PENINGKATAN EFISIENSI PENGGUNAAN DAYA PADA SISTEM MOBIL LISTRIK BERPENGGERAK MOTOR DC DENGAN MENGGUNAKAN LOGIKA KABUR (FUZZY LOGIC)

perpustakaan.uns.ac.id

digilib.uns.ac.id

PENINGKATAN EFISIENSI PENGGUNAAN DAYA PADA SISTEM MOBIL LISTRIK BERPENGGERAK MOTOR DC DENGAN MENGGUNAKAN LOGIKA KABUR (FUZZY LOGIC)

OLEH : HERY TRI WALOYO I 0405030

JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2012

commit to user


digilib.uns.ac.id 2

PENINGKATAN EFISIENSI PENGGUNAAN DAYA PADA SISTEM MOBIL LISTRIK BERPENGGERAK MOTOR DC DENGAN MENGGUNAKAN LOGIKA KABUR (FUZZY LOGIC) SKRIPSI Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik

OLEH : HERY TRI WALOYO I 0405030

JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2012

commit to user


digilib.uns.ac.id

commit to user


digilib.uns.ac.id 4

MOTTO ∩∠∪ ó=|ÁΡ$$sù |Møîtsù #sŒÎ*sù ∩∉∪ #Zô£ç„ Îô£ãèø9$# yìtΒ ¨βÎ) ∩∈∪ #ô£ç„ Îô£ãèø9$# yìtΒ ¨βÎ*sù

Karena Sesungguhnya sesudah kesulitan itu ada kemudahan. Sesungguhnya sesudah kesulitan itu ada kemudahan. Maka apabila kamu telah selesai (dari sesuatu urusan), kerjakanlah dengan sungguh-sungguh (urusan) yang lain (Al-Ayat)

commit to user


digilib.uns.ac.id

ABSTRAK Pembuatan mobil listrik adalah penting sebagai solusi untuk mengatasi permasalahan isu dibidang trasportasi. Penelitian dilaksanakan untuk mengetahui penghematan energi listrik yang digunakan pada mobil listrik berpenggerak motor DC dengan metode pengaturan logika kabur. Penelitian dilakukan dengan memberikan kontrol logika kabur sebagai pengambilan keputusan. Perintah masukan pada kontrol logika kabur adalah kecepatan referensi. Pengujian dilaksanakan dalam kondisi tanpa pembebanan dan ditinjau pada saat start hingga mencapai kecepatan tunak. Penelitian dikerjakan dengan langkah pembuatan simulasi dan dibuktikan pada penerapan mobil listrik nyata. Hasil dari penelitian menunjukkan penghematan waktu dengan kontrol logika kabur pada simulasi sebesar 67% dan penerapan nyata 30%. Penghematan energi dengan menggunakan kontrol logika kabur pada simulasi 64.55%. Kesimpulan dari penelitian adalah kontrol logika kabur dapat mengurangi waktu yang dibutuhkan untuk mencapai kecepatan referensi dan mengurangi penggunaan energy saat starting pada sistem mobil listrik.

Kata kunci: pengaturan, motor DC, mobil listrik, logika kabur, penghematan energi

commit to user


digilib.uns.ac.id 6

ABSTRACK Manufacture of electric cars is important, in order to solve the problem in transportation issue. Research is done to investigate power efficiency usage in electric car controlled system which is operated with DC motor by using fuzzy logic. Research is done by giving fuzzy logic control to take the choice. Input in fuzzy logic control is speed reference. Research is done at no load condition and from start to steady state condition. The study begun by performing simulations and then continue by application in the real electric car. The result shows saving time the control by using fuzzy logic in the simulations by 67% and 30% for real application. Energy saving by using fuzzy logic is 64.55% in the simulations. It can be concluded that by using the fuzzy logic control can be reduced the use of time to get speed reference and reduced energy used at starting time in electric car system.

Key word: control, DC motor, Fuzzy logic, energy saving

commit to user


digilib.uns.ac.id

KATA PENGANTAR Assalamualaikum Wr. Wb Alhamdulillah, puji syukur atas semua nikmat Allah SWT yang telah dilimpahkan kepada semua ciptaan-Nya, termasuk kepada penulis sehingga tugas akhir yang berjudul “Peningkatan Efisiensi penggunaan Daya pada Sistem Mobil Listrik Berpenggerak Motor DC Dengan Menggunakan Logika Kabur (Fuzzy Logic)“ dapat terselesaikan dengan baik. Sholawat dan Salam semoga tetap terlimpah kepada Rosululloh SAW yang telah menunjukkan jalan lurus kepada umat manusia. Pelaksanaan penelitian hingga penyusunan penulisan dalam tugas akhir ini tidak lepas dari berbagai kendala, akan tetapi dengan ijin Alloh banyak orang yang membantu penulis untuk menyelesaikan permasalahan yang penulis hadapi saat mengerjakan tugas akhir. Oleh karena itu penulis menyampaikan ucapan terima kasih sebesar-besarnya kepada: 1. Prof. Muhammad Nizam, S.T., M.T., Ph.D., selaku pembimbing I dan Purwadi Joko Widodo, S.T., M.KOM., selaku pembimbing II, terima kasih telah membimbing penulis untuk menyelesaikan TA ini. 2. Bapak-bapak Dosen tim penguji ( Didik Djoko, S.T., MT., Eko Prasetyo B, S.T., MT., dan Wahyu Purwo R, S.T.,M.T.) yang telah memberikan saran dan kritik kepada penulis tentang isi penulisan TA. 3. Bambang Kusharjanta, S.T., M.T., selaku pembimbing akademik penulis. 4. Bapak Didik Djoko Susilo, S.T., M.T., selaku ketua jurusan Teknik Mesin UNS yang telah membantu kelancaran TA penulis. 5. Bapak Maji dan Ibu Semi, karena beliau berdua penulis ada di dunia ini. Terima kasih bapak, ibu anakmu ini tidak akan pernah bisa membalas kebaikan kalian berdua. 6. Mawan Jupriyanto dan dek Hasyim yang telah menyemangati penulis sehingga semakin menambah bersemangat untuk segera menyelesaikan penelitian maupaun penyusunan laporan. 7. Rekan – rekan teknik mesin angkatan 2005 (yang berjumlah 20 mahasiswa), terima kasih atas semua bantuannya.

commit to user


digilib.uns.ac.id 8

8. Rekan – rekan sekalian yang tidak dapat saya sebutkan satu persatu, terima kasih atas dukungan yang diberikan. Semoga makalah Tugas Akhir penulis bisa bermanfaat bagi pembaca. Wassalamu’alaikum Wr Wb Surakarta,

Penulis

commit to user

2012


digilib.uns.ac.id

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ..............................................................................

i

HALAMAN PENGESAHAN ................................................................. ii HALAMAN MOTTO DAN PERSEMBAHAN ...................................... iii ABSTRAK ............................................................................................. iv ABSTRACK ...........................................................................................

v

KATA PENGANTAR ............................................................................ vi DAFTAR ISI .......................................................................................... viii DAFTAR GAMBAR ..............................................................................

x

DAFTAR TABEL .................................................................................. xii DAFTAR LAMPIRAN ........................................................................... xiii BAB I PENDAHULUAN ........................................................................

1

1.1. Latar Belakang Masalah ................................................... 1.2. Perumusan Masalah ......................................................... 1.3. Batasan Masalah ............................................................... 1.4. Tujuan dan Manfaat .........................................................

1 2 3 3

BAB II DASAR TEORI ..........................................................................

4

2.1. Tinjauan Pustaka............................................................. 2.2. Dasar Teori ..................................................................... 2.2.1 Mobil Listrik ....................................................... 2.2.2 Motor DC ............................................................ 2.2.3 Catu Daya ........................................................... 2.2.4 Kontrol Kecepatan ............................................... 2.2.5 Mikrokoontroller ATmega16 ............................... 2.2.6 Komponen Elektronika ........................................ 2.2.7 Sensor Kecepatan ................................................ 2.2.8 Logika Kabur ...................................................... 2.2.9 Kecepatan............................................................ 2.2.10 Jarak Tempuh ...................................................... 2.2.11 Daya Listrik ........................................................

4 5 5 6 8 9 10 11 16 17 21 22 23

BAB III METODOLOGI PENELITIAN ................................................. 24 3.1. 3.2. 3.3. 3.4.

Lokasi Penelitian ............................................................ 24 Objek penelitian.............................................................. 24 Peralatan yang Digunakan............................................... 24 Skema Alat ..................................................................... 24 3.4.1. Perangkat Lunak Penalaran kontrol Logika Kabur (Toolbox Fuzzy) ................................................... 25

commit to user


digilib.uns.ac.id 10

3.4.2. Permodelan ......................................................... 3.4.3. Aplikasi Perangkat Keras..................................... 3.5. Tahap Persiapan.............................................................. 3.6. Tahap Pengujian .............................................................

26 27 29 29

BAB IV DATA DAN ANALISA ............................................................ 32 4.1. Simulasi dengan Toolbox Fuzzy ...................................... 4.2. Simulasi dengan Permodelan .......................................... 4.2.1. Penyusunan Diagram Simulasi Pengaturan ............ 4.2.2. Simulasi Pengaturan Motor DC ............................. 4.2.3. Simulasi Pengaturan kontrol logika kabur .............. 4.2.4. Perbandingan Respon Kecepatan ........................... 4.2.5. Perbandingan Konsumsi Energi ............................. 4.2.6. Perbandingan konsumsi energi per jarak tempuh .... 4.3. Penerapan kontrol pada mobil listrik ............................... 4.3.1. Pembuatan Program ............................................... 4.3.2. Perbandingan Pengaturan Motor DC ......................

32 38 38 44 48 54 59 62 65 65 65

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ................................................... 70 5.1 Kesimpulan ...................................................................... 70 5.2 Saran ............................................................................... 70 DAFTAR PUSTAKA ............................................................................. 71 LAMPIRAN ........................................................................................... 73

commit to user


digilib.uns.ac.id

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. Gambar 2.2. Gambar 2.3. Gambar 2.4. Gambar 2.5. Gambar 2.6. Gambar 2.7. Gambar 2.8. Gambar 2.9. Gambar 2.10. Gambar 2.11. Gambar 2.12. Gambar 2.13. Gambar 2.14. Gambar 2.15. Gambar 2.16. Gambar 2.17. Gambar 2.18. Gambar 2.19. Gambar 2.20. Gambar 2.21. Gambar 3.1. Gambar 3.2. Gambar 3.3. Gambar 3.4. Gambar 3.5. Gambar 3.6. Gambar 3.7. Gambar 4.1. Gambar 4.2. Gambar 4.3. Gambar 4.4. Gambar 4.5. Gambar 4.6. Gambar 4.7. Gambar 4.8. Gambar 4.9. Gambar 4.10. Gambar 4.11. Gambar 4.12. Gambar 4.13. Gambar 4.14. Gambar 4.15. Gambar 4.16. Gambar 4.17.

Komponen utama mobil listrik .......................................... Rangkaian Ekivalen motor DC .......................................... Aki Basah ......................................................................... Signal PWM ..................................................................... Rangkaian pengendali kecepatan motor............................. Arsitektur Mikrokontroller ATmega16 .............................. Simbol Transistor Bipolar ................................................. Simbol dan bentuk MOSFET ............................................ Simbol dan bentuk fisik resistor tetap ................................ Struktur dan simbol dioda ................................................. Dioda dengan bias maju .................................................... Dioda dengan bias negatif ................................................. IC L293............................................................................. Rangkaian ekivalen input-output ....................................... Sensor kecepatan............................................................... Rangkaian sensor kecepatan .............................................. Grafik fungsi sigmoid ....................................................... Grafik fungsi Phi............................................................... Grafik fungsi segitiga ........................................................ Grafik fungsi trapesium ..................................................... Gerak rotasi....................................................................... Editor ................................................................................ Viewer .............................................................................. Permodelan ....................................................................... Bagan alur kerja kendali mobil listrik ................................ Sensor kecepatan............................................................... Rangkaian Kit ATmega16 ................................................. Diagram alir pelaksanaan penelitian .................................. Antarmuka Toolbox Fuzzy................................................. Variabel Input ................................................................... Variabel Output................................................................. Editor aturan dasar ............................................................ Rule Surface ..................................................................... Diagram motor DC............................................................ Diagram IGBT .................................................................. Pembangkit PWM ............................................................. Output PWM..................................................................... Kontrol Logika kabur ........................................................ Input kontrol kecepatan ..................................................... Respon kecepatan motor DC ............................................. Input kontrol kecepatan ..................................................... Respon kecepatan motor DC ............................................. Input kontrol kecepatan ..................................................... Respon kecepatan motor DC ............................................. Respon kecepatan kontrol logika kabur .............................

commit to user

6 7 8 9 10 11 12 13 13 14 14 14 15 16 16 16 18 18 18 19 22 25 26 26 27 28 28 31 32 33 34 35 37 39 40 41 42 42 45 45 46 47 47 48 49


Gambar 4.18. Gambar 4.19. Gambar 4.20. Gambar 4.21. Gambar 4.22. Gambar 4.23. Gambar 4.24. Gambar 4.25. Gambar 4.26. Gambar 4.27. Gambar 4.28. Gambar 4.29. Gambar 4.30. Gambar 4.31. Gambar 4.32. Gambar 4.33. Gambar 4.34. Gambar 4.35. Gambar 4.36. Gambar 4.37. Gambar 4.38.


Respon kecepatan (potongan A-A) .................................... Input PWM ....................................................................... Nilai Input kontrol logika kabur ........................................ Delta PWM ....................................................................... Motor DC dipercepat......................................................... Motor DC diperlambat ...................................................... Respon kecepatan pengaturan biasa ................................... Respon kecepatan kontrol logika kabur ............................. Perbandingan respon kecepatan ......................................... Perbandingan waktu naik .................................................. Perbandingan waktu tunak ................................................ Persentase penyimpangan.................................................. Konsumsi energi pada waktu naik ..................................... Konsumsi energi pada waktu tunak ................................... Penggunaan arus listrik per_jarak tempuh ......................... Perbandingan konsumsi energi per_jarak tempuh .............. Efisiensi penggunaan energi per_jarak tempuh .................. Diagram alir algoritma pemrograman ................................ Perdandingan respon kecepatan terhadap Input PWM ....... Persen Error respon kecepatan motor DC Nyata-Simulasi . Perbandingan waktu naik motor DC ..................................

commit to user

50 51 51 52 53 53 54 55 55 56 58 59 60 61 62 64 64 65 67 67 68


digilib.uns.ac.id

DAFTAR TABEL

Tabel 3.1. Konfigurasi PORT ATmega16 dan fungsinya ........................ Tabel 4.1. Fungsi keanggotaan Input ...................................................... Tabel 4.2. Fungsi keanggotaan Output ................................................... Tabel 4.3. Aturan dasar kontrol logika kabur .......................................... Tabel 4.4. Hubungan Input-Output logika kabur..................................... Tabel 4.5. Penyusun diagram pembangkit signal PWM .......................... Tabel 4.6. Komponen pengaturan kontrol logika kabur .......................... Tabel 4.7. Perbandingan simulasi respon waktu naik motor DC ............. Tabel 4.8. Perbandingan simulasi respon waktu tunak motor DC............ Tabel 4.9. Karakteristik starting kontrol logika kabur ............................. Tabel 4.10. Konsumsi energi pada kondisi waktu naik ............................. Tabel 4.11. Konsumsi energi pada kondisi waktu naik ............................. Tabel 4.12. Konsumsi energi per_jarak tempuh ........................................ Tabel 4.13. Respon kecepatan dengan PWM ............................................ Tabel 4.14. Perbandingan waktu tunak motor DC.....................................

commit to user

29 33 34 35 37 40 43 56 57 58 60 61 63 66 68



DAFTAR LAMPIRAN

Tabel 3.2. Tabel 3.3. Tabel 3.4.

