NAMA : ALFIN HIDAYAT

Transkripsi

1 CASCADE FUZZY SIDING MODE CONTRO-PID UNTUK PENGATURAN POSISI PADA BRUSHESS DC MOTOR SIDANG TESIS 29/7/2013 NAMA : AFIN HIDAYAT

2 BAB 1 PENDAHUUAN 1.1 tr Belkng Motor DC yng gunkn un nustr nyk gntkn oleh Brushless DC Motor (BDCM) kren BDCM memlk eerp kelehn jk nngkn engn penggunn Motor DC. Dntr kelehn r BDCM: 1. efsensny yng tngg, 2. tors esr, 3. kontrol seerhn, 4. n leh muh lm perwtn. Penghlngn skt-skt n komuttor p Motor DC pt mengts permslhn yng erhuungn engn kontk erup gesekn ntr komuttor n skt-skt yng pt menmulkn keusn sehngg hrus serng lkukn perwtn ser erkl. Penggntn motor DC oleh BDCM menyekn utuhkn r kontrol ere untuk komuts fse rus r BDCM. Terjny keoorn nuktns menyekn rus sttor nk n turun sehngg menyekn erjny penympngn r entuk gelomng el menj entuk trpezol.pengruh r terjny penympngn lh terjny rpple p tors st terjny peruhn rus. Peruhn rpple tors kn menmulkn nose n menurunkn krkterstk kontrol keeptn, khususny p keeptn renh [1].

3 Bnyk peneltn tentng penektn pengturn rus yng pk untuk mengurng getrn tors engn memngktkn rus referens khusus. Y. u [2] melkukn peneltn ret torque otrol (DTC) p BDCM yng tujukn untuk mengtur tors n fluks sttor ser lngsung engn memllh vektor tegngn sttor ersrkn tel penyklrn. Nmun, DTC memlk eerp kekurngn selm opers BDCM, sepert rpple yng esr p tors n fluks p keeptn renh.

4 C.-Y. Chen[3] p peneltnny menggunkn plks se r kontroler keeptn menggunkn (SMC) n Pulse Wh Moulton (PWM) regultor rus seg penggerk BDCM untuk menp kontrol keeptn engn perform tngg. Dr hsl smuls kontroler SMC nngkn engn penektn kontroler PI, kontroler SMC pt menghslkn respon keeptn yng leh k p keeptn yng ere, pemenn, n ketkpstn prmeter. Penggunn SMC untuk kontrol keeptn p BDCM msh memlk kekurngn ytu msh munulny htterng p respon keeptnny.

5 Jonghyun Jeon n Snggun N, Hoon Heo [4] melkukn peneltn untuk: pengturn poss n keeptn BDCM engn melkukn Cse kontroler SMC engn PID mementuk se SMC PID. Kontroler SMC gunkn untuk mengtur poss referens, sengkn PID konvensonl gunkn untuk mengtur keeptn r BDCM. Hslny, engn melkukn se SMC engn PID, ptkn respon yng leh k jk nngkn engn kontroler PID konvensonl ketk er gnggun r lur.

6 Dr eerp kjn pustk ts, eerp kekurngn tunjukkn p penggunn metoe SMC seg metoe pengturn keeptn n error poss p BDCM. Untuk tu usulkn melkukn proseur se p pengturn poss n keeptn p BDCM Poss yng pk lm peneltn n lh poss ketnggn r mntur lft rng

7 1.2. Permslhn Yng menj permslhn p pengturn poss menggunkn metoe SMC p lft: munulny htterng p snyl kontrol erup keeptn referens p BDCM, sehngg utuhkn meknsme se ytu penmhn nner loop p sstem engn menmhkn kontroler p error keeptn BDCM n outer loop engn penmhn kontroler FSMC p error poss. Seln tu, BDCM 3 fse memutuhkn meknsme penyklrn yng sesu untuk pementukn snyl PWM rus gr pt menghslkn krkterstk respon motor sesu keperlun pernngn.

8 1.3 Btsn Mslh Dlm pernngn sstem n terpt eerp hl yng menj tsn yng kn kerjkn lm peneltn ytu ore sstem ts smp ore 3, n peneltn sets p trkng poss lft n keeptn BDCM.

