PENERAPAN ADAPTIF FUZZY PADA PENGATURAN KECEPATAN MOTOR INDUKSI TIGA FASA

Transkripsi

1 Ratna Ika Putr, Penerapan Adaptf Fuzzy Pada Pengaturan Kecepatan Motor Induks Tga Fasa PENERAPAN ADAPTIF FUZZY PADA PENGATURAN KECEPATAN MOTOR INDUKSI TIGA FASA Ratna Ika Putr Poteknk Neger Maang, J. Veteran PO.BOX 04 Maang Ema: ABSTRAK Motor nduks tga fasa merupakan motor eektrk yang pang banyak dgunakan daam duna ndustr. Saah satu keemahan motor nduks yatu memk beberapa karakterstk parameter yang tdak ner, terutama resstans rotor yang memk na yang bervaras untuk konds operas yang berbeda, sehngga tdak dapat mempertahankan kecepatannya secara konstan ba terjad perubahan beban. Oeh karena tu untuk mendapatkan kecepatan yang konstan dan peformans sstem yang ebh bak terhadap perubahan beban dbutuhkan suatu pengontro. Tujuan penetan n untuk merancang suatu pengaturan kecepatan motor nduks tga fasa dengan menggunakan pengontro adaptf fuzzy dengan agortma pembeajaran gradent descent. Dengan adanya pengaturan kecepatan n dharapkan kecepatan motor nduks dapat steady state sesua yang dngnkan waaupun terdapat gangguan atau perubahan beban. Berdasarkan has mpementas pengontro adaptf fuzzy menghaskan parameter transen yatu settng tme (ts)= 3.78 detk, rse tme (tr)=2.295detk, deay tme (td)=2.16 detk, tme constant (τ)= 2.7 detk, error steady state 0.6% dan maksmum overshoot 0%. Sedangkan pada konds terbeban memk waktu pemuhan 3.78 detk. Kata Kunc : Motor nduks, Adaptf fuzzy PENDAHULUAN Motor nduks 3 fasa adaah aat penggerak yang pang banyak dgunakan daam duna ndustr. Ha n dkarenakan motor nduks mempunya konstruks yang sederhana, kokoh, harganya reatf murah, serta perawatannya yang mudah, sehngga motor nduks mua menggeser penggunaan motor DC pada ndustr. Motor nduks memk beberapa parameter yang bersfat non-ner, terutama resstans rotor, yang memk na bervaras untuk konds operas yang berbeda. Ha n yang menyebabkan pengaturan pada motor nduks ebh rumt dbandngkan dengan motor DC. Saah satu keemahan dar motor nduks adaah tdak mampu mempertahankan kecepatannya dengan konstan ba terjad perubahan beban. Apaba terjad perubahan beban maka kecepatan motor nduks akan menurun. Untuk mendapatkan kecepatan konstan serta memperbak knerja motor nduks terhadap perubahan beban, maka dbutuhkan suatu pengontro. Penggunaan 57

2 JURNAL TEKNIK GELAGAR, Vo. 18, No. 01, Apr 2007 : motor nduks tga fasa d beberapa ndustr membutuhkan performans yang tngg dar motor nduks untuk dapat mempertahankan kecepatannya waaupun terjad perubahan beban. Saah satu contoh apkas motor nduks yatu pada ndustr kertas. Pada ndustr kertas n untuk menghaskan produk dengan kuatas yang bak, dmana ketebaan kertas yang dhaskan dapat merata membutuhkan ketetan dan kecepatan yang konstan dar motor penggeraknya, sedangkan pada motor nduks yang dgunakan dapat terjad perubahan beban yang besar. Daam beberapa tahun terakhr ogka fuzzy teah sukses dterapkan pada beberapa apkas kontro. Menurut Mohammed, dkk (2000), berbeda dengan pengontro konvensona, pengontro ogka fuzzy menggunakan