Pengaturan Simulasi Pengaturan Kontrol Logika Kabur ....... 74 Program Mikrokontroller ..................................................... 77 Data Sheet Komponen ......................................................... 84

commit to user


digilib.uns.ac.id

BAB I PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang Masalah Krisis energi dan isu lingkungan merupakan isu sentral yang menjadi perhatian negara maju maupaun berkembang. Banyak penelitian yang telah dilakukan untuk mengatasi hal tersebut diantaranya konversi energi, penggunaan sumber energi terbarukan dan peningkatan efisiensi (Lund, 2010). Sektor terbesar penyumbang krisis energi dan kerusakan alam adalah bidang transportasi. Kesadaran lingkungan dan dampak krisis energi menjadikan trend penelitian bidang transportasi mengarah pada penggunaan energi listrik sebagai pengganti sumber energi fosil yang semakin menipis ketersediaannya dan menimbulkan pencemaran udara (Leitman, 2009). Solusi untuk mengatasi kelangkaan energi dan menjaga lingkungan adalah dengan menggunakan energi alternatif, salah satunya adalah energi listrik. Energi listrik dapat dihasilkan dari berbagai sumber energi baru dan terbarukan diantaranya matahari, angin, mikro hidro, fuel cell dan masih banyak sumber lain yang dapat dimanfaatkan sebagai pembangkit energi listrik. Salah satu pemanfaatan energi listrik bidang transportasi adalah mobil listrik. Energi listrik dirubah menjadi gerak oleh motor listrik sehingga pada pengoperasian tidak menghasilkan emisi sama sekali (Leitman, 2009). Dalam mobil listrik digunakan motor listrik untuk menghasilkan gaya dorong yang menjadikan mobil dapat melaju. Teknologi motor listrik yang digunakan adalah motor penggerak arus searah (motor DC). Motor DC memiliki sifat linear sehingga pengaturan kecepatan motor DC bisa langsung diatur tanpa menggunakan alat tambahan berupa inverter seperti pada pengaturan kecepatan motor AC. Dengan sedikitnya sistem kelistrikan yang digunakan akan mendukung terbentuknya sistem yang hemat energi (Beaty 1998). Pengaturan kecepatan putar motor dapat dilakukan dengan membangun sebuah sistem kontrol yang didalamnya ditanamkan algoritma pengaturan. Salah satu algoritma pengaturan yang banyak digunakan adalah kecerdasan buatan yang memiliki fleksibilitas tinggi dalam kinerjanya melakukan pengaturan. Agar proses

commit to user



pengaturan kecepatan menjadi semakin mudah dan efisien, penggunaan kecerdasan buatan kemudian ditanamkan kedalam sistem pengaturan. Untuk membangun sebuah kecerdasan buatan digunakan suatu metode atau logika tertentu dalam pengambilan keputusan, salah satu metode yang digunakan untuk pengtauran adalah logika kabur. Metode pengendalian dengan logika kabur mempunyai kelebihan dibandingkan dengan jenis pengendalian lainnya, diantaranya adalah tidak diperlukan model matematis yang rumit dari sistem yang akan dikendalikan dan algoritma pengendaliannya sangat sederhana (Saffiotti, 1997). Kelebihan algoritma logika kabur adalah penggunaan daya listrik dapat disesuaikan dengan kebutuhan. Solusi kontrol logika kabur dapat digunakan untuk sistem yang komplek ketika solusi yang biasanya (PID control) tidak mampu memberikan solusi (Naba, 2009). Logika kabur adalah teknik yang dikembangkan secara sistematis maupun matematik yang mengikuti pola logika dan pengambilan keputusan dari manusia, sehingga aturan logika kabur dapat dikembangkan berdasarkan pengetahuan dari pengguna. Potensi perkembangan pengetahuan manusia tidak terbatas yang berarti pengembangan aturan logika kabur juga tak terbatas, sehingga persoalan sekomplek apapun dapat diselesaikan dan penerapan logika kabur dapat diterapkan. Salah satu tujuan penelitian ini adalah untuk meningkatkan efisiensi penggunaan daya listrik dengan menggunakan metode logika kabur. Efisiensi ini diperoleh dengan menyesuaikan sumber daya kebutuhan dengan dan yang disediakan agar rugi-rugi daya menjadi semakin kecil. 1.2. Perumusan masalah Bagaimana kontrol kecerdasan buatan dengan logika kabur mampu memberikan peningkatan efisiensi penggunaan daya listrik pada sistem mobil listrik berpenggerak motor DC.

1.3. Batasan masalah Pada penelitian ini masalah dibatasi sebagai berikut ini :

commit to user


digilib.uns.ac.id

1.

Motor penggerak tanpa pembebanan.

2.

Membandingkan karakteristik pengaturan pada saat starting hingga keadaan waktu tunak.

3.

Daya keluaran diukur dari respon kecepatan motor.

4.

Rugi-rugi mekanik dan elektrik dianggap sama pada setiap pengujian.

1.4. Tujuan dan Manfaat Penelitian ini dilakukan dengan tujuan untuk : 1.

Membuat sebuah kecerdasan buatan berdasarkan logika kabur.

2.

Mengetahui perbandingan efisiensi mobil listrik berpenggerak motor DC tanpa kontrol tambahan dibanding dengan tambahan kontrol kecerdasan buatan berdasarkan logika kabur. Hasil yang diperoleh dari penelitian ini diharapkan dapat memberikan

manfaat sebagai berikut : 1.

Terbangun sebuah kecerdasan buatan berdasarkan logika kabur yang mampu meningkatkan efisiensi penggunaan daya listrik pada mobil listrik berpenggerak motor DC.

2.

Diketahui bagaimana logika kabur mampu memberikan peningkatan efisiensi penggunaan daya listrik pada motor listrik berpenggerak motor DC.

BAB II DASAR TEORI

2.1.

Tinjauan Pustaka

commit to user



Resmana (1999) melakukan penelitian terhadap alat pembuat gerabah yang diputar dengan menggunakan motor DC Servo. Pengaturan kecepatan dikontrol menggunakan mikrokontroler 8031 dengan algoritma pemrograman kontrol logika kabur. Dari data yang diperoleh menunjukkan bahwa respon sistem cukup cepat dalam mengejar nilai referensi kecepatan dalam berbagai variasi yaitu variasi kecepatan referensi, variasi beban dan variasi aturan dasar. Kontrol logika kabur merupakan salah satu sistem kontrol yang redundant atau fault tolerant yang artinya kontrol logika kabur masih dapat bekerja dengan adanya pengurangan beberapa rule, maupun jika terjadi kesalahan kecil dalam pemrogramannya, tanpa adanya perubahan yang signifikan. Era Purwanto (2008) melakukan penelitian tentang pengembangan inverter dengan kontrol logika kabur untuk pengendalian motor induksi sebagai penggerak mobil listrik dengan metoda vektor kontrol. Dari hasil percobaan didapatkan bahwa dengan menggunakan pengaturan logika kabur akan mempercepat waktu naik dan waktu yang digunakan hingga keadaan tunak. Kesalahan tunak yang dihasilkan menjadi lebih kecil 50% dibanding tanpa kontrol logika kabur. Endro wahjono (2009) Melakukan penelitian tentang pengembangan metode

pengaturan kecepatan motor induksi tanpa sensor (sensorless)

menggunakan Direct torque Control (DTC) dengan Fuzzy Logic Control (FLC). Dengan meggunakan metoda DTC memungkinkan untuk mengontrol secara langsung torka dan fluks stator. Dengan menggunakan Fuzzy Logic Direct Torque Control (FLDTC) mampu untuk mengikuti kecepatan referensi yang dinamis dengan baik serta dapat menekan penyimpangan sampai ke derajat yang sangat rendah. Arman (2009) melakukan penelitian pada pengaturan kecepatan dengan metode pengaturan kecepatan putar motor induksi tanpa sensor menggunakan metode fuzzy logic sliding mode controller (FLSMC). Direct torque control (DTC) digunakan sebagai basis estimasi parameter kontrol. Hasil yang diperoleh melalui simulasi menunjukkan respon kecepatan putar yang cepat dalam kondisi start, perubahan beban dan perubahan nilai kecepatan referensi. Khusus pada

commit to user


digilib.uns.ac.id

kondisi perubahan beban, respon kecepatan hampir tidak mengalami perubahan kecepatan atau bisa dikatakan respon kecepatan kokoh bila ada gangguan. Assanov (2009) melakukan penelitian mengenai peningkatan kinerja Coding Line Conveyer system (CLC), merupakan bagian utama yang digunakan pada proses pengelompokan paket kiriman yang digunakan pusat logistik Swiss. Pada kondisi normal tanpa menggunakan kontroller, koveyor berjalan dengan kecepatan tetap. Logika kabur melakukan pengaturan kecepatan belt. Jika didapatkan data alamat tujuan paket kiriman sama atau saling berdekatan, kontrol kecepatan akan diatur oleh logika kabur. Dengan menggunakan kontrol logika kabur didapatkan peningkatan kapasitas kerja. Valera dkk. (2009) menjelaskan mengenai arsitektur dan metodologi perancangan sistem/ komponen berbasis virtual modeling. Simulasi memberikan kesempatan penggantian perangkat keras seperti yang sesungguhnya. Hasilnya adalah dengan menggunakan perancangan berbasis virtual modeling mengurangi untuk mengurangi waktu pengembangan dari rata-sata 3 tahun menjadi hanya 12 bulan dan juga meningkatkan kualitas hasil perancangan secara keseluruhan. Chetouane (2010) melakukan penelitian untuk membandingkan kinerja kontrol logika kabur dan kontrol PID pada sistem inverted gyroscopic pendulum (GIP). Penelitian dilakukan dengan melakukan simulasi dengan menggunakan perangkat lunak MATLAB untuk mendapatkan data respon sistem pendulum. Pada kontrol logika kabur digunakan aturan dasar sejumlah 49 aturan dasar. Dari hasil penelitian didapatkan bahwa kontrol logika kabur memiliki kelebihan karena kestabilan dan responnya yang cepat. 2.2.

Dasar Teori

1. Mobil Listrik Mobil listrik adalah alat transportasi yang memanfaatkan listrik sebagai sumber energi. Sebagai penggerak digunakan motor listrik yang memiliki prinsip kerja merubah energi listrik menjadi energi mekanik (Leitman, 2009). Penggunaan energi listrik sebagai sumber penghasil tenaga penggerak disebabkan semakin sulitnya bahan bakar fosil dan pentingnya menjaga alam dari polusi bahan bakar tersebut. Energi listrik dapat dihasilkan dari berbagai sumber yang sangat melimpah disekitar kita tanpa menghasilkan polusi. Kita dapat

commit to user



memanfaatkan sumber alam yang sangat melimpah seperti angin, air, panas bumi, cahaya untuk membangkitkan energi listrik (Johansson, 1993). Listrik sebagai sumber energi mobil listrik berdasarkan keadaan kutubnya dibagi menjadi listrik kutub bolak – balik atau AC dan listrik kutub searah atau DC. Listrik AC dan DC memiliki karakteristik tersendiri. Listrik yang digunakan sebagai sumber energi mobil listrik diperoleh dari batere yang mampu menyimpan beda potensial. Motor penggerak yang memanfaatkan arus DC atau motor DC memiliki kelebihan dibanding motor AC. Motor DC memiliki kelebihan diantaranya pengaturan kecepatan mudah, arah putaran motor reversible, memiliki respon yang cepat, memiliki fungsi pengereman yang baik. Berdasarkan kelebihan yang dimiliki, motor DC banyak digunakan untuk kegiatan industri dan banyak penggunaan lainnya (Beaty 1998). Bagian penyusun mobil listrik sama dengan mobil pada umumnya kecuali pada sumber tenaga yang digunakan untuk menghasilkan gaya dorong dan pengaturan laju kendaraan. Mobil listrik terdiri dari batere yang menghasilkan energi, motor listrik yang menggerakkan roda dan bagian kontrol yang mengatur aliran energi dari sumber ke motor (Leitman, 2009). Skema dari sebuah motor listrik seperti tampak pada gambar 2.1.

Motor Battery

Controller Gambar 2.1. Komponen utama mobil listrik

2. Motor DC Motor arus searah (motor DC) termasuk jenis aktuator yang menghasilkan gerak dari sumber energi listrik. Bagian utama motor DC terdiri dari aktuator (bagian yang selalu berputar) dan stator (bagian yang diam). Stator merupakan tempat kumparan medan (field winding) dan rotor merupakan tempat rangkaian jangkar (armature winding). Prinsip kerja dari motor DC sesuai dengan sifat kemagnetan dimana magnet yang kutubnya berlawanan arah didekatkan satu sama lain akan saling tarik menarik dan sebaliknya, magnet yang kutubnya searah akan

commit to user


digilib.uns.ac.id

saling tolak. Arah medan magnet rotor akan selalu berusaha untuk berada pada posisi yang berlawanan arah dengan arah medan magnet stator. Dalam mesin DC, arah medan magnet stator adalah tetap, sehingga untuk menjaga kontinyuitas momen putar rotor maka arah medan magnet rotor harus menyesuaikan atau dirubah. Untuk menciptakan efek perubahan arah medan rotor dilakukan dengan merubah arah aliran arus yang mengalir dalam rangkaian jangkar. Perubahan aliran arus rotor dilakukan dengan menghubungkan rangkaian jangkar dengan sumber tegangan luar melalui sikat (brush) yang dilengkapi dengan komutator. Cincin komutasi berfungsi sebagai alat untuk menjaga agar posisi medan jangkar selalu optimum dalam menghasilkan momen putar. Metode pembangkitan medan stator dapat dilakukan dengan mengalirkan arus pada kumparan sehingga terbentuk sebuah medan elektromagnet yang memiliki arah medan magnet tetap. Model matematika dari sebuah motor DC dapat dikembangkan dengan menggunakan pendekatan rangkaian ekivalen. Secara sederhana rangkaian ekivalen sebuah motor DC dengan penguatan terpisah (separately excited) diperlihatkan seperti pada Gambar 2.2.

Gambar 2.2. Rangkaian Ekivalen motor DC

Persamaan matematisnya dapat diuraikan sebagai berikut :

(2.1)

(2.2)

Dimana, IF arus medan

IA arus jangkar

VF tegangan medan

EA back emf

commit to user


RF resitansi medan

digilib.uns.ac.id 22 VT tegangan terminal

LF induktansi medan RA resistansi jangkar Hubungan elektromagnetiknya dapat diuraikan sebagai berikut:

(2.3)

(2.4)

(2.5) Dimana Te dan TL adalah torsi motor dan torsi beban. J adalah konstanta inersia dari drive dan ω adalah kecepatan motor serta Bm adalah koefisien redaman dari sistem mekanis. 3. Catu Daya Batere adalah komponen elektronika yang berfungsi menyimpan energi listrik. Batere secara umum terdiri dari elektroda (anoda dan katoda), lapisan pemisah, terminal dan elektrolit. Tiap sel batere dirangkai menjadi satu rangkaian elektrik yang disebut modul batere. Terminal adalah bagian batere yang dihubungkan dengan rangkaian atau beban elektrik. Terdapat dua jenis terminal yakni terminal positif dan terminal negatif. Elektrolit yang digunakan dapat berupa cair, gel, atau padat (Sandeep, 2001).