9 1.4 Tujun Menyusun n mengplkskn proseur pernngn Cse FSMC-PID p pengturn poss engn penggerk BDCM seg slh stu r menghlngkn kelemhn r metoe SMC yng suh terpkn. Mernng meknsme penyklrn p BDCM. Kemun kn peljr nls respon trkng poss n keeptn BDCM r pernngn metoe se yng ut.

10 1.5 Kontrus Pemutn pernngn meknsme kontroler Cse FSMC-PID untuk trkng poss p mntur lft n keeptn BDCM 3 fse n moul smuls pemutn BDCM 3 fse p mtl.

11 1.6 Metoolog Penyelesn 1. Kjn Pustk Melkukn telh eerp pustk terkt k r rtkel peneltn yng telh pulkskn mupun uku yng tertkn. 2. Anlss eerp metoe yng terkt Anlss metoe-metoe yng terkt engn persoln p sstem kontrol yng kn rnng engn tujun gr menptkn formuls yng sesu untuk sstem terseut. 3. Mernng sstem kontrol Cse FSMC-PID Metoe yng hslkn r nlss ts gunkn untuk mernng sutu sstem kontrol Cse FSMC-PID 4. Memut progrm smuls untuk pengujn sstem kontrol terseut Melkukn serngkn ekspermen untuk mengethu knerj n kethnn sstem terseut setelh lkukn pengemngn n perkn.

12 5. Anlss hsl pengujn Melkukn nlss hsl pengujn n mengklrfks hsl terseut terhp tujun yng telh tetpkn. Apl telh memenuh tujun errt peneltn telh erhsl, n pl elum memenuh mk perlu kj leh lnjut solus tu ggsn lterntf gr tujun yng telh tetpkn pt p. 6. Penrkn kesmpuln Jk hsl evlus menunjukkn hw tujun peneltn telh terp mk kn trk kesmpuln untuk menegskn hw ggsn yng usulkn erhsl menyeleskn permslhn n memenuh tujun peneltn.

13 2.2 Moel Persmn BDCM Ser umum Persmn Tegngn r seuh BDCM lh seg erkut: V x = R x n k= 1 ψ kx ( θ, ) engn : vx = tegngn fse ktf (Volt) R = resstns (Ohm) x = rus (A) ψ kx ( θ, x ) = huungn totl fluks θ = poss rotor (r) n = jumlh fse motor x (2.1) Dengn mengnggp efek sturs kn n vrs nuktns kel ( q ) : ψ v v v = λ = R = R = R ( ) ( ) ( ) r (θ ) (2.3) Susttus Persmn (2.3) ke Persmn (2.1) λr ( θ ) λr ( θ 2π / 3) λr ( θ 2π / 3) (2.4) Totl r huungn flux lh: : ψ = ( θ, ) ( θ, ) ( θ, ) λ ( θ ) (2.2) r engn: R = R = = = R s m = = = R = s = = = = = nuktns sttor = nuktns ersm m (2.5)

14 Susttus Persmn (2.5 ) ke Persmn (2.4) ( ) ( ) ( ) R v R v R v r s m m r m s m r m m s 3) / 2 ( (2.6) 3) / 2 ( ) ( π θ λ π θ λ θ λ = = = (2.7) = 0 ( ) ( ) ( ) R v R v R v r m s r m s r m s 3) / 2 ( (2.8) 3) / 2 ( ) ( π θ λ π θ λ θ λ = = = R v R v R v r r r 3) / 2 ( (2.9) 3) / 2 ( ) ( π θ λ π θ λ θ λ = = = R v R v R v r r r 3) / 2 ( (2.10) 3) / 2 ( ) ( π θ λ π θ λ θ λ = = = f ke R v f ke R v f ke R v r r r 3)) / 2 ( ( 3) / 2 ( (2.11) 3)) / 2 ( ( 3) / 2 ( )) ( ( ) ( π θ π θ π θ π θ θ θ = = = engn str-onnete BDCM: Dr Persmn 2.7 n 2.6, s seerhnkn menj: engn: =s-m

15 Persmn Tors elektromnetk erkn oleh: T e = [ e e s s s s e s s ]/ ω m Persmn r gerkn untuk sstem seerhn engn ners J, koefsen pergesern B, n en tors T lh ω = Bω m T e J m T persmn rotor elektrk ω r n keeptn meknk ω m lh: P ω r = ( ) ω m 2

16 2.4 Slng Moe Control Slng Moe Control(SMC) Teknk kontrol yng melkukn swthng ersrkn ken sstem: u( x, t) u u = jk s jk s t t ( x, t) 0 ( x, t) 0 Memks lntsn sstem menuju permukn slng S=0 J. J. Slotne, "Slng ontroller esgn for nonlner systems," Int. J. Control, Vol. 40, No.2, pp , Feryry, 1984.