hubungan heurstk nput-output untuk menangan stuas yang kompeks dan tdak menentu. Pengontro ogka fuzzy dapat bekerja pada stuas dmana varas parameter dan struktur dar pant memk ketdakpastan yang besar. Pengontro adaptf merupakan suatu pengontro yang dapat mengubah parameternya dan memk suatu mekansme untuk penyetean parameterparameter tersebut. Sedangkan menurut Wang Xn-L (1997), pengontro adaptf fuzzy ddefnskan sebaga sstem ogka fuzzy yang dengkap dengan agortma pembeajaran. Pengontro adaptf fuzzy akan mengubah dan menyesuakan parameter kenda secara otomats sesua dengan keakuan sstem yang dkehendak meau agortma pembeajarannya. Beberapa penetan pengaturan kecepatan motor nduks yang teah dakukan antara an oeh Bran heber, Longya Xu dan Yfan tang (1997) menggunakan kontroer ogka fuzzy untuk memperbak performans kontroer PID pada pengaturan kecepatan motor nduks. Demkan juga penetan yang dakukan oeh Mohammed dkk(2000) mengembangkan kontroer fuzzy yang dgunakan untuk menaa parameter PI. Kontroer fuzzy juga dkembangkan pada penetan yang dakukan Chekkour MR dkk (2002) dan Lakhdar M & Kata K (2004) dengan meengkap mekansme adaptas pada kontroer fuzzy pada pengaturan motor nduks. Pada penetan n drancang suatu pengaturan kecepatan motor nduks 3 fasa dengan menggunakan pengontro adaptf fuzzy. Dengan adanya pengaturan kecepatan n dharapkan kecepatan motor nduks dapat konstan sesua yang dngnkan, waaupun mendapat perubahan beban, sehngga menghaskan performans motor nduks yang tngg. TINJAUAN PUSTAKA Beberapa penetan yang berhubungan dengan pengaturan kecepatan motor nduks, pernah dakukan. Bran Heber, Longya Xu dan Yfan Tang (1997) meakukan penetan dengan mengapkaskan Fuzzy Logc Controer (FLC) yang dpadukan dengan pengontro Proposona-Integra-Dfferensa (PID) konvensona untuk mengontro kecepatan motor nduks. Penggunaan FLC dapat memperbak performans dnamk motor nduks dbandngkan dengan penggunaan pengontro PID konvensona. Penerapan ogka fuzzy pada pengaturan kecepatan motor nduks juga dterapkan pada penetan yang dakukan Mohammed, dkk(2000). Pengontro ogka fuzzy dgunakan untuk penaaan parameter Proposona Integra (PI) dengan menerapkan prnsp-prnsp vektor kontro pada motor nduks. Penggunaan ogka 58

3 Ratna Ika Putr, Penerapan Adaptf Fuzzy Pada Pengaturan Kecepatan Motor Induks Tga Fasa fuzzy pada penetan n juga dapat memperbak perfomans dnamk dar motor nduks dbandngkan jka hanya menggunakan pengontro PI saja. Pada penetan yang dakukan Karsno (2002), pengontroan kecepatan motor nduks dakukan dengan pengontro PID yang dmpementaskan pada mkropengontro Penentuan na parameter pengontro Konstanta proposona (Kp), Tme ntegraton (T) dan Tme dffrenta (Td) berdasarkan mt steady state Zeger-Nchos dan metode cut and try. Penentuan parameter pengontro dengan metode cut and try menghaskan respon yang ebh bak. Sehngga dengan menggunakan pengontro n maka na parameter pengontro yang akan dgunakan harus dtentukan terebh dahuu dengan tepat untuk memperoeh respon kecepatan yang bak. Suatu anasa perbandngan antara kontro PI dan Fuzzy