Gambar 2.3. Aki basah Batere dalam kerjanya menggunakan prinsip beda tegangan. Terminal positif memiliki tegangan lebih tinggi dari terminal negatif. Pada saat terminal terhubung dengan rangkaian elektronik atau beban, terminal positif akan mengalirkan listrik kepada beban dan elektron dari negatif mengalir menuju teminal positif. Paada masing-masing elektroda akan terjadi reaksi kimia sehingga pada keadaan tertentu beda tegangan mengalami kondisi netral. Untuk dapat digunakan kembali maka harus dialirkan listrik dengan arah berkebalikan agar terjadi reaksi berkebalikan, sehingga kedua terminal kembali memiliki beda potensial.

commit to user


digilib.uns.ac.id

Pemilihan jenis batere ditentukan oleh kebutuhan. Untuk keperluan mobil listrik banyak dikembangkan batere dengan elektronik berbentuk gel, pasta atau resin. Batere yang digunakan juga harus memiliki isolasi yang baik seperti NiMh, Li-ion, Pb-acid. 4. Kontrol kecepatan Metode paling mudah untuk pengaturan kecepatan motor DC adalah dengan menggunakan metode pengaturan Pulse Width Modulation (PWM). Pengaturan dengan PWM menggunakan prinsip pengaturan nilai tegangan yang dilakukan antara keadaan ON dan OFF pada frequensi tertentu. Perbandingan waktu antara signal pada keadaan ON dengan periode dalam satu siklus disebut duty cycle, seperti terlihat pada penjelasan berikut.

Gambar 2.4. Signal PWM

"#

dimana $

100

(2.6)

100%

(2.7)

%

Kecepatan motor sebanding dengan besarnya Duty Cycle, sehingga semakin besar Duty Cycle maka menghasilkan putaran motor tinggi, semakin rendah Duty Cycle maka menghasilkan putaran motor rendah. Secara sederhana, sistem kontrol kecepatan motor DC terlihat seperti gambar

Gambar 2.5. Rangkaian pengendali kecepatan motor 5. Mikrokontroler ATmega16

commit to user



Mikrokontroler AVR merupakan mikrokontroler berbasis arsitektur RISC (Reduced Instruction Set Computing) 8 bit. Berbeda dengan mikrokontroler keluarga 8051 yang mempunyai arsitektur CISC (Complex Instruction Set Computing), AVR menjalankan sebuah instruksi tunggal dalam satu siklus dan memiliki struktur I/O yang cukup lengkap sehingga penggunaan komponen eksternal dapat dikurangi. Mikrokontroler AVR didesain menggunakan arsitektur Harvard, di mana ruang dan jalur bus bagi memori program dipisahkan dengan memori data. Memori program diakses dengan single-level pipelining, di mana ketika sebuah instruksi dijalankan, instruksi lain berikutnya akan di-prefetch dari memori program. ATmega16 adalah salah satu keluarga mikrokontroller AVR yang memiliki kapsistas Flash memori 16 Kbyte, EEPROM 512 Byte dan SRAM 1 Kbyte. Secara lebih lengkap fitur yang dimiliki oleh ATmega16 adalah sebagai berikut: 1. Mikrokontroller AVR 8 bit yang memimiliki kemampuan tinggi, berdaya rendah 2. Saluran I/O sebanyak 32 buah yaiutu PORT A, PORTB, PORT C, dan PORT D yang memiliki fungsinya masing-masing 3. Unit interupsi internal dan eksternal 4. Fitur Peripheral a. Tiga buah timer b. Real Time Counter dengan Oscilator tersendiri c. 4 channel PWM d. 8 channel 10-bit ADC e. On-chip Analog Comparator

commit to user


digilib.uns.ac.id

Gambar 2.6. Arsitektur mikrokontroler ATmega16 (sumber: Datsheet ATmega16) 6. Komponen elektronika 2.2.6.1

Transistor

Transistor adalah komponen semikonduktor yang memiliki tiga terminal. Tiap-tiap terminal terbuat dari bahan yang berbeda. Transistor merupakan jenis komponen aktif karena dalam kerja membutuhkan sumber arus (Power Supply). Menurut pengkutupannya, transistor dibedakan menjadi transistor bipolar dan transistor unipolar. Transistor banyak digunakan untuk berbagai keperluan diantaranya adalah sebagai penguat arus, saklar elektronika, osilator, pencampur (mixer) dan penyearah. Jenis transistor yang biasa digunakan untuk keperluan penguatan adalah transistor bipolar. Transistor bipolar dinamakan demikian karena kanal konduksi utamanya menggunakan dua polaritas pembawa muatan (elektron dan lubang) untuk membawa arus listrik. Dalam transistor bipolar arus listrik utama harus melewati satu daerah/lapisan pembatas dinamakan depletion zone. Ketebalan lapisan batas dapat diatur dengan kecepatan tinggi dengan tujuan untuk mengatur aliran arus utama tersebut. Transistor bipolar terdiri atas sebuah bahan tipe P dan N. Transistor bipolar terdiri dari transistor NPN dan transistor PNP. Transistor NPN tersusun dari lapisan tipe P yang diapit oleh dua bahan tipe N, transistor PNP tersusun dari lapisan tipe N yang diapit oleh dua bahan tipe P. Ketiga terminal transistor dikenal

commit to user



dengan Emitor (E), Basis (B) dan Kolektor(C). Emitor merupakan bahan semikonduktor yang diberi tingkat doping sangat tinggi. Bahan kolektor diberi doping dengan tingkat yang sedang. Sedangkan basis adalah bahan dengan dengan doping yang sangat rendah. Perlu diingat bahwa semakin rendah tingkat doping suatu bahan, maka semakin kecil konduktivitasnya. Hal ini karena jumlah pembawa mayoritasnya (elektron untuk bahan N; dan hole untuk bahan P) adalah sedikit.

Gambar 2.7. Simbol transistor bipolar

http://id.wikipedia.org/wiki/Transistor_sambungan_dwikutub) (sumber : http://id.wikipedia.org/wiki/Transistor_sambungan_dwikutub Transistor unipolar atau Field Effect Transistor (FET) hanya menggunakan

satu jenis pembawa muatan (elektron atau hole). Dalam FET, arus listrik utama mengalir dalam satu kanal konduksi sempit dengan depletion zone di kedua sisinya (dibandingkan dengan transistor bipolar dimana daerah Basis memotong arah arus listrik utama). Dan ketebalan dari daerah perbatasan ini dapat dirubah

dengan perubahan tegangan yang diberikan, untuk mengubah ketebalan kanal konduksi tersebut.

Transistor unipolar misalnya FET, MOSFET, JPET dan lainlain-lain. JFET (Junction Field Effect Transistor) adalah salah satu model transistor junction dan

mempunyai resistansi input yang cukup tinggi. JFET memerlukan pembawa mayoritas untuk dapat bekerja (muatan hole atau elektron). JFET mempunyai kaki terminal, sama halnya dengan transistor bipolar yaitu Drain (D), Source (S) dan Gate (G). MOSFET (Metal Oxide Semi Conductor) mempunyai gate terbuat dari

bahan logam dan antara kanal dan gate dilapisi oleh suatu bahan silikon dioksida. MOSFET mempunyai jenis kanal N dan kanal P. Dalam penggunaan transistor

commit to user


digilib.uns.ac.id

untuk suatu proyek harus dipakai transistor yang tepat. Letak sambungan kaki suatu transistor sudah ditetapkan oleh pabrik pembuatnya.

Gambar 2.8. Simbol dan bentuk MOSFET 2.2.6.2

Resistor

Resistor adalah suatu komponen elektronika yang fungsinya untuk menghambat arus dan tegangan listrik. Berdasarkan jenisnya, resistor dibagi menjadi dua yaitu resistor tetap dan resistor variabel. Disebut dengan resistor tetap karena memiliki tahanan yang tetap sedangkan resistor variabel nilai tahanannya dapat dirubah sesuai dengan kebutuhan. Resistor memiliki batas kemampuan daya misalnya : 1,16 watt, 1,8 watt, ¼ watt, ½ watt, dan sebagainya, sehingga resistor hanya dapat dioperasikan dengan daya maksimal sesuai dengan kemampuan yang dimiliki.

Gambar 2.9. Simbol dan bentuk fisik resistor tetap 2.2.6.3

Dioda

Dioda merupakan suatu semikonduktor yang hanya dapat menghantar arus listrik dan tegangan pada satu arah saja. Dioda berfungsi mengalirkan arus pada satu arah dan menahan arus dari arah yang berlawanan. Bisa dikatakan dioda juga berfungsi sebagai pencegah arus balik (feed back) (Zuhal 2004). Bahan pokok untuk pembuatan dioda adalah Germanium (Ge) dan Silikon/Silsilum (Si). Struktur dioda terdiri dari sambungan semikonduktor P dan N. Satu sisi adalah semikonduktor dengan tipe P dan sisi yang lain adalah tipe N. Dengan struktur demikian arus hanya akan dapat mengalir dari sisi P menuju sisi N, seperti nampak pada gambar 2.10.

commit to user



Gambar 2.10. Struktur dan simbol dioda Gambar ilustrasi di atas menunjukkan sambungan PN dengan pembatas sempit yang disebut lapisan deplesi (depletion layer), dimana terdapat keseimbangan hole dan elektron. Seperti yang sudah diketahui, pada sisi P banyak terbentuk hole-hole yang siap menerima elektron sedangkan di sisi N banyak terdapat elektron-elektron yang siap untuk bebas merdeka. Jika diberi bias positif, dengan arti kata memberi tegangan potensial sisi P lebih besar dari sisi N, maka elektron dari sisi N merta akan tergerak untuk mengisi hole di sisi P. Tentu kalau elektron mengisi hole disisi P, maka akan terbentuk hole pada sisi N karena ditinggal elektron. Ini disebut aliran hole dari P menuju N, Kalau mengunakan terminologi arus listrik, maka dikatakan terjadi aliran listrik dari sisi P ke sisi N.

Gambar 2.11. Dioda dengan bias maju Sebalikya jika polaritas tegangan dibalik yaitu dengan memberikan bias negatif (reverse bias). Dalam hal ini, sisi N mendapat polaritas tegangan lebih besar dari sisi P. Maka yang terjadi adalah tidak akan terjadi perpindahan elektron atau aliran hole dari P ke N maupun sebaliknya. Karena baik hole dan elektron masing-masing tertarik ke arah kutup berlawanan. Bahkan lapisan deplesi (depletion layer) semakin besar dan menghalangi terjadinya arus.

Gambar 2.12. Dioda dengan bias negatif

commit to user


2.2.6.4

digilib.uns.ac.id

IC L293

Integrated Circuit (IC) terbuat dari sekeping kristal silicon dengan luas beberapa mm2 yang didalamnya terdapat sejumlah komponen aktif dan pasif yaitu transistor, dioda, condensator dan resistor yang telah dirangkai secara terpadu. Kemajuan teknologi saat ini memungkinkan membuat sebuah IC yang besarnya hanya beberapa mm2 saja tetapi mampu memuat puluhan ribu transistor. Keuntungan yang didapatkan dengan adanya IC diantaranya adalah praktis, mudah diperbaiki dan berkemampuan tinggi. Dengan IC yang membutuhkan ukuran kecil tetapi mampu memberikan fungsi komponen yang beragam memungkinkan untuk membuat sebuah rangkaian elektronik yang komplek tetapi hanya membutuhkan tempat yang tidak begitu luas. Salah satu jenis IC yang digunakan untuk keperluan penguatan adalah IC L293. IC L293 berfungsi sebagai penguat tegangan. Bentuk dan konfigurasi Pin yang dimiliki komponen IC L293 tampak pada gambar. IC L293 merupakan empat buah rangkaian setengah H-Bridge dengan empat ground sehingga kaki yang dimiliki berjumlah 16 dengan fungsi masing-masing kaki komponen seperti tampak pada gambar 2.13.

(a) (b) Gambar 2.13. IC L293 (a) letak pin (b) bentuk arsitektur (sumber: Datasheet IC L293) IC L293 adalah empat rangkaian penguat yang dapat bekerja pada tegangan TTL. Rangkaian ekivalen IC L293 adalah transistor yang dirangkai dengan rangkaian darlington. Rangkaian ekivalen untuk input dan output dapat dilihat pada gambar 2.14.

commit to user



Gambar 2.14. Rangkaian ekuivalen input-output 7. Sensor kecepatan

Kecepatan dihitung dari putaran motor DC dengan menggunakan sensor kecepatan. Sensor kecepatan berfungsi memroses gerak menjadi data digital yang selanjutnya dikirimkan ke mikrokontroller. Metode yang digunakan adalah menggunakan encoder dengan bagian utamanya piringan, photodioda, LED seperti terlihat pada gambar 2.15.

(a)

(b)

(c)

(d)

(f) Gambar 2.15. Sensor kecepatan. (a) piringan yang berputar, (b) LED/Photodiode (c) simbol Photodiode (d) simbol LED (f) signal yang dibangkitkan Perhitungan kecepatan putar dapat dilakukan dua cara yakni menghitung

frekuensi tiap detik atau menghitung periode tiap signal yang diterima.

Gambar 2.16. Rangkaian sensor kecepatan

commit to user


digilib.uns.ac.id

Perhitungan kecepatan putar dapat dilakukan dua cara yakni menghitung frekuensi tiap detik atau menghitung periode tiap signal yang diterima. Dengan Menggunakan rumus perhitungan bisa diapatkan kecepatan putar berupa putaran per detik. Untuk dapat menghitungnya, perlu diketahui terlebih dahulu banyaknya lubang pada piringan berputar (n lubang). Pengukuran kecepatan dengan mengukur frekuensi setiap detik dilakukan dengan mencacah atau menghitung banyaknya lubang yang terlewati oleh signal sehingga dengan rumus )*+

/0 )

&'( ,* *- .

(2.8)

8. Logika Kabur Logika kabur adalah peningkatan dari logika boolean yang memiliki konsep kebenaran sebagaian. Jika dibandingkan dengan logika klasik yang menyatakan bahwa segala hal dapat diekspresikan dalam istilah binari (0 atau 1, hitam atau putih, ya atau tidak) logika kabur memiliki nilai antara. Logika kabur menggantikan kebenaran boolean dengan tingkat kebenaran tertentu. Dengan logika kabur memungkinkan nilai keanggotaan antara 0 dan 1, hitam dan putih. Logika kabur dapat mendefinisikan dengan baik bentuk linguistik konsep tidak pasti seperti “sedikit”, “lumayan”, atau “sangat”. Logika kabur berhubungan dengan himpunan kabur dan teori kemungkinan. Konsep logika kabur pertama kali diperkenalkan oleh Dr. Lutfi Zadeh dari Universitas California, Berkeley 1965 (Naba, 2009). Untuk menterjemahkan suatu data mekanis kedalam data linguistik, pada logika kabur dikenal himpunan fuzi dan derajat keanggotaan. Himpunan fuzi adalah sebuah himpunan dimana fungsi keanggotaannya memiliki derajat keanggotaan tertentu dengan nilai antara 0% hingga 100%. Himpunan Fuzi mendasari konsep logika kabur yang menyatakan bahwa kebenaran dari sembarang pernyataan hanyalah masalah derajat. Fungsi kenggotaan didalam sistem kontrol logika kabur memiliki peranan yang sangat penting untuk mempresentasikan masalah dan manghasilkan keputusan secara akurat. Fungsi keanggotaan hendaknya dibuat oleh orang yang ahli dibidang yang akan dibuat

commit to user



kontrol agar nilai yang dihasilkan mendekati dengan dengan ideal yang diinginkan. Terdapat beberapa jenis fungsi keangotaan diantaranya: a. Fungsi sigmoid

Fungsi sigmoid berbentuk sigmoid seperti huruf S. Setiap nilai x (anggota criso set) dipetaka ke dalam interval [0,1]. Grafiknya seperti

gambar dibawah ini.