17 SMC Keungguln SMC: Penerpn Seerhn Respon nmk yng k Stl J. J. Slotne, "Slng ontroller esgn for nonlner systems," Int. J. Control, Vol. 40, No.2, pp , Feryry, 1984.

18

19 2.3 Fuzzy og Control Fuzzy Controller Rule Bse Prepoessng Fuzfks Defuzfks Postproessng Inferene Engne Skem Fuzzy og Control

20 B 3 Pernngn Sstem 3.1 Dgrm Blok Sstem X ref _ e x FSMC ω r _ eω PID ref _ PWM rus VDC BDCM ωm Mn ft X out X out ω m o Gmr 3.1 Dgrm Blok Sstem

21 3.4 Keutuhn Sstem 1. Pernngn Moul BDCM Dr Persmn 2.10, Persmn 2.12, Persmn 2.12, Persmn 3.1, n Persmn 3.2 gmrkn ser keseluruhn menggunkn mtl p Gmr 3.2 erkut: Gmr 3.2 Moul BDCM

22 Prmeter BDCM [4] No. Smol Deskrps Nl 1 V DC Sumer Tegngn 100 VDC 2 R s Resstns Sttor 10-1 Ω 3 s Inuktns Sttor 33x10-2 H 4. m Inuktns Bersm 1x10-1 H 4 J Momen Iners 1,03x10-2 kg-m 2 5 K e Konstnt Fluks 0,16 V/ω 6 K t Konstnt Tors 0,17 V/ω 7 B Koefsen Dmpng 2x10-3 N-M/ω

23 Pernngn Snyl PWM Penyklrn Snyl PWM Poss (erjt) I r I r I r S A 1 1 S B 1 1 S C Tel 3.1 Meknsme Penyklrn Pementuk Snyl PWM Gmr 3.3 Pementukn Snyl PWM Arus

24 Pernngn Moul ft T m T No Prmeter ft Keterngn Jm n 1 1. Msss ft (M) 10 kg B m * T n 2 J 2. Mss mutn (mm) 1-6 kg B 3. Pernngn n2/n1 1:50 4. Jr-jr R (m) 0,2 M 5. Koefsen mpng lft (B x ) 6. Koefsen mpng ktrol (B R ) 7. Poss yng ngnkn (X ref ) Tel 3.2 Prmeter Pernngn ft 0,02 0,02 1 m Gmr 3.4 Arstektur Sstem ft yng Drnng M m

25 m T _ m B m s J n n ) ( ) ) (2 ( 2 2 R B B s R m M J R s 1 R mgr T X θ 2 1 n n m Ω Ω * T Gmr 3.14 Dgrm Blok Huungn Tors Meknk n Tors Ben

26 3.5 Proseur Desn Cse FSCM-PID Kontroler PID Berkut lngkh-lngkh untuk menptkn prmeter kontroler PID r BDCM engn r tunng mnul: 1. Memer nl gn proporsonl engn nl wl 1. Gn gunkn untuk menptkn nl respon kelurn menekt yng ngnkn. Sengkn nl prmeter n ut ernl nol. Kemun lkukn tunng p prmeter sesu keutuhn pernngn. 2. Memer nl gn ntegrl engn nl 1. Gn gunkn untuk memperept respon trnsen n untuk menghlngkn error stey stte. Sengkn nl ut nol. Kemun lkukn tunng p prmeter sesu keutuhn pernngn. 3. Memer nl gn ervtve engn nl 1. Gn gunkn untuk memperlmt respon p trnsen n mengurng overshoot p respon kelurn.

