) switching. There are two inputs for controlling the speed; setpoint and feedback. Each input is digitalized using ADC0809 and is processed through FLC to have output as duty cycle which then becomes input for the regulator buck. Observation is performed to speed response to different setpoints and to variable loads and also to anchor voltage Va. The result shows that Naskah ini diterima pada tangal 4 Februari 2008, direvisi pada tanggal 10 Maret 2008 dan disetujui untuk diterbitkan pada tanggal 20 April 2008 Volume: 2, No.2 | Mei 2008

FLC can be used for regulating DC motor speed according to setpoint. The speed reaches steady state within 2.52 s – 4.65 s, with error rate 0.83 %. Keywords: Fuzzy Logic Controller, DC motor speed, Microcontroller

A. Pendahuluan Motor dc merupakan suatu mesin listrik yang dapat mengubah daya masukan listrik arus searah menjadi daya keluar mekanik. Kecepatan motor dc ini dapat diatur dengan melakukan pengendalian pada tegangan terminal, dan pengendalian fluksi medan (arus medan), serta pengendalian pada tahanan rangkaian jangkar. Hal ini dapat dilakukan secara otomatis karena keberhasilan perkembangan mikroprosesor dan komputer. Logika fuzi mendasari pengendali fuzi dan dilengkapi dengan basis pengetahuan yang mengandung kaidah-kaidah kendali berupa pernyataan bersyarat dengan predikat-predikatnya dalam bentuk himpunan fuzi. Kaidahkaidah kendali didasari oleh kaidah implikasi fuzi, kaidah komposisi serta operasi-operasi fuzi. Karena penalaran fuzi mempunyai kemiripan dengan mekanisme berfikir manusia, maka perancangan pengendali fuzi tidak memerlukan pemodelan secara matematis yang kompleks dari sistem. Penelitian ini menggunakan PLF tersebut pada sistem pengendalian kecepatan motor arus searah dengan tegangan masukan yang lebih sebesar yaitu sebesar 220 V dengan pengaturan di tegangan medan. Pengendalian kecepatan motor yang digunakan adalah dengan metode chopper

http://jurnal.ee.unila.ac.id/

116

ELECTRICIAN Jurnal Rekayasa dan Teknologi Elektro

BASIS PENGETAHUAN

FUZIFIKASI

DEFUZIFIKASI

Masukan tegas

keluaran tegas LOGIKA PENGAMBILAN KEPUTUSAN

Himpunan fuzi

Himpunan fuzi

Gambar 1. Konfigurasi dasar Pengendali Logika Fuzi B. Landasan Teori Pengendali Logika Fuzi Fuzifikasi mentransformasikan sebuah pengukuran ke dalam penaksiran dari nilai subyektif atau pemetaan dari ruang masukan ke himpunan fuzi dalam semesta pembicaraan masukan nyata. Basis pengetahuan terdiri dari basis data dan basis kaidah kendali linguistik, yang berfungsi sebagai berikut: a. Basis data, menyediakan definisi yang diperlukan untuk mendefinisikan kaidah kendali linguistik dan memanipulasi data fuzi dalam sebuah PLF. b. Basis kaidah, mengkarakterisasi tujuan dan aturan pengendalian dari pakar dengan memakai sebuah himpunan kaidah kendali linguistik. Metode penalaran yang digunakan dalam tugas akhir ini adalah penalaran MaximumMinimum Mamdani. 



 C1

A1 B1

a

0

0



0

x0



0

y0

b

0

M A X

0

C2

M I N

B2

a

c

0

b

 A2

C

M I N

c

c

Gambar 2. Contoh operasi penalaran MaxMin Mamdani


Proses defuszifikasi mengubah informasi dalam logika fuzi menjadi nilai tegas supaya dapat digunakan untuk mengendalikan suatu proses. Adapun metode yang digunakan adalah metoda Titik Pusat / Titik Berat (COA/COG) dengan rumus: n

z0 

  (w )  w z

j 1

j

n

  (w ) j 1

z

j

(1)

j

Motor DC Motor dc merupakan suatu mesin listrik yang dapat mengubah daya masukan listrik arus searah menjadi daya keluar mekanik. Motor DC dapat diatur kecepatan berdasarkan persamaan sbb : V  IaRa N (2) K Berdasar persamaan tersebut, kecepatan putar motor dc dapat diatur dengan mengubah fluks (kendali fluks) dengan mengubah tegangan medan, resistans jangkar (kendali rheostatik) atau tegangan terminal (kendali tegangan). Perubahan tegangan medan dapat mengubah kecepatan motor dc dan berbanding terbalik dengan tegangan terminal. Chopper Arus Searah Chopper diperlukan untuk mengubah sumber tegangan dc tetap menjadi sumber tegangan dc yang bersifat variabel.