Gambar 2.17. Grafik fungsi Sigmoid b. Fungsi phi

Disebut fungsi phi karena mempunyai bentuk seperti symbol phi. Pada fungsi ini hanya terdapat satu nilai x yang berderajat keanggotaan sama dengan 1. Adapun bentuk dari grafik fungsi phi adalah sebagai berikut:

Gambar 2.18. Grafik fungsi Phi

c. Fungsi segitiga

Fungsi segitiga mempunyai bentuk segitiga dengan keanggotaan yang mempunyai derajat keanggotaan sama dengan satu adalah satu. Adapun grafik dari fungsi segitiga adalah sebagai berikut:

Gambar 2.19. Grafik Fungsi Segitiga

commit to user


digilib.uns.ac.id

d. Fungsi Trapesium

Fungsi trapesium berbentuk trapesium sehingga keangggotaan yang mempunyai derajat keanggotaan sama dengan satu lebih dari satu buah. Adapun bentuk dari fungsi trapesium adalah sebagai berikut:

Gambar 2.20. Grafik fungsi Trapesium

Suatu sistem yang lengkap berbasis aturan logika kabur terdiri dari tiga komponen utama yakni fuzifikasi, aturan kendali fuzi, dan defusifikasi.

Fuzifikasi

Proses fuzifikasi dimaksudkan untuk merubah masukan-masukan yang nilai kebenarannya bersifat pasti (crisp input) dikonversi ke bentuk input logika

kabur, yang berupa nilai linguistik yang simantiknya ditentukan berdasarkan fungsi kenggotaan. Inferensi Inferensi melakukan penalaran menggunakan input logika kabur dan aturan logika kabur yang telah ditentukan sehingga menghasilkan keluaran logika kabur. Terdapat dua sistem inferensi pada logika kabur yang biasa dipakai dalam

sistem pengaturan, yaitu: 1. Model Mamdani

Pada model ini, aturan inference didefinisikan sebagai: If x1 is A1 AND ….AND xn is An THEN y is B Di mana A1 … An dan B adalah nilai-nilai linguistik (atau fuzzy set) dan “x1 adalah A1 ” menyatakan bahwa variable x1 adalah anggota fuzzy set A1. 2. Model Sugeno

Model ini disebut juga Takagi-Sugeno-Kang (TSK) model, yaitu suatu model dari varian model Mamdani. Model ini menggunakan aturan yang berbentuk: If x1 is A1 AND ….AND xn is An THEN y =f(x1…………,xn)

commit to user



Di mana f bisa berupa sembarang fungsi dari variable-variabel input yang nilainya berada dalam interval variable output. Defuzifikasi Defuzifikasi adalah proses pembalikan keadaan pada scrip. Terdapat beberapa metode defuzifikasi yaitu: 1. Centroid metode Metode ini disebut juga sebagai center of area atau center of grafity. Adapun rumus dari metode ini adalah:

1 2() 1 2()

(2.9)

Fungsi integral diatas bisa diganti dengan fungsi jumlah jika y bernilai diskrit, sehingga menjadi:

∑ 2() ∑ 2()

(2.10)

Dimana y adalah nilai crisp dan µ(y) adalah derajat keanggotaan dari y. Metode ini dipakai oleh sistem fuzzy Mamdani. 2. Heigh metode Metode ini juga sebagai prinsip keanggotaan maximum karena metode ini secara sederhana memilih nilai crisp yang memiliki derajat keanggotaan maximum. Metode dipakai oleh sistem fuzzy tipe Sugeno. 3. First of maxima Metode ini juga merupakan generalisasi dari heigh metode untuk kasus dimana fungsi keanggotaan output memiliki lebih dari satu nilai maximum. 4. Mean-Max Metode Metode ini merupakan generalisasi dari heigh metode untuk kasus dimana terdapat lebih dari satu nilai crisp yang memiliki derajat keanggotaan maksimum. Adapun persamaan dari metode ini adalah:

67 8

(2.11)

Dimana m adalah nilai crisp yang paling kecil dan M adalah nilai crisp yang paling besar.

commit to user


digilib.uns.ac.id

5. Weighted Average Metode ini mengambil nilai rata-rata dengan menggunakan pembobotan berupa derajat keanggotaan. Adapun persamaannya adalah sebagai berikut: ∑

2() 2()

(2.12)

Dimana y adalah nilai crisp dan µ(y) adalah derajat keanggotaan dari nilai crisp. 9. Kecepatan Gerak translasi Suatu benda yang melakukan gerak pada selang waktu tertentu dapat dikatakan memiliki kecepatan. Dalam istilah kinematika gerak satu dimensi dikenal istilah kecepatan dan laju. Laju didefinisikan sebagai seberapa jauh benda berjalan dalam suatu selang waktu tertentu. Kecepatan berbeda dengan laju karena kecepatan dinyatakan sebagai besar (nilai numerik) mengenai seberapa cepat sebuah benda bergerak maupun arah geraknya sehingga kecepatan merupakan besaran vektor. Kecepatan rata-rata didefinisikan dalam hubungannya dengan perpindahan, dan bukan dalam jarak total yang ditempuh. Sehingga laju rata-rata dirumuskan dengan: 9:; <:: − <::

,) >* ?)* >* >*)

(2.13)

Sedang untuk kecepatan rata-rata dirumuskan dengan: >> @ A::B <:: − <::

?)* >* >*)

(2.14) Jika suatu benda pada saat t% berada pada posisi awal x% dan pada saat t 8

berada pada posisi akhir x8 maka untuk mencari kecepatan rata-rata dari benda tersebut (ύ) digunakan rumus:

ύ

EF GEH

(2.15)

F GH

Jika kecepatan benda yang bergerak berubah maka selisih kecepatan dibagi waktu yang digunakan adalah percepatan “a”, apabila dituliskan dengan rumus adalah

a

JF GJH

(2.16)

F GH

commit to user



dimana v : kecepatan benda (m/s) x : Perpindahan (m) t : waktu (s) a : percepatan (m/s2) Apabila kecepatan dihitung mulai dari t = 0 dan dari kondisi benda dalam keadaan diam atau v = 0, maka rumus diatas dapat dituliskan menjadi a

J

(2.17)

Gerak Rotasi Suatu benda dikatakan berotasi apabila benda tersebut melakukan gerak secara tetap membnetuk lintasan berupa lingkarang terhadap titik pusat acuan. Jarak titik pusat dengan bagian terluar disebut dengan radius atau jari-jari seperti tampak pada gambar 2.21.

ω

r

Gambar 2.21. Gerak rotasi Kecepatan gerak melingkar dapat dihitung dari frekuensi atau periode benda tersebut dengan menggunakan rumus: ω 2πf M

%

(2.18)

dengan

(2.19)

Dari kecepatan sudut dapat dihitung kecepatan linier dengan rumus: v rω (2.20) Dimana: ω : kecepatan sudut (rad/s) f : frekuensi (putaran/detik) T : periode (detik) r : jari-jari roda (m) ν : Kecepatan linear (m/s)

10. Jarak Tempuh Suatu benda yang bergerak dengan kecepatan tertentu akan menempuh jarak sejauh kecepatan dikalikan dengan waktu atau sesuai dengan rumus

(2.21)

s=νt

commit to user


digilib.uns.ac.id

Jika benda mengalami perubahan kecepatan atau mengalami percepatan maupun perlambatan, jarak yang ditempuh suatu benda pada selang waktu tertentu (t) dapat dihitung dengan rumus s(t) = v(t-1) t + 0.5 a t2

(2.22)

J(P) GJ(PQH)

sedang a

s(t) = v(t-1) t + 0.5 (v(t) – v(t-1)) t

(2.23) Jarak tempuk total gerak benda dapat dihitung dengan menggunakan

rumus s = s(t-1) + s(t) sehingga kita dapatkan jarak tempuh total benda adalah

(2.24)

s = s(t-1) + v(t-1) t + 0.5 (v(t) – v(t-1)) t Dimana: s : jarak tempuh (m) v : kecepatan (m/s) t : waktu sela pengambilan data (s)

(2.25)

11. Daya listrik Daya listrik didefinisikan sebagai laju hantaran energi listrik didalam sirkuit listrik. Satuan dalam SI yang digunakan untuk daya listrik adalah watt yang menyatakan banyaknya energi listrik yang mengalir persatuan waktu (P=W/t) karena P = V I maka W=VIt Dimana: W : Energi listrik (Joule) V : Tegangan (Volt) I : Arus listrik (Ampere) t : waktu perhitungan (detik) P : Daya listrik (Watt)

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

commit to user

(2.26)


3.1.


Lokasi Penelitian Penelitian dilakukan di Laboratorium Komputasi dan Laboratorium Motor

Bakar, Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta.

3.2.

Obyek Penelitian Penelitian dimaksudkan untuk mengetahui karakteristik kinerja kontrol

logika kabur. Penelitian dilakukan dalam dua tahapan yakni simulasi dan praktek. Objek yang digunakan untuk penelitian berupa: a. Pemodelan motor DC dengan perangkat lunak b. Motor DC sebagai penggerak mobil listrik

3.3.

Peralatan yang digunakan

a. Komputer personal dengan spesifikasi -

Prosesor Pentium® Dual-Core CPU T4200 @ 2.00GH

-

Memori 954MB RAM

-

VGA 256 MB

b. Perangkat lunak simulasi penalaran logika kabur c. Perangkat lunak permodelan pengaturan motor DC d. Osiloskop

3.4.

Skema Alat Penelitian dilaksanakan dengan menentukan aturan dasar pengaturan

kontrol logika kabur menggunakan perangkat lunak simulasi penalaran kontrol logika kabur. Setelah terbentuk aturan dasar dan hasil simulasi pengambilan keputusan sesuai yang diharapkan dilanjutkan dengan membuat permodelan. Dengan membuat permodelan didapatkan gambaran respon motor DC terhadap pengaturan dengan penalaran kontrol logika kabur. Dari simulasi didapatkan aturan penyusunan program yang digunakan untuk pengaturan motor DC. Untuk tahap pengujian pada Motor DC dilakukan dengan membandingkan respon kecepatan yang diberikan terhadap nilai referensi yang diberikan.

commit to user


digilib.uns.ac.id

Untuk pelaksanaan penelitian dibutuhkan peralatan yang secara lengkap dijelaskan berikut ini

3.4.1. Perangkat lunak Penalaran Logika Kabur (Toolbox Fuzzy) Toolbox Fuzzy digunakan untuk simulasi penentuan derajat keanggotaan, aturan dasar dan hubungan input-output. Dalam toolbox fuzy sudah tersedia editor yang kita perlukan untuk menyusun aturan dasar. Editor yang disediakan adalah editor fungsi keanggotaan dan editor aturan dasar seperti nampak pada gambar 3.1. Fungsi keanggotaan dari logika kabur diatur dengan editor fungsi keanggotaan seperti tampak pada gambar 3.1 (a). Pada proses penentuan derajat keanggotaan terlebih dahulu ditentukan banyaknya input dan output, tipe fungsi keanggotaan dan parameter keanggotaan.

(a)

(b)

Gambar 3.1.Editor (a) MF Editor (b) Rule Editor

Setelah terbentuk fungsi keanggotaan yang lengkap kemudian menyusun aturan dasar yang dikerjakan menggunakan editor aturan dasar seperti tampak pada gambar 3.1 (b). Aturan dasar pada logika kabur adalah hubungan antara input dan output. Setelah fungsi keanggotaan dan aturan dasar terbentuk maka dilakukan pengamatan hasil penalaran dengan menggunakan surface dan rule viewer seperti tampak pada gambar 3.2. Berdasarkan hasil pengamatan sementara, kita dapat melihat kerja dari penalaran kontrol logika kabur dan membuat kesimpulan dari aturan yang terbentuk.

commit to user



(a)

(b)

Gambar 3.2. Viewer (a) Surface Viewer (b) Rule Viewer

3.4.2. Permodelan Permodelan disusun berdasar karakteristik sistem yang terwakili. Beberapa perangkat lunak telah menyediakan diagram blok yang mewakili beberapa komponen tertentu. Terdapat juga berbagai macam diagram blok yang merupakan fungsi matematis dari sistem yang terwakili. Untuk membuat sistem yang lengkap dapat dilakukan dengan menghubungkan tiap-tiap diagram blok. Untuk mendapatkan diagram blok yang diinginkan dengan membuka library browser dan disusun pada lembar kerja seperti tampak pada gambar 3.5.

(a)

(b)

Gambar 3.3. Permodelan (a) library browser (b) lembar kerja 3.4.3. Aplikasi Perangkat Keras Perangkat keras yang digunakan untuk penelitian terdiri dari motor DC sebagai penggerak mobil listrik, mikrokontroller sebagai pusat penalaran dan

commit to user


digilib.uns.ac.id

pengolahan data, driver motor untuk menggerakkan motor DC. Hubungan masing-masing komponen seperti tampak pada gambar 3.4.

Gambar 3.4. Bagan alur kerja kendali mobil listrik ATmega16 merupakan bagian pengolah data masukan berupa data digital dan analog. Data analog dibangkitkan oleh pedal yang menggerakkan variabel resistor, dengan injakan pedal gas akan menghasilkan tegangan bervariasi. Data digital didapatkan dari encoder yang terpasang pada motor DC. Encoder menghasilkan data digital dari berputarnya motor DC. Pengaturan menggunakan kit ATmega16 menghasilkan keluaran berupa signal PWM yang memiliki tegangan rendah yakni antara 0 hingga 5 volt. Untuk dapat menggerakkan motor, signal PWM diperbesar arus maupun tegangan dengan menggunakan perangkat driver motor. Dari driver motor inilah arus dan tegangan yang bekerja pada motor DC. Bahan yang digunakan untuk penelitian pengaturan motor DC dijelaskan secara detail seperti berikut ini Sensor Kecepatan Pengukuran kecepatan dilakukan dengan menggunakan encoder yang komponen serta prinsip kerjanya telah dijelaskan pada 2.2.7 mengenai sensor kecepatan. Untuk dapat menghasilkan pengukuran yang tepat maka dilakukan kalibrasi yakni membandingkan hasil pengukuran dengan alat ukur yang telah terstandar. Pemasangan sensor kecepatan pada motor DC seperti tampak pada gambar 3.5. Data digital yang diperoleh kemudian diolah oleh ATmega16 dengan menggunakan program yang dapat dilihat pada lampiran.

commit to user



lampu merah (indikator)

lampu putih (pemancar)

piringan encoder

Gambar 3.5. Sensor Kecepatan Kit ATmega16 Mikrokontroller ATmega16 seperti dijelaskan pada 2.2.5 mengenai

mikrokontroler ATmega16, merupakan pusat perhitungan dan penalaran dari seluruh proses yang dibutuhkan untuk pengaturan motor DC. Pemasangan ATmega16 seperti tampak pada gambar 3.6.