27 No Prmeter Nl Gn 1. K p 0,5 2. K 0,2 3. K 0,01 Tel 3.3 Tel Prmeter PID Dengn Keeptn Referens 1400 rpm Gmr 3.15 Pernngn Kontroler PID engn Smuls Mtl

28 s Pernngn FSMC u s s Ks K s Fuzzyfks Meknsme Inferens Fuzzy Defuzzyfks Ku u Gmr 2.5 Dgrm Dsr r KF PD engn msukn s n

29 Proseur Pernngn FSMC 1. Menentukn Permukn lunur s: s = e λe λ = 0,2 s = e 0,2e 2. Fungs kenggotn untuk s n lm entuk fungs segtg engn 5 nggot hmpunn penukung. Gmr 3.16 Fungs Kenggotn ternormlss r s,

30 s 3. Menefnskn Rule Bse fuzzy. Rule se fuzzy yng ph lh engn menggunkn tel Mk Vr Wheln seg erkut: s

31 4. Meknsme nferene rule engn menggunkn Mmn Rule. y [ mn{ µ ( k), ( s( ), ( ))}] µ ( k) = mx µ j 5. Menefnskn metoe efuzzyfks. u Metoe yng plh lh metoe Center of Are (COA) R U 0 = m k= 1 u k m k= 1 ( T ) µ u ( u µ ( u k k k ( T )) ( T ))

32 K s 6. Melkukn tunng p,ks, Ksot n Ku untuk menyesukn rnge kerj r s,sot, n u sesu engn keutuhn plnt engn melkukn tunng p nl gn, Ks, Ksot n Ku ptkn nl seg erkut: Gmr 3.17Dgrm Smuls FSMC No Prmeter Nl Gn 1. Ks Ksot 1 3. K u 32 4 Ofs 0

33 4. Hsl n Anls Uj BDCM oop Teruk 1400 Respon Keeptn Open oop 1200 Keeptn (rpm) Respon Keeptn Wktu (Ts=0.01 etk) Gmr 4.1 Respon Keeptn oop Teruk Tegngn 100 volt keeptn motor tnp kontroler menp keeptn stey stte p wktu menp 1,5 etk.

34 4 Respon Arus Arus (Ampere) Respon Arus Wktu (Ts=0.01 etk) Gmr 4.2 Respon Arus Motor rus yng hslkn oleh BDCM er sektr 2-2,5 A p wktu ke 1,5 etk ketk keeptn motor menp stey stte.

35 0.7 Respon Tors Meknk Tors (Nm) Respon Tors Meknk Wktu (Ts=0.01 etk) Gmr 4.4 Respon Tors Meknk Motor

36 Respon Keeptn BDCM oop Tertutup 1500 Respon keeptn Keeptn (rpm) Respon keeptn Wktu (Ts=0.01 etk) Gmr 4.5 Respon Keeptn BDCM engn Kontroler PID keeptn motor engn keeptn referens 1400 rpm menunjukkn hw keeptn motor menp stey stte leh ept nngkn engn tnp kontroler p wktu 0,5 etk

37 1200 Respon Keeptn Dengn Ben 1000 keeptn (rpm) Respon Keeptn Wktu (Ts=0.01 etk) Gmr 4.6 Respon Keeptn Dengn Tors Ben

38 12 10 Respon Tors Meknk n Tors Ben Tors meknk Tors en 8 Tors (Nm) Wktu (Ts=0.01 etk) Gmr 4.7 Respon Tors Meknk n Tors Ben

39 Uj Respon Tnp Cse FSMC-PID 1.4 Respon Poss ft 1.2 Poss (m) Respon Poss ft mm= 0 kg Respon Poss ft mm= 1 kg 0.4 Respon Poss ft mm= 2 kg Respon Poss ft mm= 3 kg 0.2 Respon Poss ft mm= 4 kg Respon Poss ft mm= 5 kg 0 Respon Poss ft mm= 6 kg Wktu (etk) Gmr 4.8 Respon Poss ft engn Kontroler FSMC-PID Semkn esr mss mutn semkn lm wktu yng utuhkn untuk,menp poss yng ngnkn. Ketk tnp en poss lft p lm wktu 282 etk, sengkn engn en 6 kg, poss lft p lm wktu 3.22 etk.

