SISTEM PENGATURAN KECEPATAN MOTOR INDUKSI TIGA FASA MENGGUNAKAN KONTROLER PID BERBASIS GENETIC ALGORITHM SKRIPSI

Transkripsi

1 SISTEM PENGATURAN KECEPATAN MOTOR INDUKSI TIGA FASA MENGGUNAKAN KONTROLER PID BERBASIS GENETIC ALGORITHM SKRIPSI Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Persyaratan Akademik dalam Menyelesaikan Program Sarjana (S-1) Teknik Disusun Oleh : FATIH MUTAMMIMUL WILDAN JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG 2016 i

2 ii

3 iii

4 iv

5 KATA PENGANTAR Dengan memanjatkan puji syukur kehadirat Allah SWT. Atas rahmat serta hidayah-nya sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir yang berjudul : SISTEM PENGATURAN KECEPATAN MOTOR INDUKSI TIGA FASA MENGGUNAKAN KONTROLER PID BERBASIS GENETIC ALGORITHM. Dalam mewujudkan semua yang lebih baik, kami selalu berhadapan dengan segala macam hambatan. Tidak lain halnya dalam pembuatan Laporan Tugas Akhir ini, banyak hambatan yang harus penulis lewati, tetapi berkat bantuan dari beberapa pihak akhirnya penulis dapat melampauinya dengan lancar. Penulis menyadari bahwa didalam penulisan laporan ini tidak terlepas dari bimbingan dan pengarahan dari para dosen Universitas Muhammadiyah Malang serta pihak pihak yang telah tulus ikhlas memberikan bantuan baik secara moril dan spiritual. Semoga amal kebaikan serta keikhlasan mereka mendapat balasan setimpal dari Allah SWT. Penulis menyadari sepenuhnya bahwa dalam penulisan skripsi ini masih banyak kekurangan dan keterbatasan. Oleh karena itu penulis mengharapkan saran yang membangun agar tulisan ini bermanfaat bagi perkembangan ilmu pengetahuan dan perkembangan teknologi kedepan. Malang, 9 Mei 2016 Penulis v

6 DAFTAR ISI LEMBAR JUDUL... i LEMBAR PERSETUJUAN... ii LEMBAR PENGESAHAN... iii LEMBAR PERNYATAAN... iv ABSTRAK... v ABSTRACT... vi LEMBAR PERSEMBAHAN... vii KATA PENGANTAR... viii DAFTAR ISI... ix DAFTAR GAMBAR... xii DAFTAR TABEL... xv BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Rumusan Masalah Tujuan Batasan Masalah Metodelogi Penelitian Sistematika Penulisan... 3 BAB II DASAR TEORI Motor Induksi Konstruksi Motor Induksi Prinsip Kerja Motor Induksi Slip Motor Induksi Frekuensi Arus Rotor Pengaturan Putaran Motor Induksi Inverter Pulse Width Modulation vi

7 2.3 Pengaturan Vektor (a,b,c) (α,β) (Transfomasi Clarke) (α,β) (d,q) (Transfomasi Park) (d,q) (α,β) (Invers Park Transformation) Sistem Kontrol PID Kontroler Proportional Kontroler Integral Kontroler Diferensial Kontroler PID Tanggapan Wawasan Waktu Genetic Algorithm (Algoritma Genetika) Hal-hal Yang Harus Dilakukan Dalam Algoritma Genetika Pengertian Individu Nilai Fitness Siklus Algoritma Genetika Komponen Utama Algoritma Genetika MATLAB Karakteristik MATLAB Fungsi M-File Pada M MATLAB Simulink BAB III PERANCANGAN DAN PEMODELAN SISTEM Data Motor Induksi Perancangan Pemodelan Simulasi Pemodelan Motor Induksi Tiga Fasa Pemodelan Inverter Tiga Fasa Pemodelan Vector Control ABC to dq Convertion dq to ABC Convertion Flux Calculation Teta Calculation vii

8 3.6 Hysteresis Current Regulator Kontroler PID Penalaan Parameter Kontroler PID Menggunakan GA BAB IV ANALISADAN PENGUJIAN SISTEM Rangkaian dan Simulasi Hasil Simulasi Tanpa Kontroler PID Hasil Simulasi Menggunakan Kontroler PID Pembatasan Nilai Kp, Ki, dan Kd Pembatasan Nilai Kp, Ki, dan Kd Pembatasan Nilai Kp, Ki, dan Kd Pembatasan Nilai Kp 5-15, Ki 1-10, dan Kd Pembatasan Nilai Kp 5-15, Ki 0.1-1, dan Kd Pembahasan Perbandingan Saat Beban 0 Nm Perbandingan Saat Beban 40 Nm Perbandingan Saat Beban 70 Nm Perbandingan Saat Beban 100 Nm BAB V PENUTUP Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN viii