Gambar 3.6. Rangkaian kit ATmega16

Kit ATmega16 yang memiliki fasilitas ADC yang berfungsi merubah data analog menjadi data digital. digital. PORT yang digunakan untuk pengaturan motor DC adalah PORT Input - Output yang terdiri dari PORT A, PORT B, PORT C,

PORT D yang memiliki fungsi seperti dijelaskan pada tabel 3.1.

commit to user


digilib.uns.ac.id

Tabel 3.1 Konfigurasi PORT ATmega16 dan fungsinya Nama PORT

PORT A

Fungsi

Keterangan

ADC (Analog to Digital Merubah masukan berupa data analog Coverter)

menjadi data digital

PORT B

Output

Jalur output signal PWM

PORT C

Output

Jalur output data untuk mengatur tampilan LCD 16x2

PORT D

3.5.

Input

Jalur input data digital dari encoder

Tahap Persiapan Tahap pengujian diawali dengan membuat perancangan berupa simulasi

dengan perangkat lunak sehingga dibutuhkan perangkat komputer yang telah terinstal perangkat lunak utama dan pendukungnya. Untuk penerapannya maka mempersiapkan peralatan yang digunakan untuk pengujian pada mobil listrik.

3.6.

Tahap Pengujian Penelitian yang dilakukan melalui dua tahap yakni pembuatan permodelan

yang dilanjutkan dengan penyusunan program dan mengaplikasikannya pada mobil listrik berpenggerak motor DC. Secara garis besarnya sebagai berikut: a. Menentukan variabel input Error dan DError sedangkan output berupa dPWM untuk pengaturan penggerak motor DC b. Mensimulasikan penalaran dengan toolbox fuzzy c. Membuat permodelan pengaturan motor DC tanpa kontrol dan motor DC dengan kontrol logika kabur d. Pengambilan data simulasi pengaturan motor DC berupa arus (Ampere), kecepatan (rad/s) dan waktu tempuh (detik) e. Membuat algoritma program f. Menulis bagan alir dalam bahasa C g. Menjalankan program untuk evaluasi h. Memperbaiki kesalahan dalam pemrograman, yaitu: 1) Kesalahan penulisan

commit to user



2) Kesalahan algoritma i. Menuliskan Program kedalam memori mikro kontroler j. Mengaplikasikan mikro kontroler yang telah terprogram pada mobil listrik k. Pengambilan data berupa kecepatan putar dan waktu tempuh l. Membuat analisa hasil m. Membuat kesimpulan

Langkah penelitian secara lengkap digambarkan pada diagram alir sebagaimana tampak pada gambar 3.7

commit to user


digilib.uns.ac.id

Gambar 3.7. Diagram alir pelaksanaan penelitian

commit to user



BAB IV DATA DAN ANALISA 4.1.

Simulasi dengan Toolbox Fuzzy Penelitian mengenai penghematan energi dengan menggunakan kontrol

logika kabur diawali dengan melakukan simulasi menggunakan perangkat lunak. Untuk menyusun penalaran logika kabur digunakan perangkat lunak Toolbox Fuzzy. Simulasi dengan perangkat lunak Toolbox Fuzzy dimaksudkan untuk mengetahui pola pengambilan keputusan dari aturan dasar yang telah diberikan. Pembuatan simulasi dengan perangkat lunak Toolbox Fuzzy diawali dengan menentukan parameter dasar yakni masukan dan keluaran. Parameter input yang digunakan adalah Error dan dError sedang parameter output berupa DPWM. Dua input logika kabur terhubung dengan output melalui suatu penalaran dengan nama “mootor”, dengan tipe penalaran model mamdani seperti tampak pada Gambar 4.1. Keluaran DPWM dihasilkan oleh penalaran logika kabur berdasar masukan data Error dan dError. Parameter Error adalah selisih antara kecepatan referensi dengan kecepatan aktual pada waktu tertentu. Parameter dError adalah perubahan dari nilai Error pada waktu tertentu. Parameter DPWM adalah penambahan nilai PWM dari nilai sebelumnya.

Gambar 4.1. Antarmuka Toolbox Fuzzy

Parameter Error memiliki nilai antara -80 hingga 80. Fungsi keanggotaan linguistik parameter Error ini dibagi menjadi Negatif Big (NB), Negatif Small (NS), Zero (Z), Positif Small (PS), Positif Big (PB) dengan rentang nilai tiap fungsi keanggotaan seperti tercantum pada Tabel 4.1. Nilai 80 dari kecepatan maksimal yang dapat dicapai oleh motor DC yang sudah dimasukkan dalam

commit to user


digilib.uns.ac.id

fungsi keanggotaan. Apabila angka terlalu kecil akan menyebabkan nilai yang tidak dapat dimasukkan dalam fungsi keanggotaan. Hal ini menjadikan pengaturan tidak efektif. Parameter dError mempunyai nilai antara -40 hingga 40. Penentuan parameter dError ditentukan dari setengah nilai kecepatan maksimal motor DC. Parameter dError memiliki fungsi keanggotaan Negatif Big (NB), Negatif Small (NS), Zero (Z), Positif Small (PS), Positif Big (PB) dengan rentang nilai tiap fungsi keanggotaan seperti tercantum pada Tabel 4.1.

Tabel 4.1. Fungsi keanggotaan Input

No

Fungsi Linguistik

Nilai besaran

Nilai besaran

Fungsi

Keanggotaan

Error

dError

Keanggotaan

(rad/s)

(rad/s)

1

Negatif Big (NB)

- 80 ~ - 20

- 40 ~ - 4

Trapmf

2

Negatif Small (NS)

- 40 ~ 0

-8 ~ 0

Trimf

3

Zero (Z)

-2~ 2

-1 ~ 1

Trimf

4

Positif Small (PS)

0 ~ 40

0 ~ 8

Trimf

5

Positif Big (PB)

20 ~ 80

4 ~ 40

Trapmf

Untuk memasukkan nilai fungsi keanggotaan yang perlu diatur adalah nilai parameter dan jenis fungsi keanggotaan masing-masing. Apabila variabel input pada Tabel 4.1 dimasukkan dalam editor fungsi keanggotaan tampak seperti pada Gambar 4.2.

(a)

(b)

Gambar 4.2. Variabel Input (a) Variabel Inpu Error (b) Variabel Input dError

commit to user



Parameter keluaran berupa DPWM memiliki nilai parameter antara -20 hingga 20. Penentuan nilai parameter didasarkan pada percobaan yang menunjukkan paling nilai paling baik. Jika nilai terlalu kecil menyebabkan waktu yang dibutuhkan untuk mencapai nilai referensi menjadi semakin lama. Jika nilai yang ditentukan lebih besar, maka nilai penyimpangan respon kecepatan menjadi lebih besar. Parameter DPWM memiliki fungsi keanggotaan Negatif Big (NB), Negatif Small (NS), Zero (Z), Positif Small (PS), Positif Big (PB) dengan rentang nilai tiap fungsi keanggotaan seperti tercantum pada Tabel 4.2.

Tabel 4.2. Fungsi Keanggotaan Output Fungsi Linguistik

Nilai besaran

keanggotaan

DPWM

No

Fungsi Keanggotaan

(rad/s)

1

Negatif Big (NB)

- 20 ~ - 4

trapmf

2

Negatif Small (NS)

-4

trimf

3

Zero (Z)

0

trimf

4

Positif Small (PS)

4

trimf

5

Positif Big (PB)

4 ~ 20

trapmf

Untuk memasukkan nilai fungsi keanggotaan yang perlu diatur adalah nilai parameter dan jenis fungsi keanggotaan masing-masing. Apabila variabel output pada Tabel 4.2 dimasukkan dalam editor fungsi keanggotaan seperti tampak pada Gambar 4.3.

Gambar 4.3. Variabel Output

commit to user


digilib.uns.ac.id

Fungsi keanggotaan Input dan Output yang telah dibuat kemudian disusun berdasarkan hubungan Input-Output dengan menggunakan editor aturan dasar seperti tampak pada Gambar 4.4. Penyusunan hubungan Input-Output berdasarkan aturan mamdani dengan oprator “and” untuk kedua input. Dengan menggunakan editor aturan dasar dapat dilakukan penambahan, pengurangan atau pengubahan aturan yang ada.

Gambar 4.4. Editor aturan dasar Hubungan Input-Output disusun berdasar pada aturan dasar yang telah ditentukan. Aturan dasar yang digunakan pada pengaturan kecepatan motor DC seperti tercantum pada Tabel 4.3. Penentuan aturan didasarkan pada pengalaman dan pengaturan yang pernah dilakukan pada percobaan yang lain. Banyaknya aturan dasar tergantung dari kebutuhan sistem. Dalam penelitian ini disusun aturan dasar sebanyak 25 aturan.

Tabel 4.3 Aturan dasar kontrol logika kabur Error

d E r r o r

NB

NS

Z

PS

PB

NB

PB

PS

PS

PS

Z

NS

PS

PS

PS

Z

NS

Z

PS

PS

Z

NS

NB

PS

PS

Z

NS

NS

NB

PB

Z

Z

NS

NS

NB

commit to user



Hubungan Input-Output pada Tabel 4.3 dirinci sebagai berikut: 1) Jika Error NB dan dError NB maka DPWM PB. 2) Jika Error NB dan dError NS maka DPWM PS. 3) Jika Error NB dan dError Z maka DPWM PS. 4) Jika Error NB dan dError PS maka DPWM PS. 5) Jika Error NB dan dError PB maka DPWM Z. 6) Jika Error NS dan dError NB maka DPWM PS. 7) Jika Error NS dan dError NS maka DPWM PS. 8) Jika Error NS dan dError Z maka DPWM PS. 9) Jika Error NS dan dError PS maka DPWM Z. 10) Jika Error NS dan dError PB maka DPWM Z. 11) Jika Error Z dan dError NB maka DPWM PS. 12) Jika Error Z dan dError NS maka DPWM PS. 13) Jika Error Z dan dError Z maka DPWM Z. 14) Jika Error Z dan dError PS maka DPWM NS. 15) Jika Error Z dan dError PB maka DPWM NS. 16) Jika Error PS dan dError NB maka DPWM PS. 17) Jika Error PS dan dError NS maka DPWM Z. 18) Jika Error PS dan dError Z maka DPWM NS. 19) Jika Error PS dan dError PS maka DPWM NS. 20) Jika Error PS dan dError PB maka DPWM NS. 21) Jika Error PB dan dError NB maka DPWM Z. 22) Jika Error PB dan dError NS maka DPWM NS. 23) Jika Error PB dan dError Z maka DPWM NB. 24) Jika Error PB dan dError PS maka DPWM NB. 25) Jika Error PB dan dError PB maka DPWM NB.

Aturan dasar logika kabur menyatakan hubungan antara input dan output, apabila disusun dalam tabel matrik tampak seperti terlihat pada Tabel 4.3. Aturan dasar disusun menggunakan editor aturan dasar yang sudah tersedia pada MATLAB. Setelah tersusun menjadi aturan dasar kemudian diperiksa melalui rule viewer dan rule surface.

commit to user


digilib.uns.ac.id

Rule surface digunakan untuk melihat pola pengambilan keputusan dari aturan dasar yang digunakan. Grafik hubungan Input-Output seperti tampak pada Gambar 4.5. Untuk melihat hasil penalaran secara matematis dapat dilakukan dengan menggunakan rule viewer, untuk gambar lebih jelas dapat dilihat pada lampiran.

Gambar 4.5. Rule Surface

Rule viewer digunakan untuk melihat perkiraan hasil penalaran logika kabur. Dengan memasukkan nilai kedua input pada rule viewer dapat diketahui hasil penalaran oleh logika kabur. Beberapa contoh penalaran yang diberikan seperti tampak pada Tabel 4.3. Tabel 4.4 Hubungan Input-Output logika kabur Input_1 (Error)

Input_2 (dError)

Output (DPWM)

- 40

- 10

13.1

- 40

-4

4

- 40

0

4

- 40

4

4

- 40

10

0

Pada saat Error = -40 (NB) yakni jarak antara kecepatan saat perhitungan terhadap nilai kecepatan referensi yang diberikan dan dError (-10) karena

commit to user



mengalami perlambatan yang cukup besar sehingga PWM ditambah dengan cepat (DPWM = 13.1). Jika Error besar tetapi motor sudah bergerak naik maka cukup diberi kenaikan PWM kecil (DPWM = 4). Apabila terjadi Error kecil tetapi percepatan cukup besar maka PWM ditahan (DPWM = 0) pada kondisi tersebut agar pada saat mencapai kecepatan referensi tidak terjadi kelebihan nilai PWM.

4.2.

Simulasi Menggunakan Permodelan Setelah aturan dasar dievaluasi menggunakan Toolbox Fuzzy selanjutnya

simulasi kontrol logika kabur dijalakan dengan menggunakan permodelan. Simulasi ini digunakan untuk melihat gambaran respon penggerak motor DC terhadap pengaturan logika kabur yang diberikan.

4.2.1. Penyusunan Diagram simulasi pengaturan motor DC Diagram simulasi pengaturan Motor DC dibuat pada lembar kerja baru perangkat lunak permodelan. Komponen yang digunakan antara lain Motor DC, Driver Motor, pembangkit signal PWM, kontroler logika kabur. Secara detail dijelaskan sebagai berikut. Motor DC Penyusunan model untuk mewakili motor DC diambil dari diagram blok motor DC yang tersedia, gambar diagram motor DC seperti tampak pada Gambar 4.6. Diagram motor DC memiliki PORT sebanyak enam dengan fungsi masingmasing seperti dijelskan berikut PORT signal terdiri dari dua yaitu PORT “TL” dan PORT “m”. PORT “TL” atau Torsi Load adalah PORT yang digunakan masukan data beban torsi dari luar. PORT “m” adalah PORT yang digunakan untuk pengambilan data dari motor. Data yang diperoleh adalah tegangan dan arus yang melewati MOTOR DC PORT data listrik terdiri dari empat yaitu PORT “A+” , “A-“, “F+” dan “F-“. PORT “A+” dan “A-“ adalah PORT kelistrikan untuk rangkaian rotor (armature). PORT “F+” dan “F-“ adalah PORT kelistrikan untuk rangkaian medan (field).

commit to user


digilib.uns.ac.id

Gambar 4.6. Diagram Motor DC

Karakteristik motor DC yang digunakan untuk simulasi dapat diatur melalui penentuan nilai komponen. Komponen motor DC dan nilai besarnya seperti berikut

Hambatan stator (Ra)

= 0.005

Ohm

Induktansi stator (La)

= 0.006

H

Hambatan rotor (Rf)

= 0.002

Ohm

Induksi rotor (Lf)

= 0.001

H

Induktansi stator-rotor (Laf) = 0.01

H

Total inersia (J)

Kg.m2

= 0.1

IGBT

Driver motor atau penggerak motor berfungsi untuk mengatur putaran motor secara langsung. Pada simulasi pengaturan motor DC, driver motor yang digunakan adalah komponen IGBT. Diagram IGBT seperti tampak pada Gambar

Diagram blok untuk IGBT memiliki empat 4.7 dengan penjelasan sebagai berikut. Diagram PORT, dua saluran data dan dua saluran listrik. PORT data dengan simbol “g” adalah input berupa data PWM yang digunakan untuk pengaturan. PORT data “m” adalah data output IGBT yang terdiri dari data arus, dan tegangan yang melewati komponen. PORT “C” adalah masukan listrik yang akan diatur sedang “E” terhubung dengan ground. Pengaturan komponen IGBT adalah sebagai berikut

Hambatan (Ron)

= 0.001

Ohm

Induktansi (Lon)

= 1e-6

H

Tegangan balik (Vf) = 1

Volt

Waktu jatuh arus (Tf) = 1e-6

s

commit to user



Gambar 4.7. Diagram IGBT

Pembangkit Signal PWM Signal PWM digunakan sebagai input driver motor. Signal PWM merupakan perbandingan antara nilai ON atau “1” dan OFF atau “0” pada satu periode siklus. Untuk membangun sebuah diagram pembangkit pembangkit signal PWM dibutuhkan beberapa komponen seperti pada Tabel 4.5. Setiap diagram memiliki fungsinya masing-masing, tiap diagram komponen dirangkai seperti pada Gambar 4.8 sehingga membentuk rangkaian yang menghasilkan keluaran berupa signal PWM. Masukan untuk menghasilkan signal PWM berupa konstanta yang dapat

diberikan oleh operator pada saat simulasi.