Volume: 2, No.2 | Mei 2008

Haris: Pengendalian Kecepatan Motor Searah Dengan Logika Fuzi

Chopper dapat digunakan sebagai regulator mode pensaklaran untuk mengubah tegangan dc, yang biasanya tidak

117

teregulasi, menjadi tegangan keluaran dc yang teregulasi

Gambar 3. Proses Pengubahan Tegangan DC ke DC Dengan Metode Chopper C. Metode Penelitian

7-Segmen Display

Memilih Vt Ia

Mikrokontroler Setpoint

ADC

PLF

PWM

Dc Chopper

If

Motor dc

Tacho

Gambar 4. Diagram Blok Sistem mulai setpoint Atur Va E1 = setpoint - batas bawah

DE1 = E1 – E1(n-1)

Fuzifikasi E1 & DE1

implikasi defuzifikasi z + z(n-1) ya

Putaran

 Setpoint

ya

Z 2

tidak

PWM

tidak

tidak Naikkan Va

Baca Putaran

Putaran = setpoint ya

Putaran output – setpoint = E

selesai

DE = E(n) - E(n-1)

Gambar 4. Diagram Alir Proses Secara Keseluruhan Volume: 2, No.2 | Mei 2008

Kecepatan

118


Sistem Pengendali Logika Fuzi (PLF) digunakan dalam pengaturan lebar pulsa PWM yang kemudian akan mengatur tegangan medan (Vf) di motor arus searah. Sebelum masuk dalam PLF, mikrokontroler melakukan pemilihan tegangan pada sumber tegangan jangkar (Va), pada tugas akhir ini pembagian

tegangan masukan untuk Va yang digunakan yaitu 75 V, 100V, 125 V, 150 V untuk putaran 1000 sampai dengan 3000 rpm. Semesta pembicaraan variabel bahasa masukan dan keluaran dibagi atas lima set fuzi. Tiap set fuzi dicirikan atas satu fungsi keanggotaan, yaitu

Tabel 1. Batas-batas Fungsi Keanggotaan Kecepatan Masukan Batas Keanggotaan dalam Analog -2000 s.d. -1000 -20 s.d. 0 -1000 s.d. 1000 0 s.d. 2000 1000 s.d. 2000

Transformasi Digital 25 25 75 125 175

s.d. s.d. s.d. s.d. s.d.

Kategori Keanggotaan

75 125 175 225 225

Negatif Besar (NB) Negatif Kecil (NK) Normal (NL) Positif Kecil (PK) Positif Besar (PB)

NL



NB

NK

-2000

-1000

1

0

PK

PB

1000

2000

Gambar 5. Fungsi Keanggotaan Kecepatan Masukan Tabel 3. Batas-batas Fungsi Keanggotaan Kecepatan Keluaran Batas Keanggotaan dalam Analog -50 -50 -25 0 25

s.d. s.d. s.d. s.d. s.d.

Transformasi Digital

-25 0 25 50 50

0 0 25 50 50

Kategori Keanggotaan

s.d. 25 s.d. 50 s.d. 75 s.d. 100 s.d. 100

Negatif Besar (NB) Negatif Kecil (NK) Normal (NL) Positif Kecil (PK) Positif Besar (PB)

NL

NB

NK

-50

-25



1

0

PK

PB

25

50

Gambar 6. Fungsi Keanggotaan Kecepatan Keluaran Tabel 4. Tabel Kaidah Kendali Fuzi

MASUKAN _2 (UMPANBALIK)

MASUKAN-1 (SETPOINT) NB

NK

NB

NB

NK NL PK PB

NB NB NK NL


NL

PK

PB

NB

NB

NK

NL

NB NK NL PK

NK NL PK PB

NL PK PB PB

PK PB PB PB


Haris: Pengendalian Kecepatan Motor Searah Dengan Logika Fuzi

b. Setpoint 2000 rpm. 3000 2500 Kecepatan (rpm)

2000 1500 1000 500

NFAFB0

NFASP1

NFAFB1

()

FASP0

4,99

4,72

4,45

3,9

4,18

3,63

3,36

3,09

2,81

2,54

2

2,27

1,72

1,45

1,18

Waktu (t)

Gambar 9. Grafik Tanggapan Motor pada Setpoint 2000 rpm.

FAFB0

FASP1

FAFB1

Gambar 7. Relasi Fuzi Pada Program Untuk mendapatkan sinyal keluaran nyata digunakan metoda defuzzifikasi titik pusat / titik berat (COA/COG). Metoda ini memperhitungkan sinyal keluaran. Setelah didapatkan nilai tegas hasil proses logika fuzi, nilai tersebut dijadikan sebagai masukan bagi PWM sebagai penghasil pulsa untuk dc chopper yang menggerakkan motor dc hingga didapatkan kecepatan yang diinginkan. D. Hasil Dan Pembahasan Hasil Pengujian PLF Setpoint Tanpa Beban a. Setpoint 1800 rpm.