9 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Stator dan rotor motor induksi... 5 Gambar 2.2 Rangkaian rotor sangkar tupai... 7 Gambar 2.3 Rangkaian rotor belitan... 7 Gambar 2.4 Sambungan motor induksi dengan sumber 3 fasa... 9 Gambar 2.5 Pelaksanaan lilitan untuk mengubah jumlah kutub dengan mengubah sambungan fasa Gambar 2.6 Pelaksanaan hubungan untuk tinggi sambungan seri P= Gambar 2.7 Pelaksanaan hubungan untuk tinggi sambungan seri P= Gambar 2.8 Inverter tiga fasa beban hubung bintang Gambar 2.9 Bentuk gelombang tegangan fasa a-v an n Gambar 2.10 Pulse Width Modulation Gambar 2.11 Kerangka acuan tetap 3 koordinat Gambar 2.12 (a,b,c) (α,β) (transfomasi Clarke) Gambar 2.13 (a,ß) (d,q) (transfomasi Park) Gambar 2.14 Diagram blok sistem kontrol berumpan balik Gambar 2.15 Diagram blok kontroler proporsional Gambar 2.16 Proportional Band dari kontroler proporsional pada penguatan Gambar 2.17 Diagram blok kontroler integral Gambar 2.18 Diagram blok kontroler diferensial Gambar 2.19 Kurva waktu hubungan input-output kontroler diferensial Gambar 2.20 Blok Diagram Kontroler PID Gambar 2.21 Hubungan dalam fungsi waktu antara sinyal keluaran dengan masukan untuk kontroler PID Gambar 2.22 Karakteristik Tanggapan Tangga Satuan Gambar 2.23 Ilustrasi Representasi Penyelesaian Permasalahan dalam GA Gambar 2.24 Kerangka kerja penerapan Algoritma Genetika untuk menyelesaikan suatu masalah optimasi Gambar 2.25 Struktur dasar Algoritma Genetika Gambar 2.26 Ilustrasi seleksi dengan model roda rolet Gambar 2.27 Ilustrasi metode penyilangan n-titik Gambar 2.28 Ilustrasi metode penyilangan seragam ix

10 Gambar 2.29 Ilustrasi metode penyilangan berbasis posisi Gambar 2.30 Ilustrasi metode penyilangan berbasis urutan Gambar 2.31 Ilustrasi metode mutasi kode biner Gambar 2.32 Ilustrasi metode mutasi berbasis posisi Gambar 2.33 Ilustrasi metode mutasi berbasis urutan Gambar 2.34 Ilustrasi metode mutasi campur aduk Gambar 3.1 Blok Diagram Inverter dan Kontrol PID berbasis GA Gambar 3.2 Pemodelan Motor Induksi Gambar 3.3 Blok Konfigurasi Motor Induksi MATLAB Gambar 3.4 Blok Parameter Motor Induksi MATLAB Gambar 3.5 Pemodelan Inverter Gambar 3.6 Blok Parameter Inverter Tiga Fasa MATLAB Gambar 3.7 Pemodelan Vector Control Gambar 3.8 Blok Rangkaian Transformasi Vector Control Gambar 3.9 Pemodelan ABC-dq Convertion Gambar 3.10 Pemodelan dq-abc Convertion Gambar 3.11 Pemodelan Flux Calculation Gambar 3.12 Pemodelan Teta Calculation Gambar 3.13 Pemodelan Hysteresis Current Regulator Gambar 3.14 Blok Rangkaian Hysteresis Current Regulator Gambar 3.15 Pemodelan Kontroler PID Gambar 3.16 Blok Parameter Kontroler PID MATLAB Gambar 3.17 Flowchart Genetic Algorithm Gambar 4.1 Simulasi Rangkaian Keseluruhan Gambar 4.2 Simulasi Rangkaian Tanpa Kontroler PID Gambar 4.3 Simulasi Rangkaian Menggunakan Kontroler PID Gambar 4.4 Kecepatan Motor Tanpa Kontroler PID Dengan Beban Bervariasi Gambar 4.5 Kecepatan Motor Menggunakan Kontroler PID saat Pembatasan Nilai Kp, Ki, dan Kd Gambar 4.6 Kecepatan Motor Menggunakan Kontroler PID saat Pembatasan Nilai Kp, Ki, dan Kd x

11 Gambar 4.7 Kecepatan Motor Menggunakan Kontroler PID saat Pembatasan Nilai Kp, Ki, dan Kd Gambar 4.8 Kecepatan Motor Menggunakan Kontroler PID saat Pembatasan Nilai Kp 5-15, Ki 1-10 dan Kd Gambar 4.9 Kecepatan Motor Menggunakan Kontroler PID saat Pembatasan Nilai Kp 5-15, Ki dan Kd Gambar 4.10 Perbandingan Respon Kecepatan Motor saat Beban 0 Nm Gambar 4.11 Perbandingan Respon Kecepatan Motor saat Beban 40 Nm Gambar 4.12 Perbandingan Respon Kecepatan Motor saat Beban 70 Nm Gambar 4.13 Perbandingan Respon Kecepatan Motor saat Beban 100 Nm xi