ogc menurut penetan yang dakukan Ibrahm Z & Lev E (2002), ogka Fuzzy dapat memperbak respon performans sstem. Penetan n dakukan dengan memberkan ma setpont untuk masngmasng pengontro, ternyata untuk semua setpont yang dgunakan fuzzy ogc menghaskan respon yang sangat bak dengan settng tme yang sama. Sebaknya respon dengan pengontro PI menjad semakn buruk jka setpont semakn kec. Chekkour, MR, dkk (2002) meakukan penetan mengena kontro adaptf fuzzy pada penggerak motor nduks. Adaptf fuzzy dterapkan dengan menggunakan supervsor fuzzy yang dengkap dengan faktor adaptas. Pada penetan n menggunakan dua pengontro yatu PDF (Pseudo Dervatve Feedback ) dan supervsory fuzzy. PDF memk parameter Kp dan Konstanta ntegra (K), sedangkan supervsory fuzzy dgunakan sebaga penaa parameter K. Lakhdar M & Kata K (2004) mengembangkan kontroer fuzzy untuk sef tunng parameter PI dengan dua faktor penyekaaan dan mekansme adaptas. Dar has penetan n ddapatkan penggunaan kontroer fuzzy dapat menngkatkan performans penngatturan kecepatan motor nduks. 1. Adaptf fuzzy Sstem kenda ogka adaptf fuzzy akan mengubah dan menyesuakan parameter kenda secara otomats sesua dengan keakuan sstem yang dkehendak ( Wang Xn-L, 1997). Sstem adaptf fuzzy dapat dpandang sebaga sstem ogka fuzzy yang memk kemampuan membangktkan aturan-aturan (rue) secara otomats meau pembeajaran. Saah satu agortma pembeajaran yang dapat dgunakan yatu pembeajaran dengan gradent descent yang dsebut juga dengan error backpropagaton (Wang X- Ln, 1997). Sstem ogka fuzzy yang akan dgunakan yatu fuzzyfkas sngeton, defuzzyfkas rata-rata tengah (center average defuzzfer), dan fungs keanggotaan gaussan, sehngga keuaran adaptf fuzzy dapat dnyatakan daam bentuk pers. (1) 2 m n x x y a F(x) = exp = 1 = 1 σ. (1) n 2 m x x a exp = 1 = 1 σ Parameter yang dapat dubah dar sstem ogka fuzzy d atas yatu a Є (0,1),σ, y Є V, x Є U, dmana V adaah semesta pembcaraan pada keuaran sedangkan U adaah 59

4 JURNAL TEKNIK GELAGAR, Vo. 18, No. 01, Apr 2007 : semesta pembcaraan pada masng-masng masukannya. M adaah banyaknya fungs keanggotaan fuzzy dan N adaah banyaknya masukan sedangkan F(x) adaah snya keuaran jarngan fuzzy. Varabe x dan σ masng-masng adaah parameter ttk tengah dan ebar fungs keanggotaan masukan Gaussan, sedangkan ttk ttk tengah fungs keanggotaan keuarannya adaah y. Dasumskan a = 1 karena harga dar fungs keanggotaan maksmum berharga 1. Struktur jarngan adaptf fuzzy sepert yang dtunjukkan pada Gambar 1. Gambar 1. Struktur Jarngan Adaptf Fuzzy Jka dmk pasangan masukan dan keuaran (x p, y p ), x p Є U R n, y p Є U R maka harus drancang suatu sstem fuzzy F(x) sepert daam persamaan 1, sehngga error (e p ) dapat dmnmakan. e p = 1 p [ ( x ) y ] p 2 2 F (2) Dengan menggunakan gradent descent dapat dtentukan parameter σ, x dan y. menggunakan y (q+1) = Penentuan y (q) - y dapat dath e α q (3) y dmana = 1,2,3.,M, q = 0,1,2,..n dan α adaah konstanta pembeajaran, dengan persamaan f = a/b dan m a= ( y z ) = 1 m b = ( z ) = 1 (4) (5) n 2 z = x x exp (6) = 1 σ dmana a adaah has defuzzfkas, b