Keadaan steady state motor berkisar pada kecepatan 1960 rpm, waktu untuk mencapai steady state sebesar 4,649 detik dengan rise time 1,068 detik, dan terjadi overshoot sebesar 480 rpm. Lamanya motor mencapai steady state karena pemilih menaikkan tegangan Va dari 75 V menjadi 100 V. Kenaikan Va ini karena setpoint 2000 rpm berada pada dua buah range Va, yaitu 75 V dan 100 V dan penentuan mana Va yang digunakan tergantung mikrokontroler itu sendiri. c. Setpoint 2800 rpm. 3500

Kecepatan (rpm)

3000

2500

2500 2000 1500 1000 500

1500

4,88

4,58

4,28

3,98

3,68

3,38

3,08

2,78

2,48

2,18

1,88

1,58

1,28

0,98

0,68

2000

0,38

0

0,08

kecepatan (rpm)

0,91

() NFASP0

0,63

0

0

0,36

Penalaran Fuzi yang digunakan adalah kaidah operasi max-min. Operasi minimum dilakukan antara maksimal dua nilai fungsi keanggotaan set point dengan maksimal dua nilai fungsi anggota umpan balik. Sehingga maksimal dilakukan empat kali operasi minimum, yaitu:

119

Waktu (t)

1000 500

4,97

4,71

4,2

4,46

3,94

3,68

3,43

3,17

2,91

2,4

2,65

2,14

1,88

1,62

1,37

1,11

0,85

0

Gambar 10. Grafik Tanggapan Motor pada Setpoint 2800 rpm.

waktu (t)

Gambar 8. Grafik Tanggapan Motor Pada Setpoint 1800 rpm. Keadaan steady state motor berkisar pada kecepatan 1800 rpm, waktu untuk mencapai steady state sebesar 2,52 detik dengan rise time selama 0,74 detik, dan terjadi overshoot sebesar 200 rpm


Keadaan steady state motor berkisar pada kecepatan 2800 rpm, waktu untuk mencapai steady state sebesar 3,668 detik dengan rise time 0,593 detik, dan terjadi overshoot sebesar 320 rpm . Hasil Pengujian PLF Setpoint dengan Beban a. Beban 40 W

120


Gambar 11. Tanggapan Motor arus searah pada Setpoint 2760 rpm dengan Beban 40 W Saat beban sebesar 40 W diberikan putaran turun sebesar 200 rpm pengendali mampu memperbaiki kestabilan putaran sesuai dengan setpoint dalam waktu sekitar 2,055 detik. b. Beban 60W

kecepatan (rpm)

3000 2500 2000 1500 1000 500 5,04

4,77

4,51

4,24

3,98

3,71

3,45

3,18

2,92

2,65

2,39

2,12

1,86

1,59

1,33

0,8

1,06

0,53

0

0,27

0

waktu (t)

Gambar 12. Tanggapan Motor arus searah pada Setpoint 2480 rpm dengan Beban 60 W Saat diberikan beban sebesar 60 W putaran turun sebesar 320 rpm, pengendali mampu memperbaiki kestabilan putaran sesuai dengan setpoint dalam waktu sekitar 1,768 detik. Setelah beban dilepas terjadi overshoot sebesar 240 rpm. Kemudian pengendali dapat memperbaiki kestabilan putaran kembali sesuai dengan setpoint dalam waktu sekitar 1,79 detik.

1. Pengendalian Logika Fuzi (PLF) dapat digunakan untuk mengatur kecepatan motor arus searah. 2. Waktu yang digunakan untuk mencapai steady state terkecil 2,52 detik (setpoint 1800 rpm), waktu mencapai steady state terbesar 4,649 detik (setpoint 2000 rpm). 3. Saat diberi beban sebesar 40 W (setpoint 2760 rpm) PLF mampu memperbaiki kestabilan putaran sesuai dengan setpoint dalam waktu sekitar 2,055 detik. Dan saat diberikan beban sebesar 60 W (setpoint 2480 rpm) pengendali mampu memperbaiki kestabilan dalam waktu sekitar 1,768 detik. Daftar Pustaka [1]. Srikusuma ,2003, “Artificial Intelegence Teknik dan Aplikasinya”, Graha Ilmu, Yogyakarta. [2]. Patyra, M. J and Mlynek, D. M. (1997), “Fuzzy Logic Implementation and Aplication”, Wiley Teubner [3]. Mohammad Jamshidi, 1993, “Fuzzy Logic and Control”. Prentice Hall International Inc. [4]. Jun Yan, Michael Ryan, James Power, 1993, “Using Fuzzy Logic Towards Intelligent Systems”, Prentice Hall. [5]. Ibrahim, Ahmad M., 1999, “Introduction to Applied Fuzzy Electronics”,.Prentice Hall of India, New Delhi. [6]. Mazidi, Muhammad Ali and Janice Gillispie Mazidi, 1997, “The 8051 Microcontroller and Embedded System”, Prentice Hall. Ohio. [7]. Lister, 1993, ”Mesin dan Rangkaian Listrik”, Erlangga. Jakarta

E. Simpulan Dari pengujian yang telah dilakukan dapat diambil kesimpulan sebagai berikut:



Pengendalian Kecepatan Motor Arus Searah Dengan Logika Fuzi

Recommend Documents