Tabel 4.5. Penyusun diagram pembangkit signal PWM Nama Diagram

Konstanta

Gambar

Keterangan

Fungsi

Memberikan masukan

Input = variable Pembanding = 225

value= [0 1e-3] signal time value

Pembangkit

Menghasilkan

signal

konstan dengan frekuensi out value= [0 1] tertentu

Pembanding

input operator= <=

Membandingkan yang

masuk

dengan const. value = 0

konstanta yang diberikan Operator

Operator matematis dari -

matematis

signal yang masuk

commit to user


digilib.uns.ac.id

Gambar 4.8. Pembangkit PWM

Kerja dari pembangkit signal PWM melalui tahapan sebagai berikut: 1. Menentukan propertis dari tiap-tiap komponen penyusun

Penentuan propertis yang diberikan pada tiap komponen menentukan signal keluaran yang akan dihasilkan. Pengaturan secara lengkap dapat dilihat pada Tabel 4.5, sedangkan gambar lengkap dapat dilihat pada lampiran. 2. Memasukkan nilai Input yang dikehendaki pada diagram “Input”

Kisaran nilai input adalah antara 0 dan nilai maksimal 225. Pembatasan nilai input berdasarkan penentuan nilai PWM yang dikehendaki yakni dari 0 hingga maks 225. 3. Menghitung perbandingan nilai masukan dibanding dengan konstanta acuan yang telah ditentukan. 4. Menjumlahkan nilai perbandingan Input dengan signal yang dibangkitkan diagram “repeating squence” 5. Output yang dihasilkan dibandingkan dengan const. value = 0

Hasil signal yang dikeluarkan oleh pembangkit PWM dengan bermacam signal PWM yang nilai masukan dapat dilihat pada perhitungan. Hasil signal dibangkitkan terlihat pada Gambar 4.9. Gambar lebih lengkap dapat dilihat pada lampiran.

Masukan PWM = 30 %'S(

T0 88U

100% 13.33%


V0 88U

100% 13.33%

commit to user




%00 88U

100% 44.44%


%U0 88U

100% 66.67%


1.5

800 88U

100% 88.89%

1.5

X: 0.0001333 Y: 1

1

1

0.5

0.5

0

X: 0.0003111 Y: 1

0

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.2

1

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

-

(a)

(b)

Gambar 4.9. Output PWM (a) PWM = 30 (b) PWM = 70 Pengaturan Logika Kabur

Pengaturan logika kabur dilakukan dengan menambahkan diagram pengaturan logika kabur. Untuk pengaturan logika kabur telah ditentukan dua input dan satu output. Untuk dapat menghitung besarnya Error dan dError

cepatan referensi dan data kecepatan aktual. dibutuhkan data masukan berupa ke kecepatan Diagram pengaturan logika kabur seperti tampak pada Gambar 4.10.

Gambar 4.10. Kontrol logika kabur

commit to user


digilib.uns.ac.id

Komponen utama diagram kontrol logika kabur adalah kontroller logika

an logika kabur. Komponen yang kabur yang berfungsi memanggil persama persamaan digunakan dijelaskan secara lengkap seperti tampak pada tabel. Keterangan fungsi dan setting masing-masing komponen dapat dilihat pula pada Tabel 4.6.

Keterangan lebih detail dapat dilihat pada lampiran.

Tabel 4.6. komponen pengaturan logika kabur Nama Diagram

Gambar

Keterangan

Fungsi

Kontrol logika

Pemanggil fungsi aturan FIS Matrik = mootor

kabur

kontrol logika kabur

Pembatas

Pembatasan signal yang Min = 0 boleh lewat

Menunda

Delay

waktu panggil=0.001

Max = 225

data

selama -

waktu tertentu

Kerja dari pengaturan logika kabur melalui tahapan sebagai berikut: 1. Memberikan data input

Input untuk pengaturan logika kabur berupa kecepatan referensi dan kecepatan aktual motor DC. Kecepatan referensi adalah konstanta masukan yang diberikan oleh operator pada saat simulasi atau sebelumnya. Kecepatan referensi dibatasi mulai dari angka 0 hingga kecepatan maksimum. Kecepatan motor DC didapatkan dari output data diagram motor DC. Kecepatan motor DC adalah respon terhadap masukan masukan tegangan dan arus yang diberikan. 2. Perhitungan masukan kontrol logika kabur

Input untuk penalaran kontrol logika kabur adalah Error dan dError yang dihitung dari input yang berupa kecepatan referensi dan kecepatan aktual

rror dan dError dihitung dengan menggunakan Error motor DC. Perhitungan input E rumus Error = kecepatan –kecepatan referensi dError = Error(t) - Error(t-1)

commit to user



Error(t) : data error pada saat perhitungan Error(t-1) : data error yang ditahan (menggunakan delay) dengan rentang tertentu 3. Pengambilan keputusan kontrol logika kabur Pengambilan keputusan kontrol logika kabur dilakukan berdasar fungsi keanggotaan dan aturan dasar. 4. Menghitung nilai PWM Data Output hasil penalaran kontrol logika kabur dijumlahkan nilai PWM sebelumnya menghasilkan nilai PWM aktual. Nilai PWM aktual dihitung dengan rumus PWM(t) = Output + PWM(t-1) 5. Pembatas Nilai PWM aktual dibatasi pada angka tidak kurang dari 0 dan melebihi nilai 225, tujuan pembatasan agar dapat digunakan untuk pengaturan PWM.

4.2.2. Simulasi Pengaturan Motor DC Pengaturan motor DC dilakukan dengan memasukkan nilai PWM yang dikehendaki pada diagram Input. Input yang masuk pada diagram digunakan sebagai acuan membangkitkan signal PWM. Driver motor menggerakkan motor DC berdasarkan signal PWM yang diterima sehingga motor memberi respon berupa putaran. Penjelasan lebih detail pengujian respon kecepatan motor DC dengan beberapa variasi nilai Input PWM adalah sebagai berikut. Nilai PWM yang diberikan = 225 Secara matematis dapat dihitung persentase signal PWM yang dibangkitkan sebagai berikut %'S(

225 100% 100% 225

commit to user


digilib.uns.ac.id

Signal Logika Pengaturan Driver Motor 250

1

Logic Gate (1=On, 0=Off)

150

0.6

0.4

100

Input PWM (maks 225)

200

0.8

0.2 50

0

-0.2

0

0

0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 0.006 0.007 0.008 0.009 waktu (detik)

0.01

Gambar 4.11. Input kontrol kecepatan: input PWM = 225 ( respon gerbang logika (

)

)

Dari Gambar 4.11 tampak signal Input PWM diberikan nilai konstan yakni sebesar 225. Dengan PWM masukan 225 signal yang dibangkitkan adalah 100% seperti tampak pada Gambar 4.11. Dari Gambar 4.11 gerbang logika terlihat bahwa signal PWM bernilai 1 untuk setiap waktunya. Dari signal PWM yang dibangkitkan, motor DC memberi respon berupa kecepatan putar seperti tampak pada Gambar 4.12. Respon Kecepatan Motor DC 80 70

X: 1.25 Y: 72.59

kecepatan (rad/s)

60 50 40 30 20 10 0

0

0.5

1

1.5

2

3 2.5 waktu (detik)

3.5

4

4.5

5

Gambar 4.12. Respon Kecepatan Motor DC Gambar 4.12 adalah respon kecepatan motor DC dengan maukan PWM 225. Kecepatan motor mencapai kecepatan masksimum sebesar 72,6 rad/s. Untuk

commit to user



mencapai kecepatan maksimum dengan kondisi tunak motor DC membutuhkan waktu 1,25 detik. Nilai PWM yang diberikan = 135 Secara

matematis dapat dihitung persentase signal PWM yang

dibangkitkan sebagai berikut %'S(

135 100% 60% 225

Signal Logika Pengaturan Driver Motor 250 X: 0.0006 Y: 1

1

150

0.6

0.4

100



200

0.8

0.2 50

0

-0.2

0

0

0.5

1

1.5

2.5 2 waktu (detik)

3

4

3.5

-3

x 10


)

)

Dari Gambar 4.13 tampak signal Input PWM diberikan nilai konstan yakni sebesar 135 dari nilai masksimum 225 dengan menghasilkan gerbang logika dengan besar adalah 60%. Dari Gambar 4.15 gerbang logika terlihat bahwa signal PWM bernilai 1 dari t = 0 detik dan pada t = 0.0006 detik nilai signal berubah menjadi 0 hingga t = 0.001 detik kembali bernilai 1. Signal PWM berulang setiap t = 0.001 detik hingga akhir simulasi. Dari signal PWM yang dibangkitkan, motor DC memberi respon berupa kecepatan putar seperti tampak pada Gambar 4.14.

commit to user


digilib.uns.ac.id

Respon Kecepatan Motor DC 55 X: 1.372 Y: 47.11

50 45

kecepatan (rad/s)

40 35 30 25 20 15 10 5 0

0

1.5

1

0.5

2

3 2.5 waktu (detik)

5

4.5

4

3.5

Gambar 4.14. Respon Kecepatan Motor DC

Dari Gambar 4.14 tampak respon kecepatan motor DC dengan masukan PWM 135. Kecepatan motor mencapai maksimum pada 47,12 rad/s dan mencapai kecepatan maksimum membutuhkan waktu 1,372 detik. Nilai PWM yang diberikan = 90 Secara

matematis dapat dihitung persentase signal PWM yang

dibangkitkan sebagai berikut %'S(

90 100% 40% 225

Signal Logika Pengaturan Driver Motor 250 X: 0.0004 Y: 1

1

150

0.6

0.4

100



200

0.8

0.2 50

0

-0.2

0

0

0.5

1

1.5

2.5 2 waktu (detik)

4

3.5

3

-3

x 10


commit to user

)

)



Input PWM diberikan nilai konstana yakni dengan nilai konstan sebesar 90 seperti tampak pada Gambar 4.15 Input PWM. Dengan masukan 90 signal PWM yang dibangkitkan adalah 40% seperti tampak pada Gambar 4.15 respon gerbang logika. Dari Gambar 4.20 respon gerbang logika terlihat bahwa signal PWM bernilai 1 dari t = 0 detik dan pada t = 0.0004 detik nilai signal berubah menjadi 0, hingga t = 0.001 detik kembali bernilai 1. Signal PWM berulang dengan t = 0.001 detik hingga akhir simulasi.

Respon Kecepatan Motor DC 40 X: 1.416 Y: 32.37

35

kecepatan (rad/s)

30 25 20 15 10 5 0

0

0.5

1

1.5

2

3 2.5 waktu (detik)

3.5

4

4.5

5

Gambar 4.16. Respon Kecepatan Motor DC

Dari Gambar 4.16 tampak respon espon kecepatan motor DC dengan masukan PWM 60%. Kecepatan motor mencapai 32,37,12 rad/s. Untuk mencapai kecepatan maksimum dengan kondisi tunak membutuhkan waktu 1,418 detik.

4.2.3. Simulasi Pengaturan Motor DC kontrol logika kabur Pengujian simulasi pengaturan motor DC kontrol logika kabur dilakukan dengan memberikan nilai kecepatan referensi hingga motor memberi respon kecepatan dan mencapai keadaan tunak. Dari data pengujian respon kecepatan motor DC diketahui kecepatan maksimum adalah sebesar 72,6 rad/s. Dari data kecepatan maksimum, rentang masukan nilai kecepatan referensi yang diberikan

commit to user


digilib.uns.ac.id

pada simulasi kontrol kecepatan motor DC dengan logika kabur adalah antara 0 rad/s hingga 72.6 rad/s. Nilai referensi referensi yang dimasukkan operator dibandingkan dengan respon kecepatan motor DC sehingga diperoleh nilai Error dan dError dengan melakukan perhitungan seperti yang telah dijelaskan. Nilai masukan diolah dengan penalaran kontrol logika kabur sehingga menghasilkan keluaran berupa DPWM. Berikut salah satu contoh hasil pengaturan kontrol logika kabur dengan kecepatan referensi 55 rad/s. Respon kecepatan yang diberikan motor DC dengan pengaturan logika kabur seperti diperlihatkan pada Gambar 4.17. Respon Kecepatan Motor DC 70

A -- A 60 X: 0.4529 Y: 54.99

kecepatan (rad/s)

50

40

30

20

10

0

0

0.5

1

1.5 waktu (detik)

2

2.5

3

Gambar 4.17. Respon kecepatan kontrol logika kabur

Dari Gambar 4.17 grafik diketahui bahwa untuk mencapai nilai kecepatan referensi 55 rad/s, motor DC dengan pengaturan kontrol logika kabur membutuhkan waktu 0.453 detik. Untuk penjelasan mengenai karakteristik respon kecepatan motor DC pada saat starting maka diambil gambar potongan A – A seperti nampak pada Gambar 4.18.

commit to user



Respon Kecepatan Motor DC 60 59 58

kecepatan (rad/s)

57 56

X: 0.1679 Y: 55.37

X: 0.1564 Y: 54.98

X: 0.4544 Y: 54.99

55 54 X: 0.2274 Y: 53.79

53 52 51 50

0

0.05

0.1

0.15

0.3 0.25 0.2 waktu (detik)

0.35

0.4

0.45

0.5

Gambar 4.18. Respon kecepatan (potongan A – A)

Dari respon kecepatan (potongan A-A) pada Gambar 4.18 diatas dapat diketahui karakteristik respon kecepatan pada saat starting sebagai berikut

Waktu naik

= 0.156

detik

Waktu tunak = 0.453

detik

Overshoot

= 55.37

rad/s

Penyimpangan = 53.79

rad/s

Pada pengaturan motor DC dengan kontrol logika kabur terjadi kelebihan nilai kecepatan atau overshoot dan penyimpangan. Waktu naik adalah waktu yang dibutuhkan motor DC dari kondisi diam hingga sebelum mengalami overshoot. Waktu tunak adalah waktu yang dibutuhkan motor DC dari kondisi diam hingga kecepatan tunak. Kecepatan yang dihasilkan motor DC pada simulai pengaturan merupakan respon dari signal PWM hasil pengolahan kotrol logika kabur. Signal PWM yang dihasilkan kontrol logika kabur seperti tampak pada Gambar 4.19.

commit to user


digilib.uns.ac.id

Masukan Nilai PWM 250


200

150

100

50

0

0

1

0.5

2.5

2

1.5 waktu (detik)

3

Gambar 4.19. Input PWM PWM yang diberikan mengalami penyesuaian atau setting hingga t = ± 0.5 detik atau hingga waktu tunak. Setelah mencapai kecepatan referensi, besarnya PWM relatif konstan. Input PWM yang diberikan berdasar pengaturan logika kabur dengan masukan error dan delta error seperti tampak pada Gambar 4.20. Nilai Delta Error