adaah jumah na fungs keanggotaan dan z adaah na fungs keanggotaan dar x. Dengan menggunakan da ranta (chan rue) ddapatkan f y y (q+1) = y (q) - α z (7) b dmana = 1,2,3.,M, q = 0,1,2,..n. METODOLOGI PENELITIAN 1. Impementas Sstem Pengontro dmpementaskan pada sstem dengan bok dagram sepert yang dtunjukkan oeh Gambar 2. Gambar 2. Bok Dagram Sstem Pengaturan Kecepatan Motor Induks 3 Fasa Na kecepatan motor nduks yang akan datur (setpont) dmasukkan meau Persona Computer (PC). Pengontro akan mengatur kecepatan dar motor nduks sesua dengan na setpont yang dngnkan dengan mengrmkan snya kontro yang sesua. Snya kontro dkrmkan ke nverter meau rangkaan Dgta to Anaog Converter (DAC). 60

5 Ratna Ika Putr, Penerapan Adaptf Fuzzy Pada Pengaturan Kecepatan Motor Induks Tga Fasa Kecepatan motor nduks dukur dengan menggunakan tachogenerator yang dgunakan sebaga snya umpan bak ke pengontro. Keuaran tachogenerator d krm ke komputer meau rangkaan Anaog to Dgta Converter (ADC) untuk doah oeh agortma pengontro yang ada d komputer. Antarmuka antara rangkaan ADC/DAC dengan komputer menggunakan Perencanaan pengontro Bok dagram pengontro adaptf fuzzy dtunjukkan pada Gambar 3. Gambar 3. Bok Dagram Pengontro Adaptf Fuzzy Pengontro adaptf fuzzy n dapat merubah parameter fungs keanggotaan fuzzy dan juga dapat membangktkan aturan fuzzy secara otomats meau proses pembeajaran. Parameter keanggotaan fuzzy yang dubah yatu ttk tengah fungs keanggotaan masukan (x), ebar fungs keanggotaan masukan (σ) dan ttk tengah fungs keanggotaan keuaran (y). Pada pengontro n memk dua masukan dan satu keuaran yang masng-masng memk 5 fungs keanggotaan. Masukan pada kontro adaptf fuzzy n adaah error (e) dan deta error (de), sedangkan keuaran pengontro adaptf fuzzy merupakan snya kontro f(k). Keuaran adaptf fuzzy n dapat dnyatakan dengan pers (1). Human expert pada agortma adaptf fuzzy berfungs sebaga guru pada proses pembeajaran. Sesh antara keuaran fuzzy dengan human expert dgunakan untuk menaa parameter keanggotaan fuzzy. Penentuan na human expert seama operas berdasarkan na setpont dan ook-up tabe. Agortma kontroer adaptf fuzzy n dprogram menggunakan bahasa pemrograman DELPHI Pengamban Data Pengamban data meput data respon untaan terbuka dan respon untaan tertutup dengan pengontro. Pengamban data respon terbuka bertujuan untuk dentfkas pant dan mengetahu peraku sstem tanpa pengontro. Pada saat pengamban data daksanakan menggunakan na Setpont 1000 Rpm dan tme sampng yang dgunakan sebesar 54 ms (54 x 10-3 detk). Beban menggunakan magnetc powder brake dengan cara memutar pane untuk mengatur beban yang akan dberkan ke motor. Data yang damb berupa respon kecepatan motor dan snya kontro terhadap waktu. HASIL DAN PEMBAHASAN Respon pant untaan terbuka tanpa beban dapat dhat pada Gambar 4, sedang respon untaan terbuka dengan memberkan beban sebesar 1 Nm dtunjukkan pada Gambar 5. Gambar 4. Respon Untaan Terbuka Tanpa beban 61