40 Keeptn (rpm) Respon Keeptn Tnp Cse Respon Keeptn mm= 0 kg Respon Keeptn mm= 1 kg Respon Keeptn mm= 2 kg Respon Keeptn mm= 3 kg Respon Keeptn mm= 4 kg Respon Keeptn mm= 5 kg Respon Keeptn mm= 6 kg Wktu (etk) Gmr 4.9 Respon Keeptn BDCM Tnp Cse keeptn kelurn BDCM tnp pemern kontroler menunjukkn peren keeptn p en ere n elum sesu engn keperlun pernngn

41 . Uj Respon Dengn Cse FSMC-PID 1.4 Respon Poss Dengn Cse 1.2 Poss (m) Respon Poss mm= 0 kg Respon Poss mm= 1 kg 0.4 Respon Poss mm= 2 kg Respon Poss mm= 3 kg Respon Poss mm= 4 kg 0.2 Respon Poss mm= 5 kg Respon Poss mm= 6 kg Wktu (etk) Gmr 4.10 Respon Poss ft engn Kontroler FSMC-PID poss ketnggn yng ngnkn p poss 1 meter p lm wktu 2,82 etk engn mss mutn ere n nl λ = 0,2

42 Keeptn (rpm) Respon Keeptn BDCM Respon Keeptn mm= 0 kg Respon Keeptn mm= 1 kg Respon Keeptn mm= 2 kg Respon Keeptn mm= 3 kg Respon Keeptn mm= 4 kg Respon Keeptn mm= 5 kg Respon Keeptn mm= 6 kg Wktu (etk) Gmr 4.11 Respon Keeptn Motor Dengn Kontroler FSMC-PID t ss = 0,82 etk τ = 0,23etk t s ( ± 5%) = 3τ = 3 0,23 = 0,69 etk t r t ( 10% 90%) = τ ln 9 = 0,23 ln 9 = 0,5053 etk = τ ln 2 = 0,23 ln 2 = 0,159 etk

43 e Respon Permukn unur Mss Mutn 0 kg Mss Mutn 1 kg Mss Mutn 2 kg Mss Mutn 3 kg Mss Mutn 4 kg Mss Mutn 5 kg Mss Mutn 6 kg eot Gmr 4.26Respon Permukn unur Dengn λ = 0, 2

44 PENUTUP Kesmpuln Dr peneltn yng telh lkukn p pengturn poss r seuh mntur lft rng, ptkn eerp kesmpuln seg erkut: 1. Dengn memlh nl, respon keeptn referens mmpu mengkut permukn lunur engn k, n efek hterng s hlngkn. 2. Respon keeptn BDCM p kontrol poss lft mmpu mengkut engn k engn pemern mss mutn p lft yng ere engn tunjukkn engn nl t ss = 0,82 etk τ = 0,23 etk t s ( ± 5%) = 3τ = 3 0,23 = 0,69 etk t r ( 10% 90%) = τ ln 9 = 0,23 ln 9 = 0,5053 etk t = τ ln 2 = 0,23 ln 2 = 0,159 etk 3. Proseur esn pernngn krontroler Cse FSMC-PID ook untuk sstem kontrol poss yng ut, ytu engn mernng nner loop terleh hulu, n kut engn mernng outer loop sstem.

45 SARAN Dr peneltn tess yng suh lkukn, srn yng untuk peneltn selnjutny lh kontrol poss mntur lft rng engn oleh BDCM engn moel referens untuk kurv strtng n rkng untuk lft sesungguhny

46 Dftr Pustk [1] R. Krshnn, Eletr Motor Drves Moelng, Anlyss, n Control, Prente-Hll, New Jersey, 2001 [2] Y. u, Z. Q. Zhu, n D. Howe, Dret Torque Control of Brushless DC Drves wth Reue Torque Rpple IEEE Trns. Inustry Appltons, vol.41, no.2, pp , Mr/Apr [3] -J. Chen n P. C. Tng, A Slng Moe Current Sheme for PWM Brushless DC Motor Drves IEEE Trns. Power Eletrons, vol.14, no.3, pp , My [4] J. Jonghyun n Snggun N, Cse Slng Moe New Roust PID Control for BDC Motor of In-Wheel System, IEEE, 2011 [5] D.M. Mlynek, M.J. Ptyr, Fuzzy og Implementton n Applton, Wley n Sons In, New York, [6] J. J. Slotne, Slng Controller Desgn for Nonlner Systems Int. J. Control, vol.40, no.2, pp , Ferury, 1984 [7] S.A. KH. Mozffr Npour, M. Trre, M.R. Feyz, "Desgn n Anlyss Spee sensorless roust Stohst nue oserver for hgh- performne rushless motor rves wth mnshe torque rppe.", The Interntnl Renewle Energy Conrets, Vol 64, pge Desemer [8] K. Son, Kenl ers, ANDI, Yogykrt, [9] I Vm, Utkn, Slng Moe n Control n Optmzton, New York 2011.

47 Termksh