Nilai Error 20

10

0 15

delta error (rad/s)

error (rad/s)

-10

-20

-30

10

5

-40 0

-50

-60

-5

0

0.05

0.1

0.15

0.3 0.25 0.2 waktu (detik)

0.35

0.45

0.4

0.5

0

0.05

(a)

0.1

0.15

0.3 0.25 0.2 waktu (detik)

0.35

0.4

0.45

0.5

(b)

Gambar 4.20. Nilai Input Kontrol Logika Kabur (a) Error (b) DError

Dari Input yang diberikan menghasilkan penalaran kontrol logika kabur seperti tampak pada Gambar 4.21.

commit to user



Penambahan Nilai PWM 15

delta PWM

10

5

0

-5

0

0.05

0.1

0.15

0.3 0.25 0.2 waktu (detik)

0.35

0.4

0.45

0.5

Gambar 4.21. Delta PWM Proses pengaturan dan pengambilan keputusan pada kecepatan referensi 50 rad/s. Pada permulaan penyalaan, motor DC tidak bergerak (kecepatan terbaca 0 rad/s) dan tidak mengalami percepatan. Berdasarkan data kecepatan yang terbaca kemudian dirubah dalam fungsi keanggotaan input berupa Error negatif besar (NB) dan dError nol (Z). Dengan menggunakan aturan dasar didapatkan Output penambahan nilai PWM atau DPWM positif besar (PB). Untuk pengaturan, fungsi kebahasaan Output diterjemahkan dalam nilai diskrit mengikuti fungsi keanggotaan yang telah tersusun. Pengaturan dikerjakan dalam fungsi kebahasaan dan pengambilan keputusan berdasar aturan dasar yang terbentuk. Pada saat motor mulai bergerak dError besar tetapi Error masih sangat besar maka Out PS. Pada saat Error kecil dan dError sudah cukup besar (PB) maka Out Z agar saat mendekati nilai referensi tidak mengalami percepatan yang berlebih. Setelah Error hampir Z dan dError PB maka Out NS karena sudah mendekati atau hampir sesuai dengan nilai referensi tetapi masih mengalami percepatan sehingga nilai PWM dikurangi. Karena laju pengurangan nilai kurang dibanding percepatan sehingga terjdi overshoot. Pada kondisi ini Error PS dan dError PS sehingga harus dikurangi nilai PWMnya lagi. Penalaran terus terjadi demikian hingga akhirnya kecepatan mencapai nilai referensi yang diinginkan. Kontrol kecepatan motor DC dengan menggunakan kontrol logika kabur tidak hanya dapat digunakan untuk pengaturan saat starting saja akan tetapi juga

commit to user


digilib.uns.ac.id

bagus saat ada perubahan nilai referensi kecepatan seperti ditunjukkan pada Gambar 4.22. Respon Kecepatan Motor DC 80 70

kecepatan (rad/s)

60 50 40 30 20 10 0

0

0.5

1

1.5

2

3 2.5 waktu (detik)

3.5

4

4.5

5

Gambar 4.22. Motor DC dipercepat

Motor DC diberi referensi kecepatan yang bertingkat dipercepat dengan nilai sebesar 10 rad/s, 20 rad/s, 30 rad/s, 60 rad/s, 72 rad/s. Terlihat pada gambar respon kecepatan yang diberikan motor dengan pengaturan kontrol logika kabur cepat dengan tingkat penyimpangan relatif kecil. Kontrol logika kabur juga dapat digunakan untuk mengatur motor dengan nilai kecepatan referensi diperkecil seperti tampak pada Gambar 4.23. Respon Kecepatan Motor DC 80 70

kecepatan (rad/s)

60 50 40 30 20 10 0

0

0.5

1

1.5

2

3 2.5 waktu (detik)

3.5

4

Gambar 4.23. Motor DC diperlambat

commit to user

4.5

5



Motor DC diberi referensi kecepatan yang bertingkat diperlambat dengan nilai sebesar 72, 50, 30, 8, dan 5 rad/s. Terlihat pada gambar respon kecepatan yang diberikan motor dengan pengaturan kontrol logika kabur cepat dengan tingkat penyimpangan relatif kecil.

4.2.4. Perbandingan Respon kecepatan

Dalam pembahasan perbandingan respon kecepatan hanya dibatasi pada saat starting saja. Untuk membandingkan antara kontrol logika kabur dan pengaturan biasa pada simulasi motor DC maka parameter tetap adalah kecepatan respon yang dicapai. Kecepatan referensi yang digunakan adalah 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, dan 70 rad/s. A. Pengaturan motor DC dengan kecepatan atur sebesar 50 rad/s Pengaturan motor DC tanpa kontrol dilakukan dengan memberikan Input PWM konstan. Hasil respon kecepatan motor DC seperti tampak pada Gambar 4.24. Respon Kecepatan Motor DC 60 X: 1.004 Y: 49.9

kecepatan (rad/s)

50

40

30

20

10

0

0

0.5

1

1.5

2

3 2.5 waktu (detik)

3.5

4

4.5

5

Gambar 4.24. Respon kecepatan pengaturan biasa (w = 50 rad/s)

commit to user


digilib.uns.ac.id

Dari Gambar 4.24 diketahui bahwa motor DC tanpa kontrol untuk mencapai nilai referensi atau kecepatan 50 rad/s membutuhkan waktu 1.004 detik. Respon Kecepatan Motor DC 60

50

kecepatan (rad/s)

X: 0.1215 Y: 49.9

40

30

20

10

0

0

1

0.5

1.5 waktu (detik)

2

2.5

3

Gambar 4.25. Respon kecepatan kontrol logika kabur (w = 50 rad/s) Dari Gambar 4.25 diketahui bahwa motor DC dengan kontrol logika kabur untuk mencapai nlai referensi atau kecepatan 50 rad/s membutuhkan waktu 0.1215 detik. Apabila grafik respon kecepatan Motor DC tanpa kontrol logika kabur dan Motor DC dengan kontrol logika kabur disatukan dalam satu gambar seperti tampak pada Gambar 4.26. Respon Kecepatan Motor DC 60

kecepatan (rad/s)

50

40

kontrol logika kabur tanpa kontrol 30

Logika Kabur

20

10

0

0

0.5

1

1.5 waktu (detik)

2

2.5

Gambar 4.26. Perbandingan respon kecepatan (tanpa kontrol-kontrol logika kabur)

commit to user

3



Dari Gambar 4.26 sangat jelas perbandingan kecepatan respon yang diberikan motor DC dengan kontrol logika kabur. Respon kecepatan dengan pengaturan kontrol logika kabur lebih cepat mencapai kondisi tunak dibandingkan dengan tanpa kontrol. Untuk beberapa nilai kecepatan referensi dapat dilihat seperti tampak pada Tabel 4.7. Tabel 4.7. Perbandingan simulasi respon waktu naik motor DC kecepatan referensi

20 25 30 35 40 45 50 55 60

waktu naik (detik) tanpa kontrol kontrol logika kabur logika kabur 1.0960 0.0951 1.0600 0.0728 1.0440 0.0772 1.0200 0.0807 1.0090 0.0845 1.0060 0.0997 1.0040 0.1217 0.9844 0.1552 0.9840 0.3819 Rata-rata penghematan

hemat

(detik) 1.0009 0.9872 0.9668 0.9393 0.9245 0.9063 0.8823 0.8292 0.6021

% 91% 93% 93% 92% 92% 90% 88% 84% 61% 87%

Waktu naik adalah waktu yang dibutuhkan hingga kecepatan mencapai kecepatan referensi. Dari Tabel 4.7 diketahui rata-rata penghematan yang dapat diberikan sebesar 87% dengan penghematan terbesar 93% dan terkecil 61%. Apabila tabel dimasukkan dalam grafik seperti tampak pada Gambar 4.27.

Waktu naik motor DC waktu naik (detik)

1.20

Motor DC tanpa kontrol

1.00

Logika Kabur

0.80

Motor DC kontrol logika kabur

0.60 0.40 0.20 0.00 0

20 40 60 kecepatan referensi (rad/s)

80

Gambar 4.27. Perbandingan waktu naik

commit to user


digilib.uns.ac.id

Dari Gambar 4.27 terlihat perbandingan waktu naik dari motor DC dengan kontrol logika kabur dan tanpa kontrol logika kabur, menunjukkan waktu yang digunakan motor DC untuk mencapai nilai kecepatan referensi lebih cepat jika menggunakan kontrol logika kabur. Tabel 4.8. Perbandingan simulasi respon waktu tunak motor DC kecepatan referensi 20 25 30 35 40 45 50 55 60

waktu tunak (detik) kontrol tanpa control logika kabur logika kabur 1.0960 0.3381 1.0600 0.3711 1.0440 0.3531 1.0200 0.3294 1.0090 0.3373 1.0060 0.3461 1.0040 0.2414 0.9844 0.3334 0.9840 0.3819 Rata-rata penghematan

hemat

(detik) 0.7579 0.6889 0.6909 0.6906 0.6717 0.6599 0.7626 0.6510 0.6021

% 69% 65% 66% 68% 67% 66% 76% 66% 61% 67%

Waktu tunak adalah waktu yang dibutuhkan motor DC menghasilkan respon kecepatan sampai pada kondisi tunak tanpa penyimpangan. Dari tabel diketahui rata-rata penghematan yang dapat diberikan sebesar 67% dengan penghematan terbesar 76% dan terkecil 61%. Penghematan

waktu

tunak

menunjukkan

keunggulan

dengan

menggunakan kontrol logika kabur dibandingkan tanpa kontrol logika kabur pada saat penyalaan awal. Apabila Tabel 4.8 dimasukkan dalam grafik akan tampak seperti pada Gambar 4.28.

commit to user



Perbandingan Waktu Tunak

1.20

waktu naik (detik)

1.00

Motor DC tanpa kontrol

0.80

Logika Kabur

0.60


0.40 0.20 0.00 0

20

40

60

80

kecepatan referensi (rad/s)

Gambar 4.28. Perbandingan waktu tunak

Dari Gambar 4.28 terlihat bahwa motor DC dengan kontrol logika kabur mempunyai relatif sama untuk kecepatan referensi rendah hingga tinggi. Selain memiliki keuntungan, kontrol logika kabur juga memiliki kekurangan. Kekurangan dari respon pengaturan kontrol logika kabur adalah adanya kelebihan nilai respon dari nilai referensi yang diinginkan atau overshoot. Selain itu juga terjadinya penyimpangan akibat penyesuaian oleh kontrol dari kondisi overshoot. Nilai overshoot dan penyimpangan yang terjadi untuk masing-masing kecepatan referensi seperti tampak pada Tabel 4.9. Tabel 4.9. Karakteristik starting motor DC dengan logika kabur

kecepatan waktu referensi naik (rad/s) (detik) 20 0.095 25 0.073 30 0.077 35 0.081 40 0.085 45 0.100 50 0.122 55 0.155 60 0.382

waktu tunak (detik) 0.3381 0.3711 0.3531 0.3294 0.3373 0.3461 0.2414 0.3334 0.3819

penyimpangan

Overshoot

rad/s 22.49 2.49 30.43 5.43 35.37 5.37 40.38 5.38 45.27 5.27 48.18 3.18 51.59 1.59 55.37 0.37 0 0 Rata-rata overshoot

commit to user

% 12.45 21.72 17.90 15.37 13.18 7.07 3.18 0.67 0.00

10.17

rad/s 19.3 0.70 24.61 0.39 29.46 0.54 34.2 0.80 39.29 0.71 44.42 0.58 49.69 0.31 53.79 1.21 0 0.00 Rata-rata penyimpangan

% 3.50 1.56 1.80 2.29 1.78 1.29 0.62 2.20 0.00

1.67


digilib.uns.ac.id

Dari Tabel 4.9 diketahui overshoot terbesar terjadi pada kecepatan referensi 21% dari dan nilai terkecil adalah 0.6%. Rata-rata overshoot yang terjadi adalah 10.17 dari nilai kecepatan referensi. Sedangkan penyimpangan yang terjadi relatif hampir sama untuk seluruh nilai referensi dengan rata-rata 1.67%. Apabila data overshoot dan penyimpangan pada tabel dimasukkan dalam gambar akan tampak seperti pada Gambar 4.29.

Persentase Penyimpangan persentase (%)

25 20

% overshoot

15 10

% penyimpangan

5 0 0

20

40 60 kecepatan referensi (rad/s)

80

Gambar 4.29. Persentase penyimpangan

Dari Gambar 4.29 dapat kita lihat bahwa pada kecepatan referensi rendah nilai overshoot reltif tinggi, nilai overshoot semakin kecil dengan menaikkan kecepatan referensi. Untuk nilai penyimpangan relatif sebanding untuk setiap nilai kecepepatan referensi.

4.2.5. Perbandingan Konsumsi Energi Untuk mengetahui baik tidaknya pengaturan harus dibandingkan konsumsi energi yang digunakan untuk mencapai nilai kecepatan referensi yang diinginkan. Konsumsi energi pada waktu naik dan waktu tunak seperti tampak pada Tabel 4.10.

commit to user



Tabel 4.10. Konsumsi energi pada kondisi waktu naik Waktu naik Efisiensi tanpa kontrol kontrol logika kabur logika kabur Joule % Waktu Energi Waktu Energi 1.0960 996.5 0.0951 157.7 838.8 84.17 1.0600 1087 0.0728 155.8 931.2 85.67 1.0440 1179 0.0772 179.1 999.9 84.81 1.0200 1252 0.0807 197.8 1054.2 84.20 1.0090 1329 0.0845 218.8 1110.2 83.54 1.0060 1411 0.0997 235.5 1175.5 83.31 1.0040 1488 0.1217 308.8 1179.2 79.25 0.9844 1540 0.1552 378.8 1161.2 75.40 0.9840 1613 0.3819 730.7 882.3 54.70 Rata-rata efisiensi 79.45

Kecepatan Referensi (rad/s)

20 25 30 35 40 45 50 55 60

Dari Tabel 4.10 diketahui bahwa penghematan penggunaan energi listrik untuk setiap kecepatan referensi reltif sebanding dengan nilai yang kecil pada kecepatan referensi tinggi. Jika tabel dimasukkan dalam bentuk gambar grafik seperti tampak pada Gambar 4.30.