6 JURNAL TEKNIK GELAGAR, Vo. 18, No. 01, Apr 2007 : Gambar 5. Respon Untaan Terbuka Dengan beban 1 N.m 1. Has Impementas Pengontro Adaptf Fuzzy Respon untaan tertutup sstem dengan pengontro adaptf fuzzy dengan beban no dtunjukkan pada Gambar 6. Gambar 6. Respon Sstem Dan Snya Kontro Adaptf Fuzzy Dengan Beban No Gambar 7 menunjukkan has pengujan respon untaan tertutup dengan memberkan perubahan beban. Konds pertama sstem dbeban sebesar 0.5N.m atau 33% beban maksmum sedangkan konds kedua, beban 0.5N.m tersebut depas. Gambar 7. Respon Sstem Dan Snya Kontro Adaptf Fuzzy Dengan Beban 0.5N.m Gambar 8 menunjukkan respon untaan tertutup dengan memberkan perubahan beban 1N.m atau 67% beban maksmum. Konds pertama sstem dbeban sebesar 1N.m, sedangkan pada konds kedua, beban 1N.m tersebut depas. Gambar 8. Respon Sstem Dan Snya Kontro Adaptf Fuzzy Dengan Beban 1N.m 2. Pembahasan Pada konds tanpa beban, kecepatan motor dapat sesua yang dngnkan, tetap pada pemberan beban maka kecepatan motor akan turun. Semakn besar beban yang dberkan maka penurunan kecepatan motor juga akan semakn besar. Ha n dsebabkan karena dengan pemberan beban akan menyebabkan tors beban bertambah besar sehngga sp bertambah besar yang akan menyebabkan putaran motor berkurang. Berdasarkan respon kecepatan motor nduks, sepert yang dtunjukkan pada Gambar 6, dapat dakukan anasa untuk menentukan parameter respon sstem dengan pengontro adaptf fuzzy sepert yang dtunjukkan pada Tabe 1. Tabe 1. Parameter respon sstem No. Parameter Adaptf Fuzzy 1. Settng Tme 3.78 detk 2. Maksmum Overshoot 0 % 3. Rse Tme detk 4. Deay Tme 2.16 detk 5. Tme constan 2.7 detk 6. Error Steady state 0.6 % 62

7 Ratna Ika Putr, Penerapan Adaptf Fuzzy Pada Pengaturan Kecepatan Motor Induks Tga Fasa Pada konds tanpa beban sepert yang dtunjukkan pada Gambar 6, dengan menggunakan pengontro adaptf fuzzy motor berputar dar 0 rpm hngga mencapa na setpont membutuhkan waktu tempuh (settng tme) seama 3.78 detk. Pada adaptf fuzzy tdak menyebabkan overshoot pada respon sstem, sedangkan error steady state yang terjad pada sstem dengan adaptf fuzzy sebesar 0.6%. Respon sstem pada konds pemberan beban dtunjukkan pada Gambar 7, dengan memberkan setpont 1000 rpm. Seteah respon berada pada daerah steady state dber beban sebesar 0.5 N.m sehngga respon akan turun d bawah setpont. Waktu yang dbutuhkan respon dar konds mua terbeban hngga mencapa steady state kemba (waktu pemuhan) untuk pengontro adaptf fuzzy n seama 3.78 detk. Perubahan respon saat dbeban dan peepasan beban 0.5N.m dtunjukkan pada Tabe 2. Pada Gambar 7 menunjukkan seteah dber beban dan mencapa konds steady state kemba maka beban 0.5 N.m tersebut depaskan. Pada saat beban depaskan maka terjad overshoot. Oeh karena putaran motor meebh setpont maka pengontro akan bekerja menurunkan respon menuju setpont hngga mencapa steady state kemba. Sedangkan pada penetan yang dakukan Karsno (2002) dengan metode PID, respon kecepatan motor memk settng tme sebesar 3.8 detk, maksmum overshoot 12.75%, rse tme sebesar 2.3 detk dan error steady state sebesar 1.29%. Sehngga jka dbandngkan dengan metode PID, metode adaptf fuzzy pada penetan n ebh bak, Tabe 2. Perubahan Respon