12 DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Tanggapan sistem kontrol PID terhadap perubahan parameter Tabel 3.1 Data Nameplate Motor Induksi 3 fasa MATLAB Tabel 4.1 Respon Motor Ketika Tanpa Kontroler PID Tabel 4.2 Hasil Simulasi Pencarian Parameter PID saat Pembatasan Nilai Kp, Ki, dan Kd Tabel 4.3 Respon Motor Ketika Menggunakan Kontroler PID saat Pembatasan Nilai Kp, Ki, dan Kd Tabel 4.4 Hasil Simulasi Pencarian Parameter PID saat Pembatasan Nilai Kp, Ki, dan Kd Tabel 4.5 Respon Motor Ketika Menggunakan Kontroler PID saat Pembatasan Nilai Kp, Ki, dan Kd Tabel 4.6 Hasil Simulasi Pencarian Parameter PID saat Pembatasan Nilai Kp, Ki, dan Kd Tabel 4.7 Respon Motor Ketika Menggunakan Kontroler PID saat Pembatasan Nilai Kp, Ki, dan Kd Tabel 4.8 Hasil Simulasi Pencarian Parameter PID saat Pembatasan Nilai Kp 5-15, Ki 1-10 dan Kd Tabel 4.9 Respon Motor Ketika Menggunakan Kontroler PID saat Pembatasan Nilai Kp 5-15, Ki 1-10 dan Kd Tabel 4.10 Hasil Simulasi Pencarian Parameter PID saat Pembatasan Nilai Kp 5-15, Ki dan Kd Tabel 4.11 Respon Motor Ketika Menggunakan Kontroler PID saat Pembatasan Nilai Kp 5-15, Ki dan Kd Tabel 4.12 Perbandingan Hasil Simulasi dengan Lima Jangkauan Batasan Nilai Parameter Kp, Ki dan Kd dengan Beban 0 Nm Tabel 4.13 Perbandingan Hasil Simulasi dengan Lima Jangkauan Batasan Nilai Parameter Kp, Ki dan Kd dengan Beban 40 Nm Tabel 4.14 Perbandingan Hasil Simulasi dengan Lima Jangkauan Batasan Nilai Parameter Kp, Ki dan Kd dengan Beban 70 Nm Tabel 4.15 Perbandingan Hasil Simulasi dengan Lima Jangkauan Batasan Nilai Parameter Kp, Ki dan Kd dengan Beban 100 Nm xii

13 Tabel 4.16 Perbandingan Saat Beban 0 Nm Tabel 4.17 Perbandingan Saat Beban 40 Nm Tabel 4.18 Perbandingan Saat Beban 70 Nm Tabel 4.19 Perbandingan Saat Beban 100 Nm xiii

14 DAFTAR PUSTAKA [1] Abu-Rub Haitham, Iqbal Atif, Guzinski Jaroslaw HIGH PERFORMANCE CONTROL OF AC DRIVES WITH MATLAB/SIMULINK MODELS. UK: John Wiley & Sons, Inc. [2] Aris Sugiharto Pemrograman GUI dengan MATLAB. Yogyakarta: Andi Offset. [3] Endra Pitowarno ROBOTIKA DESAIN, KONTROL, DAN KECERDASAN BUATAN. Yogyakarta: Andi Offset. [4] Ermanu Azizul Hakim, Sistem Kontrol. Malang: UMM Press. [5] Falahal Abadi, 2015, Desain Optimal Power System Stabilizer (PSS) PLTMH Berbasis Fuzzy PID Menggunakan Genetic Algorithm. Malang. [6] Hamzah Berahim PENGANTAR TEKNIK TENAGA LISTRIK Teori Ringkas dan Penyelesaian Soal. Yogyakarta: Andi Offset. [7] Ismail Muchsin Motor Induksi. Jurnal Pusat Pengembangan Bahan Ajar: UMB. [8] M Subchan Mauludin Simulasi Kontrol PID Untuk Mengatur Putaran Motor AC. Semarang. [9] Muhamad Ali Materi Kuliah Elektronika Daya. Yogyakarta: UNY [10] Muhammad Arhami dan Anita Desiani Pemrograman MATLAB. Yogyakarta: Andi. [11] Nurhadi Diktat Elektronika Daya. Malang: UMM. [12]Rashid M.H POWER ELECTRONICS HANDBOOK:devices, circuits,and applications handbook. USA: Butterworth-Heinemann. xiv

15 [13] Sumanto MOTOR LISTRIK Arus Bolak Balik Motor Sinkron Motor Induksi. Yogyakarta: Andi Offset. [14] The Mathworks, Inc., Le-Huy, H., Vector Control of AC Motor Drive. Available at: [15] Yon Rijono Dasar Teknik Tenaga Listrik Edisi Revisi. Yogyakarta: Andi. [16] Zainudin Zukhri Algoritma Genetika Metoda Komputasi Evolusioner untuk Menyelesaikan Masalah Optimasi. Yogyakarta: Andi Offset. [17] Zuhal DASAR TEKNIK TENAGA DAN ELEKTRONIKA DAYA. Jakarta: Gramedia. xv