Konsumsi Energi Waktu Naik

Konsumsi energi (Joule)

2000 1500

Motor DC tanpa Kontrol

1000

Logika Kabur

500 0 0


80

Motor DC kontrol Logika kabur

Gambar 4.30 konsumsi energi pada waktu naik

Konsumsi energi untuk pengaturan motor DC tanpa menggunakan kontrol kabur mengalami kenaikan secara linear sebanding dengan kenaikan nilai referensi keccepatan. Untuk pengaturan motor DC dengan logika kabur cenderung tetap dengan kenaikan yang sedikit dan menjadi sangat besar saat referensi kecepatan 60 rad/s.

commit to user


digilib.uns.ac.id

Tabel 4.11. Konsumsi energi pada kondisi waktu tunak Kecepatan Referensi (rad/s)

20 25 30 35 40 45 50 55 60

Waktu tunak Efisiensi tanpa kontrol kontrol logika kabur logika kabur Joule % Waktu Energi Waktu Energi 1.0960 996.5 0.3381 338.2 658.3 66.06 1.0600 1087 0.3711 394.1 692.9 63.74 1.0440 1179 0.3531 423 756 64.12 1.0200 1252 0.3294 439.1 812.9 64.93 1.0090 1329 0.3373 492.6 836.4 62.93 1.0060 1411 0.3461 559.5 851.5 60.35 1.0040 1488 0.2414 465.8 1022.2 68.70 0.9844 1540 0.3334 378.8 1161.2 75.40 0.9840 1613 0.3819 730.7 882.3 54.70 Rata-rata efisiensi 64.55

Dari Tabel 4.11 diketahui bahwa penghematan penggunaan energi listrik untuk setiap kecepatan referensi reltif sebanding dengan nilai yang kecil pada kecepatan referensi tinggi. Jika tabel dimasukkan dalam bentuk gambar grafik seperti tampak pada Gambar 4.31.

konsumsi energi waktu tunak

Konsumsi energi (Joule)

2000 1500

Motor DC Tanpa kontrol

1000

Logika Kabur

500


0 0


80

Gambar 4.31. konsumsi energi waktu tunak Konsumsi energi untuk pengaturan motor DC tanpa menggunakan kontrol logika kabur mengalami kenaikan secara linear sebanding dengan kenaikan nilai referensi keccepatan. Untuk pengaturan motor DC dengan logika kabur cenderung tetap dengan kenaikan yang sedikit dan menjadi sangat besar saat referensi kecepatan 60 rad/s.

commit to user



4.2.6. Perbandingan konsumsi energi per jarak tempuh

Perbandingan konsumsi energi terhadap jarak tempuh dihitung untuk mengetahui efisiensi kontrol logika kabur pada jarak tertentu. Perbandingan dilakukan pada saat tidak ada perubahan kecepatan untuk motor DC dengan kontrol logika kabur dan tanpa control logika kabur atau sudah pada kondisi tunak. Untuk penjelasannya adalah sebagai contoh pada kecepatan referensi 45 rad/s. Karakteristik pengaturan arus terhadap jarak tempuh ditunjukkan seperti tampak pada gambar. Pengambilan data dilakukan mulai dari kondisi motor diam hingga kecepatan tunak. Respon kecepatan dan pengaturan logika kabur seperti yang telah dijelaskan pada 3.2.4 mengenai simulasi Pengaturan Motor DC kontrol logika kabur Arus Listrik Tiap Jarak 100 90

Kontrol Logika Kabur Tanpa kontrol

80

Logika Kabur

Arus (Ampere)

70 60 50 X: 5.014 Y: 31.89

40 30 20 10 0

0

1

2

3

6 5 4 Jarak Tempuh (m)

7

8

9

10

Gambar 4.32. Penggunaan Arus listrik per_jarak tempuh

Dari Gambar 4.32 terlihat bahwa arus yang digunakan motor DC dengan pengaturan kontrol logika kabur mengalami pengaturan hingga jarak tertentu. Pada saat kondisi pengaturan, arus yang digunakan motor dengan kontrol logika kabur berbeda pada motor tanpa kontrol. Pada jarak tempuh teretentu kedua pengaturan menggunakan arus yang sama sehingga untuk membandingkan konsumsi energi yang digunakan untuk menggerakkan motor DC adalah dari keadaan diam hingga mencapai jarak saat arus yang digunakan sama (terlihat kedua grafik saling berhimpitan). Pada Gambar 4.32 terlihat kedua grafik saling

commit to user


digilib.uns.ac.id

berhimpitan setelah menempuh jarak 5 m. Untuk perbandingan konsumsi energi listrik pada jarak tertentu seperti pada tabel diberikan data dengan kecepatan referensi bervariasi. Tabel 4.12. Konsumsi Energi per-Jarak Tempuh Kecepatan Referensi (rad/s)

Jarak tunak (m)

20 25 30 35 40 45 50 55 60

2 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5

Konsumsi Energi (Joule) Efisiensi tanpa kontrol kontrol Joule % logika kabur logika kabur 587 448 139 31.06 712 533 180 33.73 764 588 176 29.86 797 627 170 27.02 844 693 151 21.75 882 762 120 15.73 910 821 89 10.89 953 879 74 8.41 977 933 44 4.72 Rata-rata efisiensi 20.35

Darti Tabel 4.12 dapat kita lihat jarak tempuh motor setelah mencapai kondisi tunak. Pada jarak tersebut kemudian diambil data konsumsi energi dan dibandingkan antara motor DC dengan kontrol logika kabur dan tanpa kontrol. Selisih yang didapatkan dari perbandingan dihitung besar persentase terhadap energi listrik yang dipakai pada motor DC tanpa control logika kabur. Dari Tabel 4.12 terlihat besarnya konsumsi energi listrik motor DC dengan kecepatan referensi 20 rad/s membutuhkan waktu 2 menit untuk mencapai keadaan tunak. Konsumsi energi pada motor DC tanpa control logika kabur sebesar 587 J, sedangkan motor DC dengan kontrol logika kabur 448 J. Penghematan dengan menggunakan kontrol logika kabur pada kecepatan referensi 20 rad/s adalah139 J atau 31.06%. Dengan naiknya nilai kecepatan referensi menurunkan nilai persen penghematan sehingga pada kecepatan referensi 60 rad/s hanya terjadi penghematan 4 % dengan rata-rata penghematan keseluruhan 20.35%. Apabila data perbandingan konsumsi energi pada tabel dimasukkan dalam gambar akan tampak seperti Gambar 4.33 dan Gambar 4.34.

commit to user



Penggunaan Energi per-Jarak Tempuh Konsumsi Energi (Joule)

1200 1000 800

tanpa kontrol

600 400

kontrol logika kabur

200 0


0

80

Gambar 4.33. Perbandingan konsumsi energi per-jarak tempuh tunak

Dari Gambar 4.33 terlihat perbandingan konsumsi motor DC tanpa kontrol logika kabur dan motor DC dengan kontrol logika kabur hingga keadaan tunak.

Pada jarak yang sama, kontrol logika kabur menghabiskan lebih sedikit energi listrik dibanding tanpa kontrol. Besarnya penghematan semakin kecil pada referensi kecepatan semakin besar seperti tampak pada gambar dimana kedua kurva cenderung saling berhimpit

Efisiensi Energi per-Jarak Tempuh efisienesi (%)

40 30 20 10 0 0

20

40

60

80

kecepatan referensi (rad/s)

Gambar 4.34. Efisiensi penggunaan energi per-jarak tempuh

Semakin besar nilai kecepatan referensi menjadikan efisiensi semakin mengecil. Dapat disimpulkan bahwa dengan menggunakan kontrol logika kabur akan memberikan penghematan penggunaan energi.

commit to user


4.3.

digilib.uns.ac.id

Penerapan Kontrol pada mobil listrik Penelitian penggunaan kontrol logika kabur pada mobil listrik dilakukan

dengan pengaturan motor DC sebagai penggeraknya. Setelah analisa pengaturan motor DC dengan menggunakan perangkat lunak dilanjutkan dengan menerapkan pengaturan pada mobil listrik yang sesungguhnya. Penerapan kontrol logika kabur melalui langkah sebagai berikut.

4.3.1. Pembuatan program Pengaturan kontrol logika kabur menggunakan ATmega16 dengan memanfaatkan arsitektur yang dimiliki. Program pengaturan kontrol logika kabur melalui algoritma sebagaimana tampak pada Gambar 4.35.

Gambar 4.35. Diagram alir algoritma pemrograman

4.3.2. Perbandingan Pengaturan Motor DC Untuk mengetahui hubungan pengaturan motor DC simulasi dan nyata, dilakukan dengan memberikan nilai masukan PWM tetap hingga motor

commit to user



memberikan respon kecepatan tunak. Untuk membandingkan dengan motor DC yang sesungguhnya dibuat tabel untuk membandingkan dan mengatahui hubungan karakteristik simulasi motor DC dengan motor DC nyata. Tabel perbandingan seperti tampak pada Tabel 4.13. Data yang didapatkan dari motor nyata berupa kecepatan putar dengan satuan rpm, data yang didapatkan dari simulasi berupa kecepatan sudut dengan satuan rad/s. Untuk dapat dibandingkan maka dihitung konversinya. Perbandingan

dihitung pada kecepatan putar satuan rpm untuk

melihat kesebandingan yang lebih jelas. Tabel 4.13. Respon kecepatan dengan PWM PWM

36.71 45.53 54.33 63.97 82.68 97.06 109.41 125.29 134.12 150.00

Nyata

rpm 85 128 162 203 289 343 389 444 475 520

rad/s 8.70 12.78 16.45 21.27 30.28 35.94 40.75 46.52 49.76 54.48

Simulasi Error rpm rad/s rpm 111.49 11.68 26.49 147.37 15.44 19.37 181.74 19.04 19.74 218.01 22.84 15.01 284.35 29.79 4.65 332.36 34.82 10.64 371.97 38.97 17.03 420.84 44.09 23.16 447.18 46.85 27.82 493.19 51.67 26.81 Rata-rata Error

% 24% 13% 11% 7% 2% 3% 5% 6% 6% 5% 8%

Pengujian dilakukan untuk memperlihatkan respon kecepatan motor terhadap masukan PWM. Dari tabel diketahui data dari masing-masing respon kecepatan motor DC menggunakan simulasi maupun nyata. Dari data pada Tabel 4.7 diketahui error terbesar 24% dan terkecil 2% dengan rata-rata error 8%. Error yang kecil dari perbandingan menunjukkan kedua sistem mempunyai karakteristik yang sama. Jika perbandingan respon kecepatan Tabel 4.13 dimasukkan dalam grafik akan tampak seperti pada Gambar 4.36 sehingga perbandingan antara pengaturan motor DC simulasi dan nyata tampak lebih jelas.

commit to user


digilib.uns.ac.id

Respon Kecepatan Motor DC Kecepatan putar (rpm)

600 500 400 300

Motor DC Nyata

200

Motor DC Simulasi

100 0 0

20

40

60

80

100

120

140

160


Gambar 4.36. Perbandingan respon kecepatan terhadap Input PWM

Grafik perbandingan respon kecepatan motor DC Gambar 4.36 menunjukkan dengan nilai input PWM yang sama menghasilkan respon kecepatan yang hampir sama. Pada Input PWM kecil respon kecepatan Motor DC simulasi lebih tinggi dibanding motor DC nyata. Pada Input PWM bernilai sekitar 80 menunjukkan kesebandingan respon kecepatan. Pada Input PWM besar respon Motor DC simulasi lebih rendah dibanding motor DC nyata. Dari data dan gambar perbandinga simulasi dapat diambil kesimpulan bahwa motor DC simulasi dan nyata mempunyai karakteristik yang sama. Selisih nilai respon kecepatan terhadap masukan PWM atau error pada Tabel 4.13 apabila dimasukkan pada grafik seperti pada Gambar 4.37.

Nilai Error Nyata-Simulasi Motor DC persen Error (%)

25 20 15 10 5 0 0

20

40

60

80

100

120

140

160


Gambar 4.37. Persen Error respon kecepatan motor DC Nyata-Simulasi

commit to user



Dari gambar grafik diatas dapat diketahui bahwa error yang terjadi cenderung menurun dengan penambahan nilai PWM dan mencapai nilai terkecil pada PWM 80 dan nilainya kembali naik untuk nilai PWM berikutnya.

Tabel 4.14. Perbandingan waktu tunak motor DC (pengujian nyata) Motor DC tanpa kontrol logika kabur waktu kecepatan referensi tempuh (rpm) (detik 270 8.80 285 9.40 305 10.43 320 10.78 343 11.53 366 11.71 380 11.82 400 12.11 420 12.40

Motor DC Penghematan kontrol Logika Kabur kecepatan waktu (detik) (%) referensi tempuh (rpm) (detik) 270 7.01 1.79 20% 285 7.22 2.18 23% 305 7.50 2.93 28% 320 7.55 3.23 30% 343 7.63 3.91 34% 366 7.70 4.01 34% 380 7.79 4.03 34% 400 7.93 4.18 35% 420 8.07 4.33 35% Rata – rata penghematan 30%

Dari Tabel 4.14 dapat diketahui waktu yang diperlukan hingga mencapai kecepatan referensi, motor DC tanpa kontrol logika kabur membutuhkan waktu lebih lama dibandingkan motor DC dengan kontrol logika kabur. Apabila Tabel

waktu tunak (detik)

4.14 dibuat dalam grafik akan tampak seperti pada Gambar 4.38.

Perbandingan Waktu Tunak

13.00 12.00 11.00 10.00 9.00 8.00 7.00 6.00 5.00

Motor DC tanpa kontrol Logika Kabur

Motor DC kontrol Logika Kabur 250

300 350 400 kecepatan referensi (RPM)

450

Gambar 4.38. Perbandingan Waktu naik motor DC

commit to user


digilib.uns.ac.id

Gambar 4.38 menunjukkan grafik perbandingan waktu yang diperlukan dengan kontrol logika kabur dan tanpa kontrol logika kabur untuk mencapai kecepatan referensi. Dari Gambar 4.38 terlihat motor DC dengan kontrol logika kabur memerlukan waktu yang lebih cepat dibandingkan dengan tanpa kontrol logika kabur. Hal ini ditunjukkan dengan grafik waktu tunak kontrol logika kabur yang berada dibawah grafik waktu tunak tanpa kontrol logika kabur. Artinya Energi yang diperlukan pada kotrol logika kabur lebih kecil dibandingkan dengan kontrol konvensional. Ini membuktikan bahwa kontrol logika kabur dapat penghasilkan

penghematan

konsumsi

energi

yang

digunakan,

dengan

penghematan sampai dengan 30% pada saat start. Besarnya penghematan yang diberikan kontrol logika kabur simulasi dan nyata memiliki perbedaan disebabkan karena, pada simulasi sistem penggerak motor DC dianggap ideal sehingga variabel yang mempengaruhi respon kecepatan seperti adanya gaya gesek udara, rugi-rugi mekanis tidak diikutkan dalam perhitungan.

commit to user



BAB V PENUTUP 4.4.

Kesimpulan Dari data dan analisa yang sudah dilakukan maka didapatkan kesimpulan

sebagai berikut: 1. Simulasi motor DC memiliki karakteristik yang sama dengan kenyataan karena respon kecepatan terhadap masukan signal PWM adalah identik. Rata-rata error respon kecepatan motor DC simulasi dengan input sama dibanding motor DC nyata adalah sebesar 8%. 2. Kontrol logika kabur memberikan respon lebih cepat untuk mencapai nilai referensi. Penghematan waktu untuk mencapai kecepatan referensi pengaturan dengan kontrol logika kabur rata – rata sebesar 67% (pada simulasi) dan 30% (pada nyata). Penghematan penggunaan energi hingga kecepatan tunak dengan kontrol logika kabur rata - rata 64.55%. Penghematan energi listrik untuk mencapai jarak yang sama pada saat start dengan kontrol logika kabur sebesar 20.35%.

4.5.

Saran Setelah melakukan penelitian maka ada beberapa saran yang bisa dipakai

untuk penelitian selanjutnya: 1. Perlunya penelitian lebih lanjut mengenai karakteristik motor DC sebagai dasar penentuan keanggotaan maupun aturan dasar. 2. Penambahan parameter penelitian agar kinerja kontrol logika kabur terbukti lebih menyeluruh dengan beberapa parameter.

commit to user

PENINGKATAN EFISIENSI PENGGUNAAN DAYA PADA SISTEM MOBIL LISTRIK BERPENGGERAK MOTOR DC DENGAN MENGGUNAKAN LOGIKA KABUR (FUZZY LOGIC)

Recommend Documents