Saat Dbeban Dan Peepasan Beban 0.5 N.m No. Parameter Adaptf Fuzzy 1. t detk 2. t detk 3. t detk 4. t detk 5. t detk 6. t detk Keterangan : t1:waktu transen saat pembebanan hngga steady state t2:waktu kontro menetapkan poss beban untuk menakkan respon ke steady state. t3:waktu kontro mengembakan ke steady state saat dbeban t4:waktu transen saat beban depas hngga steady state t5:waktu kontro mendeteks respon saat terjad peepasan beban menuju ke steady state t6:waktu kontro megembakan respon ke steady state saat beban depas. Pada saat beban dtambah ebh besar dbandng beban pertama yatu 1N.m, sepert yang dtunjukkan pada Gambar 8, waktu pemuhan yang dbutuhkan menjad ebh ama. Tabe 4 menunjukkan perubahan respon saat pembebanan dan peepasan beban 1 Nm. Tabe 4. Perubahan Respon Saat Dbeban Dan Peepasan Beban 1N.m No. Parameter Adaptf Fuzzy 1. t detk 2. t detk 3. t detk 4. t detk 5. t detk 6. t detk 63

8 JURNAL TEKNIK GELAGAR, Vo. 18, No. 01, Apr 2007 : KESIMPULAN DAN SARAN 1. Kesmpuan Berdasarkan has mpementas, pengujan dan anass pada sstem pengaturan kecepatan motor nduks tga fasa menggunakan pengontro adaptf fuzzy dengan agortma pembeajaran gradent descent, dapat dsmpukan: 1. Pada mpementas pengontro adaptf fuzzy dengan metode pembeajaran gradent descent tanpa beban, respon kecepatan motor dapat mencapa setpont, sebesar 1000 rpm, dengan parameter transen yatu settng tme (ts) = 3.78 detk, rse tme (tr) = detk, deay tme (td) = 2.16 detk, tme constant = (ז) 2.7 detk, error steady state = 0.6% dan tanpa overshoot. 2. Pada mpementas pengontro adaptf fuzzy dengan metode pembeajaran gradent descent memberkan perubahan beban, pengontro dapat mempertahankan kecepatan sesua setpont dengan waktu pemuhan sebesar 3,78 detk pada saat dber beban 0.5 Nm dan pada saat beban tersebut depas memk waktu pemuhan sebesar detk. 2. Saran Human expert pada pengontro adaptf fuzzy berfungs sebaga guru daam pembeajaran. Oeh karena tu peru adanya pengembangan agortma untuk penentuan na human expert, sehngga ddapatkan has yang ebh bak ag. DAFTAR PUSTAKA Bran Heber, Longya Xu, Tang Yfan, Fuzzy Logc Enhanceed Speed Contro of an Indrect Fed Orented Inducton Machne drve. IEEE Transacton on Power Eectronc. Vo 12 No.5. Chekkour, MR, dkk, Fuzzy Adaptve Contro of an Inducton Motor Drve. EPE- PEMC Dubrovnk & Cavtat. Ibrahm Z & Lev E, Comparatve anayss of Fuzzy Logc and PI speed Contro n Hgh Performance AC Drves Usng Expermenta Approach, IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRY APPLICATIONS, VOL. 38, NO. 5, Karsno, Sstem Pengaturan Motor Induks tga Fasa Dengan Pengontro PID Menggunakan Mkropengontro 8031, Thess Jurusan Teknk Eektro, PPS ITS. Surabaya. Lakhdar M & Kata K, 2004, Infuence of Fuzzy Adapted Scang Factor On The Performance of A Fuzzy Logc Controer Based On An Indrect Vector Contro For Inducton Motor Drve, Journa of ELECTRICAL ENGINEERING, VOL. 55, NO Mohammed, dkk, A Fuzzy Logc Vektor Contro of Inducton Motor, IEEE Contro System. Wang X-n, A Course n Fuzzy System and Contro, Prentce Ha Internatona. New Jersey. 64